一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置，该装置包含动力输出及扭矩测量组件和机械密封试验容腔组件；动力输出及扭矩测量组件包含有伺服电机、扭矩传感器、固定支架、联轴器；机械密封试验容腔组件包含有传动轴、骨架油封、轴承、悬浮组件、O型密封圈；动力输出及扭矩测量组件用于提供旋转动力，使机械密封的动环能够相对静环做旋转运动，并测量机械密封的阻尼力矩。机械密封试验容腔组件用于为被测机械密封提供一定的压力空间，其悬浮组件用于使被测机械密封免受因同轴度无法精确控制而产生的机械压力，确保被测机械密封在试验过程中不因外部机械压力造成损伤。

Performance test device of mechanical seal used in water treatment system of manned spaceflight

【技术实现步骤摘要】
一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置
本专利技术涉及机械密封领域，特别涉及一种用于载人航天水处理系统的机械密封性能测试试验装置。
技术介绍
机械密封广泛应用于水泵、油泵等旋转流体机械，机械密封已形成型谱化，作为标准件在流体机械设备中选用。机械密封的主要性能包括密封性能、摩擦阻力、使用寿命。地面设备用的机械密封对密封性及动力要求相对较低，载人航天工程因空间站上能源宝贵，且对水处理系统的效率和质量有更高的要求，因此所用的机械密封需要比传统的机械密封有更低的功耗和更高的密封性。传统的机械密封件在弹簧压力作用下动环与静环之间紧密贴合，旋转阻力较大，需要使用大功率动力设备才能驱动动环与静环的相对运动，比较适合地面设备的应用。通常情况下，弹簧压力越大，动环与静环之间的贴合度越好，密封性越好，所需的驱动力矩也越大，密封性与功耗消耗是一组矛盾。在一些低功耗要求的场合，如载人航天工程中，机械密封要求具有更高的密封能力和更小的功率消耗，以适应空间环境下能源有限的客观限制及载人航天对密封性的更高要求。为此，某研究所研制了一种低功耗且高密封性的载人航天专用机械密封，针对该类载人航天专用机械密封，本专利技术提供了一种性能测试的试验装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为载人航天用机械密封提供一种扭矩及密封性测试的试验装置，该装置能够实现载人航天用机械密封的摩擦阻力及密封性测试，并能快速更换机械密封，操作简便。本专利技术的技术解决方案是：一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置，包括动力输出及扭矩测量组件和机械密封试验容腔组件；所述的动力输出及扭矩测量组件包含有伺服电机、第一联轴器、扭矩传感器、第二联轴器、支架；支架上设有与机械密封试验容腔组件连接的安装板、伺服电机安装板、扭矩传感器安装板；伺服电机与扭矩传感器均安装在支架上，伺服电机转轴与扭矩传感器输入轴通过第一联轴器连接；扭矩传感器输出轴与第二联轴器连接；支架上设有与机械密封试验容腔组件连接的安装板；所述的机械密封试验容腔组件包含有传动轴、螺母、轴承端盖、A轴承、上部腔体、骨架油封、B轴承、轴用卡簧、A密封圈、中部腔体、B密封圈、悬浮组件、下部腔体、橡胶垫圈、不锈钢垫圈、锁紧螺母、紧固螺钉；A轴承安装在上部腔体的A轴承安装孔内，轴承端盖安装在上部腔体的A法兰安装面上，轴承端盖顶住A轴承的外圈，骨架油