专利名称：活塞环和活塞杆密封的密封性能检测装置及其检测方法
活塞环和活塞杆密封的密封性能检测装置及其检测方法技术领域
本发明属于活塞密封检测装置技术领域，具体涉及一种活塞环和活塞杆密封的密封性能检测装置及其检测方法。
背景技术：
活塞环和活塞杆密封的密封性能检测装置，是对活塞环、活塞杆密封性能测量的专用设备。活塞环是内燃机发动机的重要零件之一，其中活塞环外缘和缸体内壁间隙即活塞环与缸壁的气密性关系着发动机的工作效率，活塞杆处的密封性能也关系着发动机的工作效率。在工作状态下，气缸内充满高压氦气，活塞环和活塞杆密封的密封不良则会产生高压氦气泄漏，活塞环和活塞杆密封的泄漏影响发电机的效率和消耗氦气，将使运行成本增力口。一些国家以活塞环与汽缸壁间的光密封度作为评定指标，间接反映气密性。活塞环、活塞杆密封的密封对于太阳能发电、汽车工业等行业非常重要，因此需要对活塞环、活塞杆密封进行定量的测量和分析，寻找出设计上的缺陷，使发电机达到最佳工作状态。
目前，国内没有针对活塞环和活塞杆密封的密封性能进行检测的装置，无法保证活塞环和活塞杆密封的密封性能满足使用要求。发明内容
本发明的目的是提供一种活塞环和活塞杆密封的密封性能检测装置及其检测方法，以对活塞环、活塞杆密封进行定量的测量和分析，寻找出设计上的缺陷，使发电机达到最佳工作状态。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案是:一种活塞环和活塞杆密封的密封性能检测装置，其特殊之处在于:包括箱体组件和机械传动组件，所述箱体组件包括底座、曲轴箱和气缸，所述曲轴箱设置于底座上，气缸设置于曲轴箱上，气缸底部与曲轴箱顶部连通，曲轴箱顶部开设有气孔，所述机械传动组件包括电机、左端联轴器、右端联轴器、传动轴、曲轴、飞轮、连杆、活塞杆和活塞，所述电机设置于底座上，电机轴通过右端联轴器与传动轴连接，所述曲轴设置于曲轴箱内，曲轴两端伸出曲轴箱设置且与曲轴箱之间通过轴承连接，曲轴的一端通过左端联轴器与传动轴连接，另一端安装有飞轮，曲轴的曲柄销处安装有连杆，连杆顶端和 活塞杆下端相连，活塞杆顶部连接有活塞，所述活塞杆和活塞均设置于气缸内，活塞杆中部与气缸内壁之间设有密封组件，所述气缸侧壁上位于密封组件和活塞之间的位置上开设有试验台进气口，气缸顶部开设有两个气体出口。
上述气缸包括气缸外壳、气缸衬和气缸盖,所述气缸衬与气缸外壳的内壁紧贴设置，气缸衬和气缸外壳间以及密封组件和气缸衬间均设有密封圈，气缸衬与气缸外壳之间设有环形腔，与环形腔位置对应的气缸外壳上开设有冷却水进口和冷却水出口，气缸盖设置于气缸顶部，气缸盖上开设有气体出口，所述密封组件底部设有润滑油进口，所述曲轴箱内设有轴承座，轴承座上设有曲轴润滑油入口，曲轴箱底部设有曲轴箱出油口。
上述检测装置用于检测活塞环的静态密封性能的检测方法，包括以下步骤: 1)连接进气气路:将气瓶、电磁阀、单向阀、压力变送器通过管道依次连接，将压力变送器与试验台进气口用管道连通，在气瓶和电磁阀之间设置压力表，在单向阀和压力变送器之间设置点接触压力表和排气阀，在压力变送器与试验台进气口之间设置加气阀； 2)连接气体检测气路:将电磁阀、缓冲器、油气分离器和集气瓶通过管道依次连接，将电磁阀与气缸顶部的气体出口用管道连通，并且在电磁阀与气体出口之间设置点接触压力表，在油气分离器和集气瓶之间设置压力表； 