一种可以测量密封端面间轴向力和温度的机械密封性能试验装置，其电主轴与单悬臂工作主轴连接,由动环端面与静环端面等比压压紧作用实现单悬臂工作主轴的浮动支撑；测力套筒边缘端为法兰结构，测力套筒上设有轴向力应变片；轴套套装在单悬臂工作主轴上并穿过密封腔左右两端的端盖，轴套与单悬臂工作主轴在轴向滑动、周向用嵌槽块定位相连；轴套上设有螺距相等，螺旋线方向相反的两段螺纹，分别与左螺母和右螺母进行旋合；两个推环的背侧分别与两个动环座接触；动环座与轴套在轴向滑动在周向定位相连；静环内开设与密封端面相通的通孔，通孔内放置红外探头。这种设计结构实现了对包括大直径高转速在内的机械密封的性能参数如轴向力和温度的测量。
【技术实现步骤摘要】
一种可以测量密封端面间轴向力和温度的机械密封性能试验装置
本技术属于机械密封测试
，特别涉及一种无轴向附加力、结构简单、操作方便，能够对机械密封动环和静环密封端面间的轴向力和温度精确测定的密封性能试验装置。
技术介绍
作为离心泵、反应釜、压缩机等动设备的一种转轴密封，机械密封被广泛应用于航空，船舶、石油化工、核电站等领域。装置的大型化和生产的连续性，以及资源的日渐枯竭和环境的不断恶化，都对机械密封性能提出了更高的要求。机械密封分为接触式机械密封和非接触式机械密封两类，两者的区别在于后者的端面上开设有型槽，工作时端面间存在较大的膜压，动环和静环端面不接触，无摩擦磨损。为了了解新设计出的机械密封的性能，密封技术工作者开发了各种用途的机械密封性能试验装置。 从公知的技术中可以看到，机械密封性能试验装置按照主轴支撑的方式可以分为单悬臂结构和双悬臂结构，其特点是，工作主轴穿入一个密封腔端盖，或者穿入穿出两个密封腔端盖。对于单悬臂式机械密封试验装置，若工作主轴只穿入一个密封腔端盖，即工作主轴轴端处于密封腔中，则密封介质作用于轴端和动环及静环浸液表面，不同大小的密封介质压力以及不等的动环和静环浸液表面积形成的轴向力大小存在差异，由此导致支承主轴的轴承的摩擦扭矩不同，从而影响机械密封端面摩擦扭矩的测量精度，如专利CN100535627C ;若工作主轴穿入穿出两个密封腔端盖，即工作主轴轴端处于密封腔外，则密封介质不作用于轴端，又由于对称布置于密封腔两端的两组机械密封，其动环和静环浸液表面净面积相等，因而主轴上不存在密封介质压力形成的轴向力，有效地解决了支承主轴轴承的摩擦扭矩变化对测量精度的影响问题，如专利CN102589821B，但是，要实现两组机械密封的弹簧力相等以避免产生轴向力带来轴承摩擦扭矩的影响，需要非常精细的调节，十分不便；要想将这种机械密封性能试验装置用于高速机械密封的性能测试，需要为其配备高速轴承箱。 对于双悬臂式机械密封性能试验装置，一般每个悬臂上匹配一个密封腔，并穿入各自密封腔的端盖，两组结构、尺寸相同的机械密封对称于工作主轴的中截面分别安装在悬臂的两端，可以相互抵消由于各个密封腔内密封介质引起的轴向力和弹簧引起的端面比载荷，解决了工作主轴只穿入一个密封腔端盖的单悬臂式机械密封性能试验装置存在不平衡轴向力的问题。但是，双悬臂式机械密封性能试验装置的动力装置必须布置在工作主轴的中间部位，采用皮带或齿轮传动，结构复杂。 在简化结构和轴向力平衡上，工作主轴穿入穿出两个密封腔端盖的机械密封性能试验装置具有明显的优势。