專利名稱：一種機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機械密封試驗系統(tǒng)，具體說是由利用飛輪蓄能系統(tǒng)和離合器來模擬機 械密封瞬態(tài)啟停狀態(tài)的密封試驗裝置。
背景技術(shù)：
機械密封是一種可靠性較高、密封性能好的旋轉(zhuǎn)機械用密封方式，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、 石油、化工、國防、航空航天等部門，其在穩(wěn)定工作條件下具有良好的密封性能，相應(yīng)地， 常用機械密封的設(shè)計方法也已經(jīng)相對成熟。
隨著使用要求的提高，開發(fā)密封性能好、可靠性高的機械密封迫在眉睫。密封技術(shù)及 其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，使得一些特殊的要求不斷被提出，并亟需相關(guān)理論支持。其中一 個典型就是許多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)C械密封能否在變工況條件下的安全工作提出要求，甚至要求 在極端的瞬態(tài)工況下安全運轉(zhuǎn)，而相關(guān)理論及設(shè)計方法還相對缺乏。這種要求變工況條件 應(yīng)用的例子在生產(chǎn)實際中不可避免，首先表現(xiàn)在各類旋轉(zhuǎn)機械啟動和停車過程，在該類條 件下，密封端面相對速度和壓力均快速變化，其密封特性明顯區(qū)別于通常的穩(wěn)態(tài)工作過程， 對這種瞬態(tài)過程密封特性的把握對于高性能、高可靠性系統(tǒng)具有重要意義，對探索避免破 壞、提高可靠性和壽命具有重要價值；其次，對于各類水下推進系統(tǒng)和其它動力系統(tǒng)，由 于工作深度的變化，導(dǎo)致密封壓力快速變化使密封處于瞬態(tài)工作過程中，該過程的準確把 握對于各類水下系統(tǒng)具有意義。
要對機械密封在瞬態(tài)條件下的密封性能和摩擦、磨損和潤滑機理進行研究，僅靠現(xiàn)有 的理論分析遠遠不夠，需要進行大量的試驗工作，取得第一手的試驗數(shù)據(jù)，以供分析和研 究。而現(xiàn)有的機械密封性能試驗臺僅能提供穩(wěn)定狀態(tài)下的機械密封性能試驗研究，因此需 根據(jù)實際需要，設(shè)計和搭建能夠進行瞬態(tài)啟停密封性能試驗的試驗臺架。
考慮試驗臺快速瞬態(tài)啟停的需要，單純對電機進行快速啟?？刂剖遣豢尚械?，因為頻 繁快速啟停電機往往對電機損害較大，且對電機的性能要求較高；另一方面也很難實現(xiàn)不 同的啟停加速度，因而難以模擬實際的旋轉(zhuǎn)機械的啟停特性
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置，本裝置既能用于檢測機械密封件在瞬態(tài)啟停狀態(tài)下的性能，又能用于檢測機械密封件在傳統(tǒng)穩(wěn)定運行工況下的性能。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置，包括動力系統(tǒng)、主體密封安裝平臺、機械密封性能參數(shù)測量系統(tǒng)和壓力供給輔助系統(tǒng)；
動力系統(tǒng)包括電機和設(shè)置在軸承座上的飛輪軸，飛輪軸的一端通過聯(lián)軸器I與電機相連，飛輪軸的另一端與離合器相連；在飛輪軸上設(shè)置用于蓄能的飛輪；
機械密封性能參數(shù)測量系統(tǒng)包括相互連接的扭矩轉(zhuǎn)速儀和工控機，扭矩轉(zhuǎn)速儀與離合器相連；電機和離合器分別與工控機相連；
主體密封安裝平臺包括安裝在軸承箱上的密封主軸，密封主軸的一端通過聯(lián)軸器II與
扭矩轉(zhuǎn)速儀相連，密封主軸的另一端貫穿密封腔體；
壓力供給輔助系統(tǒng)與密封腔體相連，負責(zé)保持密封腔體內(nèi)的密封壓力。作為本發(fā)明的機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置的改進機械密封性能參數(shù)測量
系統(tǒng)還包括均位于密封腔體內(nèi)的溫度傳感器和位移傳感器，溫度傳感器和位移傳感器分別與工控機相連。