3)进行活塞环的静态密封性能检测:将活塞环安装到活塞上，将活塞杆密封安装于活塞杆与密封组件之间，在未启动电机的状态下，将安装好活塞环的活塞提到顶部，两个点接触压力表设置压力上限，气瓶内装入高压氮气或氩气，关闭排气阀，使用高压氮气或氩气通过试验台进气口向气缸内腔注入，由于活塞环不可能完全密封，因此会有微量氮气或氩气通过活塞环与气缸内壁之间的缝隙泄漏至活塞顶部空间，根据点接触压力表所示，当气缸内压力到达上限，关闭进气气路的电磁阀，停止向气缸内通入高压氮气或氩气，活塞顶部空间内的气体会通过气缸顶部的出气口流出，泄漏出来的气体依次通过緩冲器和油气分离器后装入集气瓶内，通过集气瓶上的压力表测量集气瓶内的压力，集气瓶的体积一定，根据集气瓶内的气体压力大小，换算成常态下活塞环密封泄漏的气体体积，即可知活塞环的初始密封性能。
上述检测装置用于检测活塞杆密封的静态密封性能的检测方法，包括以下步骤: 1)连接进气气路:将气瓶、电磁阀、单向阀、压力变送器通过管道依次连接，将压力变送器与试验台进气口用管道连通，在气瓶和电磁阀之间设置压力表，在单向阀和压力变送器之间设置点接触压力表和排气阀，在压力变送器与试验台进气口之间设置加气阀； 2)连接气体检测气路:将真空泵、缓冲器、油气分离器和单向阀通过管道依次连接，真空泵与曲轴箱顶部的一个气孔连接，单向阀与曲轴箱顶部的另一个气孔连接，在油气分离器和单向阀之间设置氦质谱仪； 3)进行活塞杆密封的静态密封性能检测:将活塞杆密封安装于活塞杆与密封组件之间，测量方法使用对比测量法，曲轴箱内认为全部是空气，注5 mL的氦气到曲轴箱内，使用氦质谱仪测量曲轴箱内的氦气浓度，氦质谱仪的显示表指示出相应的数据，调整氦质谱仪的显示表为满刻度的三分之一，此时曲轴箱内的氦气浓度为测量泄漏时的标准浓度； 在未启动电机的状态下，两个点接触压力表设置压力上限，气瓶内装入高压氦气，关闭排气阀，气瓶里的高压氦气通过试验台进气口进入气缸内，从密封组件和活塞的缝隙中流入，并沿着密封组件和活塞杆间的缝隙流出，由于活塞杆密封会泄漏微量氦气，因此氦气只能通过活塞杆密封泄漏到曲轴箱内，由于泄漏出来的气体先后通过緩冲器和油气分离器后通过单向阀流回曲轴箱，此时设置于油气分离器和单向阀之间的氦质谱仪可测得新的氦气密度，将新测得的氦气密度和试验前曲轴箱内氦气密度对比，即可得到活塞杆密封的初始密封性能数据。
上述检测装置用于检测活塞杆密封的动态密封性能的检测方法，包括以下步骤: I)连接进气气路:将气瓶、电磁阀、单向阀、压力变送器通过管道依次连接，将压力变送器与试验台进气口用管道连通，在气瓶和电磁阀之间设置压力表，在单向阀和压力变送器之间设置点接触压力表和排气阀，在压力变送器与试验台进气口之间设置加气阀，将压力变送器与六位半数字电流表连接，六位半数字电流表与配电柜连接； 2)连接气体冷却回路:气缸顶部的两个出气口通过管道分别与两个冷却器的冷却器进气口连接，冷却器出气口均与试验台进气口连通，将水箱与水泵通过水管连接，水泵的出水口通过水管与冷却水进口连接，冷却水出口和冷却器进水口连接，冷却器出水口与散热器连接，散热器与水箱回水口连接。
3)连接润滑油回路:将油箱分别与两个油泵通过油管连接，其中一个油泵通过过滤器与密封组件底部的润滑油进口连接，另一个油泵通过过滤器与曲轴润滑油入口连接，曲轴箱出油口与油箱连接； 4)连接气体检测气路:将真空泵、缓冲器、油气分离器和单向阀通过管道依次连接，真空泵与曲轴箱顶部的一个气孔连接，单向阀与曲轴箱顶部的另一个气孔连接，在油气分离器和单向阀之间设置氦质谱仪； 