阶梯式柱塞往复密封试验装置及阶梯式柱塞设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及柱塞及其往复密封使用寿命检测技术领域，具体涉及一种阶梯式柱塞往复密封试验装置及阶梯式柱塞设计方法。本发明专利技术包括填料函、柱塞、附加柱塞杆、液缸体、动力源、冲次信号传感器和/或转速信号传感器。本发明专利技术具备节能高效的工作特点，既能体现与往复泵实际工况完全一致的柱塞与往复密封之间的摩擦磨损状态，同时又不需要泵在实际工况即大功率工况下长期运行，从而在保证测试准确、可靠、快速、智能进行的前提下，大幅降低试验成本。本发明专利技术还提供了一种基于上述阶梯式柱塞往复密封试验装置的柱塞设计方法，以确保装置快速高效运行。行。行。

【技术实现步骤摘要】
阶梯式柱塞往复密封试验装置及阶梯式柱塞设计方法


[0001]本专利技术涉及柱塞及其往复密封使用寿命检测
，具体涉及一种阶梯式柱塞往复密封试验装置及阶梯式柱塞设计方法。

技术介绍

[0002]由于寿命试验成本、验证方法等各种因素限制，绝大多数情况下尚无有效获得柱塞及其往复密封使用寿命的方法与手段。目前，柱塞及其往复密封副的寿命数据多数通过现场测试法，或实物样机测试法等方法得到。
[0003]应用现场测试法全程借助于往复泵应用现场，利用泵使用现场具备的生产装置和便利条件，在流程生产用泵过程中，对泵配柱塞及其往复密封的寿命及工作状态进行跟踪、记录并最终获得它们寿命测试数据。然而，在流程应用现场，前提和目标是保障安全生产，柱塞及其往复密封寿命测试只是附加任务。在实践中，生产工艺总是不停在变化，决定泵的运行工况(流量、压力、转速、温度、输送介质)也都在处于变化之中，导致测试过程的边界条件常偏离预设工况但又不能调整，测试结果就不能客观反映特定工况的实际情况。甚至由于条件的制约，往往这种变化还缺乏有效的统计记录，分析数据时，缺乏必要的实际运行工况和运行边界条件作为变化分析基础。同时，由于受制于现场操作者专业能力、专业技术人员难以系统参与、现场生产型仪器设备精度不够等诸多因素的影响，增加了这种测试数据的不确定性。以至于很多时候，相同柱塞，不同渠道得到数据差别很大，甚至有成倍的偏差。所以，许多通过这种方式获得的寿命数据，由于缺乏许多准确的工况参数数据支撑，仅能作为寿命数据定性参考，不能作为精确定量的寿命指标依据。此外，生产线意外停机检修会带来较大的经济损失。未经试验验证直接用于实际生产进行试验验证，很容易造成意外故障停机。因此多数情况下，未经试验验证的柱塞及其往复密封是不允许直接在生产现场进行试验测试的。
[0004]实物样机测试法是将装配有被试柱塞及其往复密封的实物样机安装在专用试验台架系统上，在设计工况下，对泵进行连续运行试验，测试泵配柱塞及其往复密封的实际运行寿命。然而，实物样机测试法的劣势也极其明显：即高耗低效，对于大功率机组这种缺陷愈加明显。高耗方面，实物样机测试法需要将柱塞及其往复密封装配在实物样泵中，在泵实际工况下连续运行，直至柱塞及其往复密封损坏为止。以中等功率的315kW柱塞泵为例，如果柱塞寿命按时间2000h、电费率按0.75元/kW.h估算，试验电费约为：315*2000*0.75/10000＝47.25万元。以上估算仅是对1种柱塞、1种工况，如果柱塞需要进行多种工况的对比测试，那试验费用无疑将是巨大的支出。低效是指：实物样机测试法是柱塞与整泵一起试验，根据往复泵的结构和工作原理，泵的转速与泵的流量和功率是1次方关系。如果提高转速，势必提高泵的流量和驱动功率，受制于功率及柱塞强度影响这是不可能试验的，因此寿命试验只能是原速或降速试验。此外，由工程经验可知，往复泵柱塞寿命一般在1～6个月左右，大泵柱塞寿命相对短一点。如果大功率、原速试验，多数企业的测试能力仅能保证一台大泵试验，将导致大量的泵正常试验无法试验。因此实物样机测试法不仅试验数据获取周
期长，企业也无法承担；同时，柱塞生产企业也不具备稍大功率的测试条件。