作為本發(fā)明的機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置的進一步改進壓力供給輔助系統(tǒng)包括壓力緩沖穩(wěn)定罐、冷卻器、齒輪泵和油箱；油箱的出口與齒輪泵、壓力緩沖穩(wěn)定罐和密封腔體的進口依次密封相連，密封腔體的出口與冷卻器和油箱的進口依次密封相連。作為本發(fā)明的機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置的進一步改進軸承箱內(nèi)設(shè)有用于
抵消密封主軸軸向力的錐軸承。
作為本發(fā)明的機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置的進一步改進位移傳感器為渦流
傳感器。
作為本發(fā)明的機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置的進一步改進聯(lián)軸器n為柔性聯(lián)軸器。
作為本發(fā)明的機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置的進一步改進聯(lián)軸器I為鏈式聯(lián)軸器。
作為本發(fā)明的機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置的進一步改進電機為變頻電機。作為本發(fā)明的機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置的進一步改進飛輪軸被安置在2個并排的軸承座上，飛輪位于2個軸承座的正中間。本發(fā)明的機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置，它采用飛輪蓄能系統(tǒng)和離合器的開合來模擬流體機械的瞬態(tài)啟停過程，從而可以對機械密封的瞬態(tài)密封性能進行試驗研究。在瞬態(tài)啟停密封性能試驗中，為防止快速頻繁啟停電機而造成電機的損壞，本發(fā)明的裝置采用飛輪進行儲能，根據(jù)不同的啟停加速度要求，可通過更換較大或較小轉(zhuǎn)動慣量的用于蓄能的飛輪來實現(xiàn)。由于密封主軸由軸承箱進行支撐，且軸承箱內(nèi)設(shè)有錐軸承，該錐軸承能抵消密封主軸在實際工作過程中所受到的液體的軸向力；即起到了確保密封主軸軸向定位的作用。
在本發(fā)明中，密封主軸貫穿密封腔體，即密封主軸從密封腔體的左側(cè)伸入、從密封腔體的右側(cè)伸出；伸入側(cè)(即左側(cè))和密封主軸之間由輔助機械密封進行密封，伸出側(cè)(即右測)和密封主軸之間由待測機械密封件進行密封；密封主軸與待測機械密封件的軸套間采用錐面配合，并可根據(jù)待測機械密封件的密封環(huán)的尺寸配套相應(yīng)的軸套，以對不同直徑的待測機械密封進行試驗。
在本發(fā)明中，密封腔體內(nèi)的密封壓力由齒輪泵進行提供，油箱流出的油液經(jīng)齒輪泵升
壓后，再通過壓力緩沖穩(wěn)定罐穩(wěn)壓，接著從密封腔體的底部進入密封腔體內(nèi)；油液對機械密封(包括輔助機械密封和待測機械密封)進行冷卻后，再從密封腔體的上部流出，經(jīng)過冷卻器冷卻后流回油箱。
在本發(fā)明中，試驗過程中的摩擦扭矩和瞬時轉(zhuǎn)速變化由扭矩轉(zhuǎn)速儀進行測量，同樣，待測機械密封的密封端面摩擦溫升由溫度傳感器進行測量，密封端面的振動由位移傳感器(例如渦流傳感器)進行測量；扭矩轉(zhuǎn)速儀、溫度傳感器和位移傳感器分別將采集到的數(shù)據(jù)傳遞至工控機。工控機還負責(zé)對電機和離合器進行相應(yīng)的控制。
綜上所述，本發(fā)明的機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置，將電^l所輸出的能量預(yù)先利用飛輪儲存起來，采用離合器來控制密封主軸的瞬態(tài)啟停，不同的啟停加速度可通過更換不同轉(zhuǎn)動慣量的飛輪加以實現(xiàn)。同時，離合器的控制要比電機的控制簡單，也降低了對電機的要求。因此，本發(fā)明的機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置，既能對密封試驗系統(tǒng)進行傳統(tǒng)穩(wěn)定運行工況下的性能試驗，又能對其進行瞬態(tài)啟停狀態(tài)下的性能試驗；本發(fā)明具有操控方便，試驗步驟簡單，數(shù)據(jù)測量準確等優(yōu)點。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細說明。