5)进行活塞杆密封的动态密封性能检测:首先将活塞压到底部，设置点接触压力表压力值，关闭排气阀，开启水泵、油泵和六位半数字电流表，高压氦气通过试验台进气口注入气缸衬，开启电机，连杆在曲轴的带动下进行上下运动，并带活塞杆和活塞上下运动，当活塞杆和活塞运动至气缸衬顶部，顶部空间的气体被压缩，该气体包括空气和由活塞环泄漏的氦气，从和气缸衬联接的气缸盖的顶部的两个气体出口流出，流入两个冷却器的冷却器进气口，在冷却器中冷却后从冷却器出气口流出，重新流回密封组件内壳，当气缸衬内氦气量不足时，气瓶的加气阀打开，补充气缸衬内气体，保证系统在预定的压力下工作，试验台工作一段时间后，气缸衬内的高压气体反复压缩，温度升高体积膨胀，活塞杆密封气腔内氦气的压力超过限定值时，电磁阀打开放气，活塞杆密封气腔内氦气的压力小于限定值时，电磁阀关闭，同时起到活塞杆密封的保护作用，活塞杆密封气腔内氦气的压力大小，可以随时设定，由于气缸衬和气缸外壳间，密封组件和气缸衬间均有密封圈进行密封，防止漏气，因此在曲轴箱内检测到的氦气可认为是由活塞杆密封泄漏的，由于泄漏出来的气体压力比较大，使用一个緩冲器减小冲击压力，使用油气分离器完成油气的分离，当一次试验结束，氦质谱仪测得氦气密度，从而得到活塞杆动态密封性能的检测结果。
本发明相对于现有技术，具有如下优点和效果: 本发明用电动机驱动曲轴连杆机构带动活塞作往复运动，模拟发动机的工作过程，在实验台的工作状态与发动机的实际情况基本相符的条件下，使用容易泄漏的氦气通过氦气质谱检漏仪来实现对活塞环和活塞杆密封性能的检测，寻找出设计上的缺陷，使发电机达到最佳工作状态。
图1为本发明设计方案框图； 图2-a为本发明活塞环的密封试验结构示意图； 图2-b为图2-a的局部放大图； 图3-a为本发明活塞杆密封的静态密封试验结构示意图； 图3-b为图3-a的局部放大图； 图4-a为本发明活塞杆密封的动态密封试验结构示意图； 图4-b为本发明活塞杆密封的动态密封试验油路和水路连接示意图； 图4-c为图4-a的局部放大图； 其中1-气瓶、2-压力表、3-电磁阀、4-单向阀、5-点接触压力表、6-排气阀、7-压力变送器、8-加气阀、9-缓冲器、10-气缸衬、11-试验台进气口、12-气缸外壳、13-平衡块、14-曲轴、15-飞轮、16-连杆、17-曲轴箱、18-左端联轴器、19-传动轴、20-右端联轴器、21-底座、22-电机、23-曲轴润滑油入口、24-密封组件、25-活塞杆、26-集气瓶、27-油气分离器、28-气缸盖、29-气体出口、30-活塞锁紧螺母、31-活塞、32-活塞环、33-六位半数字电流表、34-配电柜、35-氦质谱仪、36-真空泵、37-润滑油进口、38-活塞杆密封、39-油泵、40-油箱、41-过滤器、42-冷却器出气口、43_冷却器、44-冷却器出水口、45_冷却器进气口、46-冷却器进水口、47_冷却水出口、48_冷却水进口、49_散热器、50-水箱、51 -水泵、52-曲轴箱出油口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明: 参照图2-a、图2-b，一种活塞环和活塞杆密封的密封性能检测装置，包括箱体组件和机械传动组件，所述箱体组件包括底座21、曲轴箱17和气缸，所述曲轴箱17设置于底座21上，气缸设置于曲轴箱17上,气缸底部与曲轴箱17顶部连通，曲轴箱17顶部开设有气孔，所述机械传动组件包括电机22、左端联轴器18、、右端联轴器20、传动轴19、曲轴14、飞轮15、连杆16、活塞杆25和活塞31,所述电机22设置于底座21上，电机轴通过右端联轴器20与传动轴19连接，所述曲轴14设置于曲轴箱17内，曲轴14两端伸出曲轴箱17设置且与曲轴箱之间通过轴承连接，曲轴14的一端通过左端联轴器18与传动轴19连接，另一端安装有飞轮15，曲轴14的曲柄销处安装有连杆16，连杆16顶端和活塞杆25下端相连，活塞杆25顶部连接有活塞31，所述活塞杆25和活塞31均设置于气缸内，活塞杆25中部与气缸内壁之间设有密封组件24，所述气缸侧壁上位于密封组件24和活塞31之间的位置上开设有试验台进气口 11，气缸顶部开设有两个气体出口 29。