封安装在上部腔体的内腔内，骨架油封的端面与上部腔体内腔中的挡板接触；B轴承套接在传动轴的B轴承安装轴上，轴用卡簧安装在卡簧槽处，轴用卡簧用于固定B轴承；安装有B轴承和轴用卡簧的传动轴安装在已装有A轴承和骨架油封的上部腔体内，传动轴的A轴承安装轴安装进A轴承的内孔，光滑轴段穿过骨架油封的内孔；螺母旋拧到传动轴的A螺纹段处，螺母压紧A轴承的内圈；A密封圈安装在中部腔体的密封圈槽内，八个螺钉穿过上部腔体的B法兰安装面上的八个通孔与中部腔体的上部法兰面上的八个螺纹通孔螺纹连接；B密封圈安装在悬浮组件的B密封圈安装槽内，中部腔体的下部法兰与悬浮组件的悬浮组件外圈粗轴段的八个螺纹通孔螺纹连接；下部腔体通过锁紧螺母与悬浮组件的悬浮组件外圈粗轴段的下端面螺纹连接。在上述的一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置中，所述的悬浮组件由悬浮组件外圈、悬浮组件内圈、四件挡轴、A橡胶环、B橡胶环、四件挡片、两件A环形限位垫片、两件B环形限位垫片、32件限位螺钉、四件密封圈构成。悬浮组件内圈安装在悬浮组件外圈的中心通孔内，悬浮组件内圈的四个螺纹盲孔与悬浮组件外圈的四个通孔一一对应，悬浮组件内圈的通孔与悬浮组件外圈的宝塔型接头方向一致；四件挡轴分别穿过悬浮组件外圈的四个通孔与悬浮组件内圈的四个螺纹盲孔螺纹连接；A橡胶环安装在悬浮组件外圈和悬浮组件内圈的上端面上，A环形限位垫片压住A橡胶环，A环形限位垫片的八个通孔与A橡胶环外侧的八个通孔一一对应，八只限位螺钉依次穿过A环形限位垫片的八个通孔和A橡胶环外侧的八个通孔与悬浮组件外圈上端面的八个螺纹盲孔螺纹连接；B环形限位垫片压住A橡胶环，B环形限位垫片的八个通孔与A橡胶环内侧的八个通孔一一对应，八只限位螺钉依次穿过B环形限位垫片的八个通孔和A橡胶环内侧的八个通孔与悬浮组件内圈上端面的八个螺纹盲孔螺纹连接；B橡胶环安装在悬浮组件外圈和悬浮组件内圈的下端面上，A环形限位垫片压住B橡胶环，A环形限位垫片的八个通孔与B橡胶环外侧的八个通孔一一对应，八只限位螺钉依次穿过A环形限位垫片的八个通孔和B橡胶环外侧的八个通孔与悬浮组件外圈下端面的八个螺纹盲孔螺纹连接；B环形限位垫片压住B橡胶环，B环形限位垫片的八个通孔与B橡胶环内侧的八个通孔一一对应，八只限位螺钉依次穿过B环形限位垫片的八个通孔和B橡胶环内侧的八个通孔与悬浮组件内圈下端面的八个螺纹盲孔螺纹连接；四个密封圈分别安装在悬浮组件外圈圆柱面上的四个密封圈槽中，四件挡片分别安装在悬浮组件外圈圆柱面的四个通孔的外侧，四件挡片压住四件密封圈，实现对四个通孔的密封封堵。一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置的整机装配过程为：将动力输出及扭矩测量组件的第二联轴器与机械密封试验容腔组件的传动轴连接，将动力输出及扭矩测量组件中支架的机械密封试验容腔组件连接板与机械密封试验容腔组件中的上部腔体的A安装法兰上的螺纹通孔螺纹连接。