专利CN103267613A采用工作主轴穿过与之间隙配合的轴套，在轴套中部设置螺距相等，螺旋线方向相反的两段螺纹，分别与左螺母和右螺母旋合，左螺母与右螺母上开设与轴套轴线平行的短销孔，用于插入短销，防止两螺母相对转动，旋转轴套，带动左右螺母等距的向左，向右移动，并推动分别与左螺母与右螺母接触的两组动环座，通过两组弹簧及两组推环推动两组动环对静环的压紧。该单悬臂结构实现了两组机械密封弹簧比压的等量调节，克服了密封腔端面浸液面积不等引起的不平衡轴向力。由于这种结构装置的轴套与工作主轴在具有相对运动趋势时，存在一定的滑动摩擦阻力，影响着密封端面摩擦扭矩的测量。 从公知技术还可以看到，机械密封性能试验装置测量技术的难点主要体现在密封端面摩擦扭矩、端面间轴向力和端面间温度的测量上。 专利CN1825083A利用在电机输出轴和工作主轴之间加装扭矩传感器来测量端面摩擦扭矩，为了提高测量灵敏度，以及保证一定的量程宽度和小转矩情况下的测量，扭矩轴直径通常设计得较小，这在实际测量时往往会因为启动转矩较大而损坏。专利CN103267613A采用在轴套两端开设U型口，U型口侧壁安装周向力传感器以及U型口处的工作主轴上设置传动销感知端面摩擦扭矩产生的力，然后乘以周向力传感器所处的力臂来获取密封端面摩擦扭矩的，避免了扭矩轴的使用，保证了测量灵敏度。 机械密封动环和静环间轴向力对其工作性能颇具影响。机械密封动环和静环间的轴向力由弹簧力和介质压力在动环和静环浸液表面净面积引起的轴向力构成。对于接触式机械密封而言，动环和静环在工作过程中没有分离、存在接触，动环和静环间的压力由动环和静环端面上的微凸体和介质膜共同承担。随着端面间工况的不同，微凸体之间的支承力和介质提供的压力不断变换着权重，很难直接测量出各自的大小。Mayer、宋鹏云等人在静环端面不同径向位置处开设孔道将流体引至压力传感器进行测量。张继革等人在静环上钻孔将压力信号引出，利用电阻应变式传感器将电阻信号转换为电压信号，并将测取信号经过计算机处理实现对流体动压测量。这种引压法，由于引流孔道过长引起流体产生压降，同时静环的开口处也会导致液膜流场的变化，对测量精度构成极大影响。对于非接触式机械密封而言，动环和静环在工作过程中完全分离、不存在接触，动环和静环间的压力由动环和静环端面间的介质膜独立承担。顾永泉等人设计电容法对端面膜压进行了测量，将金属膜片设置于一金属壳体端部，在金属膜片后一段距离处装一与金属壳体绝缘的圆柱形电极，当产生流体动压时，金属膜片与电极间产生的电容量转化成输出电量作为膜压测量值。但由于电容传感器的寄生电容及干扰因素的影响会使其灵敏度下降，导致测量结果不准确，测试精度不高，而且测试方法繁琐。 精确测定机械密封端面间的温度是非常困难的，一是因为动环和静环密封端面无法安装传感器。对于接触式机械密封，由于动环和静环端面存在摩擦磨损，热电偶不能直接布置于端面上，否则会磨坏；对于非接触式机械密封，尽管稳定运行时动环和静环端面不接触，但在启动或停机阶段，动环和静环都会接触产生摩擦磨损，若热电偶直接布置于端面上，启动时便会磨坏。二是因为动环和静环端面间所产生的温度只能维持很短的时间，难以通过移开其中一个摩擦副来直接测量。目前采用的都是间接测量技术，比如王玉明等人采用的埋设热电偶温度传感器的方式进行测量，即将热敏电偶埋设在距离静环端面1_左右的位置，将实测到的该位置的温度加上因偏离端面给定的补偿，表征为螺旋槽流体动压非接触式机械密封的端面温度。宋鹏云、朱孝平等人也采用了该方法对变工况下机械密封端面进行温度动态测量。廖和滨等人采用多点埋设热电偶的方法，获取了端面温度场的分布。