上述气缸包括气缸外壳12、气缸衬10和气缸盖28,所述气缸衬10与气缸外壳12的内壁紧贴设置，气缸衬10和气缸外壳12间以及密封组件24和气缸衬10间均设有密封圈，气缸衬10与气缸外壳12之间设有环形腔，与环形腔位置对应的气缸外壳12上开设有冷却水进口 48和冷却水出口 47，气缸盖28设置于气缸顶部，气缸盖28上开设有气体出口29，所述密封组件24底部设有润滑油进口 37，所述曲轴箱17内设有轴承座，轴承座上设有曲轴润滑油入口 23，曲轴箱17底部设有曲轴箱出油口 52。
上述检测装置用于检测活塞环的静态密封性能的检测方法，包括以下步骤: 1)连接进气气路:将气瓶1、电磁阀3、单向阀4、压力变送器7通过管道依次连接，将压力变送器7与试验台进气口 11用管道连通，在气瓶I和电磁阀3之间设置压力表2，在单向阀4和压力变送器7之间设置点接触压力表5和排气阀6，在压力变送器7与试验台进气口11之间设置加气阀8 ； 2)连接气体检测气路:将电磁阀3、缓冲器9、油气分离器27和集气瓶26通过管道依次连接，将电磁阀3与气缸顶部的气体出口 29用管道连通，并且在电磁阀3与气体出口 29之间设置点接触压力表5，在油气分离器27和集气瓶26之间设置压力表2 ； 3)进行活塞环的静态密封性能检测:将活塞环安装到活塞上，将活塞杆密封38安装于活塞杆与密封组件之间，在未启动电机22的状态下，将安装好活塞环32的活塞31提到顶部，两个点接触压力表5设置压力上限，气瓶I内装入高压氮气或氩气，关闭排气阀6，使用高压氮气或氩气通过试验台进气口 11向气缸内腔注入，由于活塞环32不可能完全密封，因此会有微量氮气或氩气通过活塞环32与气缸内壁之间的缝隙泄漏至活塞31顶部空间(此过程中，会有少量气体从活塞杆密封中泄露，但是不影响测量结果，因此可忽略该部分)，根据点接触压力表5所示，当气缸内压力到达上限，关闭进气气路的电磁阀3，停止向气缸内通入高压氮气或氩气，活塞31顶部空间内的气体会通过气缸顶部的出气口 29流出，泄漏出来的气体依次通过緩冲器9和油气分离器27后装入集气瓶26内，通过集气瓶26上的压力表2测量集气瓶26内的压力,集气瓶26的体积一定,根据集气瓶26内的气体压力大小,换算成常态下活塞环密封泄漏的气体体积，即可知活塞环的初始密封性能。
图3-a、图3-b，上述检测装置用于检测活塞杆密封的静态密封性能的检测方法，包括以下步骤: 1)连接进气气路:将气瓶1、电磁阀3、单向阀4、压力变送器7通过管道依次连接，将压力变送器7与试验台进气口 11用管道连通，在气瓶I和电磁阀3之间设置压力表2，在单向阀4和压力变送器7之间设置点接触压力表5和排气阀6，在压力变送器7与试验台进气口11之间设置加气阀8 ； 2)连接气体检测气路:将真空泵36、缓冲器9、油气分离器27和单向阀4通过管道依次连接，真空泵36与曲轴箱17顶部的一个气孔连接，单向阀4与曲轴箱17顶部的另一个气孔连接，在油气分离器27和单向阀4之间设置氦质谱仪35 ； 3)进行活塞杆密封的静态密封性能检测:将活塞杆密封38安装于活塞杆25与密封组件24之间，测量方法使用对比测量法，曲轴箱17内认为全部是空气，注5 mL的氦气到曲轴箱17内，使用氦质谱仪35测量曲轴箱17内的氦气浓度，氦质谱仪35的显示表指示出相应的数据，调整氦质谱仪35的显示表为满刻度的三分之一，此时曲轴箱17内的氦气浓度为测量泄漏时的标准浓度； 在未启动电机的状态下，两个点接触压力表5设置压力上限，气瓶I内装入高压氦气，关闭排气阀6，气瓶I里的高压氦气通过试验台进气口 