测试设备运转过程中，被测机械密封需要注入润滑水，悬浮组件上的宝塔头接头用于为被测机械密封注入润滑水；对机械密封测试的密闭腔体内，能够进行压力气体的输入，并能检测气压，设计了压力气体注入接口及气压计接口；中部腔体上的A宝塔型接口用于连接压力空气，B宝塔型接口用于连接气压计，测量密封腔里的气压值，C宝塔型接口用于连接水管，对密封腔通入一定量的水，通入水的液面高度应完全淹没被测试的机械密封，且液面高度低于A宝塔型接口和B宝塔型接口；在机械密封的一端的密闭压力容腔里通过C宝塔型接口注入水，并对水施加气压，在测试设备运转过程中，监测机械密封另一端的水泄漏量；在伺服电机与机械密封试验容腔组件之间连接有扭矩传感器，用于时时测量被测机械密封动环与静环之间的摩擦阻尼；本专利技术具有以下优点：(1)、本专利技术中，设计了悬浮组件用于安装被测试机械密封，保证被测机械密封不因同轴度难以控制产生的机械压力而损伤；(2)、本专利技术中，悬浮组件采用四个挡轴对悬浮组件悬浮组件外圈与悬浮组件内圈在轴向与径向的相对运动范围进行了限制，确保上下两片橡胶密封环不因相对运动范围大而变形过度或损伤；(3)、本专利技术中，拧下四个锁紧螺钉，即可取下下部腔体，拧下锁紧螺母即更换新的待测试机械密封，实现了被测机械密封的便捷更换；(4)、本专利技术中，能够进行压力气体的输入及气压的测量，能够在不同压力环境下测试机械密封的密封性能；附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置，其特征在于：包括动力输出及扭矩测量组件(1)和机械密封试验容腔组件(2)；/n所述动力输出及扭矩测量组件(1)包含有伺服电机(11)、第一联轴器(12)、扭矩传感器(13)、第二联轴器(14)、支架(15)；其中，伺服电机(11)、第一联轴器(12)、扭矩传感器(13)、第二联轴器(14)均为外购标准件；支架(15)上设有与机械密封试验容腔组件(1)连接的安装板、伺服电机安装板、扭矩传感器安装板；伺服电机(11)与扭矩传感器(13)均安装在支架(15)上，伺服电机转轴与扭矩传感器输入轴通过第一联轴器(12)连接；扭矩传感器输出轴与第二联轴器(14)连接；支架(15)上设有与机械密封试验容腔组件(2)连接的安装板；/n所述机械密封试验容腔组件(2)包含有传动轴(2a)、螺母(2b)、轴承端盖(2c)、A轴承(2d)、上部腔体(2e)、骨架油封(2f)、B轴承(2g)、轴用卡簧(2h)、A密封圈(2i)、中部腔体(2j)、B密封圈(2k)、悬浮组件(2l)、下部腔体(2m)、锁紧螺母(2p)、紧固螺钉(2q)。/nA轴承(2d)安装在上部腔体(2e)的A轴承安装孔内，轴承端盖(2c)安装在上部腔体(2e)的A法兰安装面上，轴承端盖(2c)顶住A轴承(2d)的外圈，骨架油封(2f)安装在上部腔体(2e)的内腔内，骨架油封(2f)的端面与上部腔体(2e)内腔中的挡板接触；B轴承(2g)套接在传动轴(2a)的B轴承安装轴上，轴用卡簧(2h)安装在卡簧槽处，用于固定B轴承(2g)；安装有B轴承(2g)和轴用卡簧(2h)的传动轴(2a)安装在已装有A轴承(2d)和骨架油封(2f)的上部腔体(2e)内，传动轴(2a)的A轴承安装轴安装进A轴承(2d)的内孔，光滑轴段穿过骨架油封(2f)的内孔；螺母(2b)旋拧到传动轴(2a)的A螺纹段处，螺母(2b)压紧A轴承(2d)的内圈；/nA密封圈(2i)安装在中部腔体(2j)的密封圈槽内，八个螺钉穿过上部腔体(2e)的B法兰安装面上的八个通孔与中部腔体(2j)的上部法兰面上的八个螺纹通孔螺纹连接；B密封圈(2k)安装在悬浮组件(2l)的B密封圈安装槽内，中部腔体(2j)的下部法兰与悬浮组件(2l)的八个螺纹通孔螺纹连接；/n下部腔体(2m)通过锁紧螺母(2p)与悬浮组件下端面螺纹连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置，其特征在于：包括动力输出及扭矩测量组件(1)和机械密封试验容腔组件(2)；