此类方法实现了对机械密封端面温度的间接测量，但其中补偿值作为经验值，随端面摩擦工况不同有所不同，难以准确反映工况不断变化的密封端面的温度。为此，专利CN102128692A，在静环密封面背面同一直径上周向均布加工η个Φ1的轴向盲孔，盲孔底面距离动环和静环摩擦端面分别为hl，h2，…，hn _，采用绝缘胶将热电偶温度传感器埋入盲孔中，热电偶温度传感器的信号线沿被密封设备的端盖内孔壁引出。将试验过程中η处测得的温度回归成温度-距离端面深度曲线T = f(h)，利用外插法求取h = O处的端面温度即为端面摩擦温度。这一温度考虑了不同厚度的静环材料的热阻对测量值的影响，避开使用温度补偿经验值，较好地反映了摩擦端面的温度。但该方法也仍是间接测量方法，并非是摩擦端面的直接测量温度。 邢大淼在静止摩擦副上开设用于测温的辐射通道，将红外测温探头固定在静本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可以测量密封端面间轴向力和温度的机械密封性能试验装置，包括电主轴(1)、单悬臂工作主轴(2)、测力套筒(41)、静环O形圈(43)、静环(44)、动环(45)、轴向力应变片(11)、红外探头(12)、设置于密封腔左右两端的端盖(19)、用于泄漏介质收集的左泄漏腔(3)和右泄漏腔(10)；其特征是：电主轴(1)与单悬臂工作主轴(2)通过带螺纹的锥头部位连接,由动环(45)端面与静环(44)端面等比压压紧作用实现单悬臂工作主轴(2)的浮动支撑；在轴套(18)的左右两端分别设置有测力套筒(41)，静环(44)尾部的圆柱面置于测力套筒(41)的前端孔中，并使静环（44）尾部端面贴紧测力套筒（41）的前端孔中的台阶上，测力套筒(41)的后端孔的内壁上贴有轴向力应变片(11)，当进行密封性能试验时，密封端面会由于弹簧及介质而产生轴向力，此轴向力通过静环(44)尾部端面传给测力套筒(41)的前端孔中的台阶上，使测力套筒(41)及轴向力应变片(11)产生压缩变形，从而能测得密封端面间的轴向力；静环(44)上开有一个轴向通孔，将红外探头(12)置于通孔中，并靠近密封端面，借助红外探头(12)可采集摩擦端面的温度。...
【技术特征摘要】
1.一种可以测量密封端面间轴向力和温度的机械密封性能试验装置，包括电主轴(1)、单悬臂工作主轴(2)、测力套筒(41)、静环O形圈(43)、静环(44)、动环(45)、轴向力应变片(11)、红外探头(12)、设置于密封腔左右两端的端盖(19)、用于泄漏介质收集的左泄漏腔(3)和右泄漏腔(10);其特征是:电主轴(I)与单悬臂工作主轴(2)通过带螺纹的锥头部位连接，由动环(45)端面与静环(44)端面等比压压紧作用实现单悬臂工作主轴(2)的浮动支撑；在轴套(18)的左右两端分别设置有测力套筒(41)，静环(44)尾部的圆柱面置于测力套筒(41)的前端孔中，并使静环(44)尾部端面贴紧测力套筒(41)的前端孔中的台阶上，测力套筒(41)的后端孔的内壁上贴有轴向力应变片(11)，当进行密封性能试验时，密封端面会由于弹簧及介质而产生轴向力，此轴向力通过静环(44)尾部端面传给测力套...
【专利技术属性】
技术研发人员：闻洋洋，陆建花，孙见君，马晨波，涂桥安，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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