11进入气缸内，从密封组件24和活塞31的缝隙中流入，并沿着密封组件24和活塞杆25间的缝隙流出，由于活塞杆密封38会泄漏微量氦气，因此氦气只能通过活塞杆密封38泄漏到曲轴箱17内，由于泄漏出来的气体先后通过緩冲器9和油气分离器27后通过单向阀4流回曲轴箱17，此时设置于油气分离器和单向阀之间的氦质谱仪35可测得新的氦气密度，将新测得的氦气密度和试验前曲轴箱17内氦气密度对比，即可得到活塞杆密封38的初始密封性能数据。
参照图4-a、图4-b、图4_c，上述检测装置用于检测活塞杆密封的动态密封性能的检测方法，包括以下步骤: 1)连接进气气路:将气瓶1、电磁阀3、单向阀4、压力变送器7通过管道依次连接，将压力变送器7与试验台进气口 11用管道连通，在气瓶I和电磁阀3之间设置压力表2，在单向阀4和压力变送器7之间设置点接触压力表5和排气阀6，在压力变送器7与试验台进气口11之间设置加气阀8，将压力变送器7与六位半数字电流表33连接，六位半数字电流表33与配电柜34连接； 2)连接气体冷却回路:气缸顶部的两个出气口29通过管道分别与两个冷却器的冷却器进气口 45连接，冷却器出气口 42均与试验台进气口 11连通，将水箱50与水泵51通过水管连接，水泵51的出水口通过水管与冷却水进口 48连接，冷却水出口 47和冷却器进水口 46连接，冷却器出水口 44与散热器49连接，散热器49与水箱50回水口连接。
3)连接润滑油回路:将油箱40分别与两个油泵39通过油管连接，其中一个油泵通过过滤器41与密封组件底部的润滑油进口 37连接，另一个油泵通过过滤器41与曲轴润滑油入口 23连接，曲轴箱出油口 52与油箱40连接； 4)连接气体检测气路:将真空泵36、缓冲器9、油气分离器27和单向阀4通过管道依次连接，真空泵36与曲轴箱17顶部的一个气孔连接，单向阀4与曲轴箱17顶部的另一个气孔连接，在油气分离器27和单向阀4之间设置氦质谱仪35 ； 5)进行活塞杆密封的动态密封性能检测:首先将活塞31压到底部，设置点接触压力表5压力值，关闭排气阀6，开启水泵51、油泵39和六位半数字电流表33，高压氦气通过试验台进气口 11注入气缸衬10，开启电机22，连杆16在曲轴14的带动下进行上下运动，并带活塞杆25和活塞31上下运动，当活塞杆25和活塞31运动至气缸衬10顶部，顶部空间的气体被压缩，该气体包括空气和由活塞环泄漏的氦气，从和气缸衬10联接的气缸盖28的顶部的两个气体出口 29流出，流入两个冷却器43的冷却器进气口 45，在冷却器43中冷却后从冷却器出气口 42流出，重新流回密封组件24内壳，当气缸衬10内氦气量不足时，气瓶的加气阀8打开，补充气缸衬10内气体，保证系统在预定的压力下工作，试验台工作一段时间后，气缸衬10内的高压气体反复压缩，温度升高体积膨胀，活塞杆密封气腔内氦气的压力超过限定值时，电磁阀3打开放气,活塞杆密封气腔内氦气的压力小于限定值时，电磁阀3关闭，同时起到活塞杆密封38的保护作用，活塞杆密封气腔内氦气的压力大小，可以随时设定，由于气缸衬10和气缸外壳12间,密封组件24和气缸衬10间均有密封圈进行密封，防止漏气，因此在曲轴箱17内检测到的氦气可认为是由活塞杆密封泄漏的，由于泄漏出来的气体压力比较大，使用一个緩冲器9减小冲击压力，使用油气分离器27完成油气的分离，当一次试验结束，氦质谱仪35测得氦气密度，从而得到活塞杆动态密封性能的检测结果。