所述动力输出及扭矩测量组件(1)包含有伺服电机(11)、第一联轴器(12)、扭矩传感器(13)、第二联轴器(14)、支架(15)；其中，伺服电机(11)、第一联轴器(12)、扭矩传感器(13)、第二联轴器(14)均为外购标准件；支架(15)上设有与机械密封试验容腔组件(1)连接的安装板、伺服电机安装板、扭矩传感器安装板；伺服电机(11)与扭矩传感器(13)均安装在支架(15)上，伺服电机转轴与扭矩传感器输入轴通过第一联轴器(12)连接；扭矩传感器输出轴与第二联轴器(14)连接；支架(15)上设有与机械密封试验容腔组件(2)连接的安装板；
所述机械密封试验容腔组件(2)包含有传动轴(2a)、螺母(2b)、轴承端盖(2c)、A轴承(2d)、上部腔体(2e)、骨架油封(2f)、B轴承(2g)、轴用卡簧(2h)、A密封圈(2i)、中部腔体(2j)、B密封圈(2k)、悬浮组件(2l)、下部腔体(2m)、锁紧螺母(2p)、紧固螺钉(2q)。
A轴承(2d)安装在上部腔体(2e)的A轴承安装孔内，轴承端盖(2c)安装在上部腔体(2e)的A法兰安装面上，轴承端盖(2c)顶住A轴承(2d)的外圈，骨架油封(2f)安装在上部腔体(2e)的内腔内，骨架油封(2f)的端面与上部腔体(2e)内腔中的挡板接触；B轴承(2g)套接在传动轴(2a)的B轴承安装轴上，轴用卡簧(2h)安装在卡簧槽处，用于固定B轴承(2g)；安装有B轴承(2g)和轴用卡簧(2h)的传动轴(2a)安装在已装有A轴承(2d)和骨架油封(2f)的上部腔体(2e)内，传动轴(2a)的A轴承安装轴安装进A轴承(2d)的内孔，光滑轴段穿过骨架油封(2f)的内孔；螺母(2b)旋拧到传动轴(2a)的A螺纹段处，螺母(2b)压紧A轴承(2d)的内圈；
A密封圈(2i)安装在中部腔体(2j)的密封圈槽内，八个螺钉穿过上部腔体(2e)的B法兰安装面上的八个通孔与中部腔体(2j)的上部法兰面上的八个螺纹通孔螺纹连接；B密封圈(2k)安装在悬浮组件(2l)的B密封圈安装槽内，中部腔体(2j)的下部法兰与悬浮组件(2l)的八个螺纹通孔螺纹连接；
下部腔体(2m)通过锁紧螺母(2p)与悬浮组件下端面螺纹连接。


2.根据权利要求1所述的一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置，其特征在于：悬浮组件(2l)不可悬浮组件外圈(2la)、悬浮组件内圈(2lb)、四件挡轴(2lc)、A橡胶环(2ld)、B橡胶环(2le)、四件挡片(2lf)、两件A环形限位垫片(2lg)、两件B环形限位垫片(2lh)、限位螺钉(2li)、四个密封圈(2lj)；
其中，所述悬浮组件外圈(2la)分为圆柱形的粗轴段和细轴段；悬浮组件外圈(2la)的粗轴段圆柱面上开有通孔，通孔外侧焊接有宝塔形接头(2laa)，粗轴段的上端面开有B密封圈安装槽(2lab)，粗轴段的上端面设有定位凸缘(2lad)和八个螺纹通孔(2lai)，粗轴段的下端面设有定位凸缘(2lae)和限位槽(2lac)，悬浮组件外圈(2la)的细轴段圆柱面上均布开有四个通孔(2laf)，环绕四个通孔(2laf)的外侧分别开有开有密封圈槽(2lag)，悬浮组件外圈(2la)细轴段的上端面均布开有8个螺纹盲孔(2lah)，悬浮组件外圈(2la)的细轴段下端面均布开有8个螺纹盲孔(2laj)；其中，悬浮组件内圈(2lb)的圆柱面上开有通孔(2lba)，悬浮组件内圈(2lb)外圆柱面的四周均布有四个螺纹盲孔(