技术实现思路

[0005]本专利技术的其中一个目的是克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理而实用的阶梯式柱塞往复密封试验装置，本装置具备节能高效的工作特点，既能体现与往复泵实际工况相一致的柱塞与往复密封之间的摩擦磨损状态，同时又不需要泵在实际工况即大功率工况下长期运行，从而在保证测试准确、可靠、快速、智能进行的前提下，大幅降低试验成本。本专利技术的另一个目的是提供一种基于上述阶梯式柱塞往复密封试验装置的柱塞设计方法，以确保装置快速高效运行。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0007]一种阶梯式柱塞往复密封试验装置，包括填料函以及配合于填料函筒腔内的柱塞，其特征在于：填料函的一端布置液缸体而另一端布置可使柱塞产生轴向往复动作的动力源，所述液缸体密封面状的贴合于填料函端面处，液缸体的缸腔构成可供介质暂存的容纳腔；所述柱塞前端设置附加柱塞杆使整体外形呈阶梯轴状，液缸体的靠近填料函的一侧缸壁贯穿布置可供柱塞穿行的配合孔，配合孔孔径小于或等于填料函的密封筒径，液缸体的远离填料函的一侧缸壁轴向贯穿布置同轴孔，附加柱塞杆与所述同轴孔间构成孔轴插接式动密封关系，此时柱塞的位于容纳腔区域的轴肩构成用于抽拉及泵压容纳腔内介质的所述工作端；
[0008]本装置还包括用于监控柱塞往复运动次数的冲次信号传感器和/或监控动力源转轴转速的转速信号传感器；所述冲次信号传感器和/或转速信号传感器的信号输出端连通采集与控制模块的信号输入端。
[0009]优选的，所述液缸体包括外形呈桶体状的主缸，所述同轴孔贯穿布置在主缸的桶底处，主缸桶口与填料函的函底间构成面贴合的密封配合。
[0010]优选的，同轴孔外形呈二段式阶梯孔状，且位于主缸桶底处的同轴孔的孔端孔径大于位于容纳腔处同轴孔的孔端孔径；同轴孔的大孔径段处同轴布置有填料环，并以副填料压盖压紧填料环于大孔径段内，填料环的内环面与附加柱塞杆外壁间构成孔轴插接式动密封关系。
[0011]优选的，液缸体外壁处开设有连通容纳腔的带有进口阀的介质进口及带有出口阀的介质出口，介质经由介质进口进入并由介质出口流出；本装置还包括介质循环组件，介质循环组件的循环管路分别连通介质进口与介质出口；介质经由介质进口进入容纳腔后再由介质出口流出，并在柱塞的轴肩的泵压作用下依序经过压力信号传感器、第二温度信号传感器、压力调节阀后进入储液罐，储液罐内的介质则经由冷却模组及第一温度信号传感器后流入介质进口；压力信号传感器、第二温度信号传感器及第一温度信号传感器的信号输出端同样连通采集与控制模块的信号输入端。
[0012]优选的，介质出口与储液罐进口之间还布置有并联分支管路，并联分支管路上布置有起平衡水压作用的旁通阀。
[0013]优选的，储液罐上布置补液管，补液管上布置补液阀。
[0014]优选的，所述冷却模组为水冷换热器。
[0015]优选的，一种应用所述阶梯式柱塞往复密封试验装置的阶梯式柱塞设计方法，其
特征在于：
[0016]根据以下公式获得二段式阶梯轴状的柱塞的附加柱塞杆长度L1与直径D1：
[0017]L1＝(1.5～2)S
[0018]D1＝(0.9～0.95)D2[0019]式中，S为柱塞行程，D2为原柱塞直径。
[0020]本专利技术的有益效果在于：
[0021]1)、由于填料函处填料密封的磨损是柱塞的直接的往复运动造成，而在正常状态下运行时，柱塞承担着泵送介质的任务，因此需要与之相匹配的功率驱动其运动。故倘若采取某种形式的柱塞，使其在对少量介质做功的情况下还能还原柱塞在实际运行中与函体表面的运动状态，则可以快速高效的对柱塞寿命进行检测。
[0022]基于上述观点，本专利技术另辟蹊径地设计了可轴向贯通式的阶梯型的附加柱塞杆与柱塞配合结构，通过在柱塞顶端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阶梯式柱塞往复密封试验装置，包括填料函(a)以及配合于填料函(a)筒腔内的柱塞(10)，其特征在于：填料函(a)的一端布置液缸体(20)而另一端布置可使柱塞(10)产生轴向往复动作的动力源(40)，所述液缸体(20)密封面状的贴合于填料函(a)端面处，液缸体(20)的缸腔构成可供介质暂存的容纳腔；所述柱塞(10)前端设置附加柱塞杆(11)使整体外形呈阶梯轴状，液缸体(20)的靠近填料函(a)的一侧缸壁贯穿布置可供柱塞(10)穿行的配合孔(23)，配合孔(23)孔径小于或等于填料函(a)的密封筒径，液缸体(20)的远离填料函(a)的一侧缸壁轴向贯穿布置同轴孔(24)，附加柱塞杆(11)与所述同轴孔(24)间构成孔轴插接式动密封关系，此时柱塞(10)的位于容纳腔区域的轴肩(12)构成用于抽拉及泵压容纳腔内介质的所述工作端；本装置还包括用于监控柱塞(10)往复运动次数的冲次信号传感器(31)和/或监控动力源(40)转轴转速的转速信号传感器(32)；所述冲次信号传感器(31)和/或转速信号传感器(32)的信号输出端连通采集与控制模块(33)的信号输入端。2.根据权利要求1所述的一种阶梯式柱塞往复密封试验装置，其特征在于：所述液缸体(20)包括外形呈桶体状的主缸(20a)，所述同轴孔(24)贯穿布置在主缸(20a)的桶底处，主缸(20a)桶口与填料函(a)的函底间构成面贴合的密封配合。3.根据权利要求2所述的一种阶梯式柱塞往复密封试验装置，其特征在于：同轴孔(24)外形呈二段式阶梯孔状，且位于主缸(20a)桶底处的同轴孔(24)的孔端孔径大于位于容纳腔处同轴孔(24)的孔端孔径；同轴孔(24)的大孔径段处同轴布置有填料环(25)，并以副填料压盖(26)压紧填料环(25)于大孔径段内，填料环(25)的内环面与...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈正文，刘广兵，王永强，巴胜富，苏吉鑫，张的，韩彩红，韦志超，夏添，曲玉栋，
申请(专利权)人：合肥通用环境控制技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：