水箱50内的冷却水通过水泵51打入两个冷却器43以及环形腔内，环形腔内的冷却水从冷却水进口 48流入，冷却水出口 47流出，通过冷却器进水口 46流入冷却器43中。冷却水对由于进行试验而温度升高的氦气进行冷却，随后从冷却器出水口 44流出。后从两个冷却器43流出的冷却水经过管路流入散热器49，散热器49对其进行散热，温度恢复室温的冷却水重新流回水箱50。如此循环。
润滑油从油箱40流出，经过油泵39，并由过滤器41过滤润滑油，一路流入密封组件底部的润滑油进口 37，通过活塞杆25的上下运动，被带至和密封组件24接触的活塞杆25上各部位，对其进行润滑，随后顺着连杆16和曲轴14流至曲轴箱17底部。另一路流入曲轴14上的曲轴润滑油入口 23内，通过曲轴润滑油入口 23内的斜孔流至曲轴14，对曲轴14进行润滑，随后流至曲轴箱17底部。曲轴箱17底部的润滑油通过曲轴箱出油口 52流至油泵39，最终返回油箱40。
权利要求
1.一种活塞环和活塞杆密封的密封性能检测装置，其特征在于:包括箱体组件和机械传动组件，所述箱体组件包括底座(21)、曲轴箱(17)和气缸，所述曲轴箱(17)设置于底座(21)上，气缸设置于曲轴箱(17)上，气缸底部与曲轴箱(17)顶部连通，曲轴箱(17)顶部开设有气孔，所述机械传动组件包括电机(22)、左端联轴器(18)、右端联轴器(20)、传动轴(19)、曲轴(14)、飞轮(15)、连杆(16)、活塞杆(25)和活塞(31)，所述电机(22)设置于底座(21)上，电机轴通过右端联轴器(20)与传动轴(19)连接，所述曲轴(14)设置于曲轴箱(17)内，曲轴(14)两端伸出曲轴箱(17)设置且与曲轴箱之间通过轴承连接，曲轴(14)的一端通过左端联轴器(18)与传动轴(19)连接，另一端安装有飞轮(15)，曲轴(14)的曲柄销处安装有连杆(16)，连杆(16)顶端和活塞杆(25)下端相连，活塞杆(25)顶部连接有活塞(31)，所述活塞杆(25)和活塞(31)均设置于气缸内，活塞杆(25)中部与气缸内壁之间设有密封组件(24)，所述气缸侧壁上位于密封组件(24)和活塞(31)之间的位置上开设有试验台进气口(11)，气缸顶部开设有两个气体出口(29)。
2.根据权利要求1所述一种活塞环和活塞杆密封的密封性能检测装置，其特征在于:所述气缸包括气缸外壳(12)、气缸衬(10)和气缸盖(28),所述气缸衬(10)与气缸外壳(12)的内壁紧贴设置，气缸衬(10)和气缸外壳(12)间以及密封组件(24)和气缸衬(10)间均设有密封圈，气缸衬(10)与气缸外壳(12)之间设有环形腔，与环形腔位置对应的气缸外壳(12)上开设有冷却水进口(48)和冷却水出口(47)，气缸盖(28)设置于气缸顶部，气缸盖(28)上开设有气体出口(29)，所述密封组件(24)底部设有润滑油进口(37)，所述曲轴箱(17)内设有轴承座，轴承座上设有曲轴润滑油入口(23)，曲轴箱(17)底部设有曲轴箱出油口(52)。
3.一种利用如权利要求1所述的一种活塞环和活塞杆密封的密封性能检测装置检测活塞环的静态密封性能的检测方法，包括以下步骤: 1)连接进气气路:将气瓶(I)、电磁阀(3)、单向阀(4)、压力变送器(7)通过管道依次连接，将压力变送器⑵与试验台进气口(11)用管道连通，在气瓶⑴和电磁阀(3)之间设置压力表(2)，在单向阀(4)和压力变送器(7)之间设置点接触压力表(5)和排气阀(6)，在压力变送器(7)与试验台进气口(11)之间设置加气阀⑶； 2)连接气体检测气路:将电磁阀(3)、缓冲器(9)、油气分离器(27)和集气瓶(26)通过管道依次连接，将电 磁阀(3)与气缸顶部的气体出口(29)用管道连通，并且在电磁阀(3)与气体出口(29)之间设置点接触压力表(5)，在油气分离器(27)和集气瓶(26)之间设置压力表⑵； 