2lbb)，用于安装四个挡轴(2lc)；悬浮组件内圈(2lb)的外圆柱面直径小于悬浮组件外圈的中心圆筒直径；悬浮组件内圈(2lb)安装在悬浮组件外圈的中心圆筒内，四个挡轴(2lc)的螺纹段分别与悬浮组件内圈(2lb)的四个螺纹盲孔(2lbb)螺纹连接，四个挡轴(2lc)的光滑段伸入悬浮组件外圈(2la)的四个通孔(2laf)内；悬浮组件内圈(2lb)设有螺纹段(2lbc)和光滑段(2lbd)，螺纹段(2lbc)与光滑段(2lbd)之间为过度斜坡(2lbe)；悬浮组件内圈的上端面均布开有8个螺纹盲孔(2lbf)，悬浮组件内圈的下端面均布开有8个螺纹盲孔(2lbg)。


3.根据权利要求1所述的一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置，其特征在于：所述上部腔体(2e)上设有A轴承安装孔(2e1)和内腔(2e4)，二者之间由挡板(2e3)分界；挡板(2e3)上端面用于支撑A轴承(2d)的外圈，挡板下端面用于支撑骨架油封(2f)的端面；上部腔体(2e)的A轴承安装孔一侧设有A安装法兰(2e2)，A安装法兰(2e2)上开有螺纹通孔(2e2-1)和螺纹盲孔(2e2-2)；其中，螺纹通孔(2e2-1)用于与支架(15)机械连接，螺纹盲孔(2e2-2)用于固定轴承端盖(2c)，上部腔体(2e)下部设有B安装法兰(2e5)，B安装法兰(2e5)上设有通孔(2e5-1)。


4.根据权利要求1所述的一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置，其特征在于：所述传动轴(2a)上设有A轴段(2aa)，用于与第一联轴器(12)固定连接，A轴段(2aa)下部为第一过度轴(2ab)，第一过度轴(2ab)中部开有通孔(2ab-1)，第一过度轴(2ab)下部为A螺纹段(2ac)，A螺纹段(2ac)下部为A轴承安装轴(2ad)，A轴承安装轴(2ad)下部为A光滑轴段(2ae)上，A光滑轴段(2ae)表面光洁度为0.08，A光滑轴段(2ae)用于与骨架油封(2f)的内圈紧密接触，在旋转时实现密封；A光滑轴段(2ae)的下部为B轴承安装轴(2ag)，B轴承安装轴(2ag)的端部设有卡簧槽(2af)；B轴承安装轴(2ag)的下部为第二过度轴(2ah)，第二过度轴(2ah)下部为凸缘(2ai)，凸缘(2ai)用于限位被测机械密封；凸缘(2ai)下部为B光滑轴段(2aj)，B光滑轴段(2aj)用于穿过被测机械密封，并与被测机械密封中间孔内的密封圈紧密接触，实现B光滑轴段(2aj)与被测机械密封中间孔之间的密封；B光滑轴段(2aj)下部为第三过度轴(2ak)，第三过度轴(2ak)下部为B螺纹段(2al)。


5.根据权利要求1所述的一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置，其特征在于：所述中部腔体(2j)上焊接有A宝塔型接口(2ja)，B宝塔型接口(2jb)，C宝塔型接口(2jc)，A宝塔型接口(2ja)用于连接压力空气，对密封腔形成一定的气压值，B宝塔型接口(2jb)用于连接气压计，用于测量密封腔里的气压值，C宝塔...

【专利技术属性】
技术研发人员：向政，刘朝阳，葛宏升，冯文龙，谢海峰，张称称，袁韬，王嘉铭，郝明凤，曾令强，
申请(专利权)人：北京航天时代光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11