3)进行活塞环的静态密封性能检测:将活塞环安装到活塞上，将活塞杆密封(38)安装于活塞杆与密封组件之间，在未启动电机(22)的状态下，将安装好活塞环(32)的活塞(31)提到顶部，两个点接触压力表(5)设置压力上限，气瓶(I)内装入高压氮气或氩气，关闭排气阀出)，使用高压氮气或氩气通过试验台进气口(11)向气缸内腔注入，由于活塞环(32)不可能完全密封，因此会有微量氮气或氩气通过活塞环(32)与气缸内壁之间的缝隙泄漏至活塞(31)顶部空间，根据点接触压力表(5)所示，当气缸内压力到达上限，关闭进气气路的电磁阀(3)，停止向气缸内通入高压氮气或氩气，活塞(31)顶部空间内的气体会通过气缸顶部的出气口(29)流出，泄漏出来的气体依次通过緩冲器(9)和油气分离器(27)后装入集气瓶(26)内，通过集气瓶(26)上的压力表(2)测量集气瓶(26)内的压力，集气瓶(26)的体积一定，根据集气瓶(26)内的气体压力大小，换算成常态下活塞环密封泄漏的气体体积，即可知活塞环的初始密封性能。
4.一种利用如权利要求1所述的一种活塞环和活塞杆密封的密封性能检测装置检测活塞杆密封的静态密封性能的检测方法，包括以下步骤: 1)连接进气气路:将气瓶(I)、电磁阀(3)、单向阀(4)、压力变送器(7)通过管道依次连接，将压力变送器⑵与试验台进气口(11)用管道连通，在气瓶⑴和电磁阀(3)之间设置压力表(2)，在单向阀(4)和压力变送器(7)之间设置点接触压力表(5)和排气阀(6)，在压力变送器(7)与试验台进气口(11)之间设置加气阀(8)； 2)连接气体检测气路:将真空泵(36)、缓冲器(9)、油气分离器(27)和单向阀(4)通过管道依次连接，真空泵(36)与曲轴箱(17)顶部的一个气孔连接，单向阀(4)与曲轴箱(17)顶部的另一个气孔连接，在油气分离器(27)和单向阀(4)之间设置氦质谱仪(35)； 3)进行活塞杆密封的静态密封性能检测:将活塞杆密封(38)安装于活塞杆(25)与密封组件(24)之间，测量方法使用对比测量法，曲轴箱(17)内认为全部是空气，注(5) mL的氦气到曲轴箱(17)内，使用氦质谱仪(35)测量曲轴箱(17)内的氦气浓度，氦质谱仪(35)的显示表指示出相应的数据，调整氦质谱仪(35)的显示表为满刻度的三分之一，此时曲轴箱(17)内的氦气浓度为测量泄漏时的标准浓度； 在未启动电机的状态下，两个点接触压力表(5)设置压力上限，气瓶(I)内装入高压氦气，关闭排气阀出)，气瓶(I)里的高压氦气通过试验台进气口(11)进入气缸内，从密封组件(24)和活塞(31)的缝隙中流入，并沿着密封组件(24)和活塞杆(25)间的缝隙流出，由于活塞杆密封(38)会泄漏微量氦气，因此氦气只能通过活塞杆密封(38)泄漏到曲轴箱(17)内，由于泄漏出来的气体先后通过緩冲器(9)和油气分离器(27)后通过单向阀(4)流回曲轴箱(17)，此时设置于油气分离器和单向阀之间的氦质谱仪(35)可测得新的氦气密度，将新测得的氦气密度和试验前曲轴箱(17)内氦气密度对比，即可得到活塞杆密封(38)的初始密封性能数据。
5.一种利用如权利要求2所述的一种活塞环和活塞杆密封的密封性能检测装置用于检测活塞杆密封的动态密封性能的检测方法，包括以下步骤: 1)连接进气气路:将气瓶(I)、电磁阀(3)、单向阀(4)、压力变送器(7)通过管道依次连接，将压力变送器⑵与试验台进气口(11)用管道连通，在气瓶⑴和电磁阀(3)之间设置压力表(2)，在单向阀(4)和压力变送器(`7)之间设置点接触压力表(5)和排气阀(6)，在压力变送器(7)与试验台进气口(11)之间设置加气阀(8)，将压力变送器(7)与六位半数字电流表(33)连接，六位半数字电流表(33)与配电柜(34)连接； 2)连接气体冷却回路:气缸顶部的两个出气口(29)通过管道分别与两个冷却器的冷却器进气口(45)连接，冷却器出气口(42)均与试验台进气口(11)连通，将水箱(50)与水泵(51)通过水管连接，水泵(51)的出水口通过水管与冷却水进口(48)连接，冷却水出口(47)和冷却器进水口(46)连接，冷却器出水口(44)与散热器(49)连接，散热器(49)与水箱(50)回水口连接； 3)连接润滑油回路:将油箱(40)分别与两个油泵(39)通过油管连接，其中一个油泵通过过滤器(41)与密封组件底部的润滑油进口(37)连接，另一个油泵通过过滤器(41)与曲轴润滑油入口(23)连接，曲轴箱出油口(52)与油箱(40)连接；4)连接气体检测气路:将真空泵(36)、缓冲器(9)、油气分离器(27)和单向阀(4)通过管道依次连接，真空泵(36)与曲轴箱(17)顶部的一个气孔连接，单向阀(4)与曲轴箱(17)顶部的另一个气孔连接，在油气分离器(27)和单向阀(4)之间设置氦质谱仪(35)； 5)进行活塞杆密封的动态密封性能检测:首先将活塞(31)压到底部，设置点接触压力表(5)压力值，关闭排气阀￠)，开启水泵(51)、油泵(39)和六位半数字电流表(33)，高压氦气通过试验台进气口(11)注入气缸衬(10)，开启电机(22)，连杆(16)在曲轴(14)的带动下进行上下运动，并带活塞杆(25)和活塞(31)上下运动，当活塞杆(25)和活塞(31)运动至气缸衬(10)顶部，顶部空间的气体被压缩，该气体包括空气和由活塞环泄漏的氦气，从和气缸衬(10)联接的气缸盖(28)的顶部的两个气体出口(29)流出，流入两个冷却器(43)的冷却器进气口(45)，在冷却器(43)中冷却后从冷却器出气口(42)流出，重新流回密封组件(24)内壳,当气缸衬(10)内氦气量不足时,气瓶的加气阀(8)打开,补充气缸衬(10)内气体，保证系统在预定的压力下工作，试验台工作一段时间后，气缸衬(10)内的高压气体反复压缩，温度升高体积膨胀，活塞杆密封气腔内氦气的压力超过限定值时，电磁阀(3)打开放气，活塞杆密封气腔内氦气的压力小于限定值时，电磁阀(3)关闭，同时起到活塞杆密封(38)的保护作用，活塞杆密封气腔内氦气的压力大小，可以随时设定，由于气缸衬(10)和气缸外壳(12)间，密封组件(24)和气缸衬(10)间均有密封圈进行密封，防止漏气，因此在曲轴箱(17)内检测到的氦气可认为是由活塞杆密封泄漏的，由于泄漏出来的气体压力比较大，使用一个緩冲器(9)减小冲击压力，使用油气分离器(27)完成油气的分离，当一次试验结束，氦质谱仪(35)测得氦气密度，从而得到活塞杆动态密封性能的检测结果。
全文摘要
本发明属于活塞密封检测装置技术领域，具体涉及一种活塞环和活塞杆密封的密封性能检测装置及其检测方法。目前,国内没有针对活塞环和活塞杆密封的密封性能进行检测的装置，无法保证活塞环和活塞杆密封的密封性能满足使用要求。本发明用电动机驱动曲轴连杆机构带动活塞作往复运动，模拟发动机的工作过程，在实验台的工作状态与发动机的实际情况基本相符的条件下，使用容易泄漏的氦气通过氦气质谱检漏仪来实现对活塞环和活塞杆密封性能的检测，寻找出设计上的缺陷，使发电机达到最佳工作状态。
文档编号G01M3/26GK103162918SQ201310078059
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月12日 优先权日2013年3月12日
发明者刘建设, 申涛, 刘雅文 申请人:西安工业大学