圖1是本發(fā)明的機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置的連接關(guān)系的結(jié)構(gòu)示意圖；圖l中的主要零部件電機l，聯(lián)軸器I2，軸承座3，飛輪軸4，飛輪5，離合器6，扭矩轉(zhuǎn)速儀7，聯(lián)軸器I18，密封主軸9，軸承箱IO，密封腔體ll，壓力緩沖穩(wěn)定罐12，冷卻器13，齒輪泵14，油箱15，工控機16，溫度傳感器17和位移傳感器18。
圖2是圖1的實際使用狀態(tài)示意圖。
具體實施例方式
圖l給出了一種機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置，其由4大部分組成，分別是動力系統(tǒng)、主體密封安裝平臺、機械密封性能參數(shù)測量系統(tǒng)和壓力供給輔助系統(tǒng)。
動力系統(tǒng)包括電機l、聯(lián)軸器I2、 2個軸承座3、飛輪軸4和飛輪5;電機l選用變頻電機，聯(lián)軸器I2選擇鏈式聯(lián)軸器。飛輪軸4被安置在2個并排的軸承座3上，飛輪軸4與每個軸承座3內(nèi)的軸承均轉(zhuǎn)動相連。在飛輪軸4上設(shè)置用于蓄能的飛輪5，此飛輪5位于2個軸承座3的正中間。飛輪軸4的一端通過聯(lián)軸器I2與電機1相連，飛輪軸4的另一端與離合器6相連；離合器6選用電磁離合器。
主體密封安裝平臺包括聯(lián)軸器I18、密封主軸9、軸承箱10和密封腔體11，聯(lián)軸器I18選用柔性聯(lián)軸器。密封主軸9與軸承箱10內(nèi)的錐軸承轉(zhuǎn)動相連；該軸承箱10內(nèi)的錐軸承能平衡密封主軸9的軸向力。密封主軸9的左端通過聯(lián)軸器II8與扭矩轉(zhuǎn)速儀7相連，密封主軸9的右端貫穿密封腔體11;即密封主軸9的右端依次穿過密封腔體11的左側(cè)壁和密封腔體11的右側(cè)壁。
機械密封性能參數(shù)測量系統(tǒng)包括工控機16、扭矩轉(zhuǎn)速儀7、溫度傳感器17和位移傳感器18，溫度傳感器17和位移傳感器18均位于密封腔體11內(nèi)；位移傳感器18可選用渦流傳感器。扭矩轉(zhuǎn)速儀7、溫度傳感器17和位移傳感器18分別通過相應(yīng)的信號線與工控機16相連。此工控機16還通過相應(yīng)的信號線分別與電機1和離合器6相連。離合器6與扭矩轉(zhuǎn)速儀7的左端相連。
壓力供給輔助系統(tǒng)包括壓力緩沖穩(wěn)定罐12、冷卻器13、齒輪泵14和油箱15等。油箱15的出口與管路31、齒輪泵14、管路32、壓力緩沖穩(wěn)定罐12、管路33和密封腔體11的進口 (此進口位于密封腔體ll的底部)依次相連；在管路31上設(shè)有截止閥24，在管路32上設(shè)有壓力表25，此壓力表25用于獲知從齒輪泵14流出的油壓。密封腔體ll的出口 (此出口位于密封腔體ll的頂部)與管路34、冷卻器13、管路35和油箱15的進口依次相連，在管路34上依次設(shè)有壓力表22和截止閥21;壓力表22用于獲知從密封腔體11流出的油壓。油箱15還通過管路36與管路32相連，在管路36上設(shè)有截止閥23;此管路36的作用是試驗結(jié)束后將壓力緩沖穩(wěn)定罐12中的液體引回至油箱15。管路37與密封腔體11相連通，在管路37上設(shè)有截止閥26;此管路37的作用是整個測試試驗結(jié)束后，可以將密封腔體11中的液體從管路37中排出。
本發(fā)明的機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置實際工作時如圖2所示，待測機械密封件200從密封腔體11的右側(cè)安裝于密封主軸9上，密封主軸9與待測機械密封件200的密封軸套間采用錐面配合，因此配以不同規(guī)格的密封軸套可對不同尺寸的待測機械密封件200進行試驗。待測機械密封件200的密封動環(huán)安裝于密封軸套上，密封靜環(huán)連同密封壓蓋與密封腔體ll的右側(cè)壁固定相連。輔助機械密封件100從密封腔體11的左側(cè)安裝于密封主軸9上，輔助機械密封件100的動環(huán)安裝于密封主軸上，輔助機械密封件100的靜環(huán)連同其密封壓蓋固定安裝于密封腔體ll的左側(cè)壁。溫度傳感器17和位移傳感器18分別與待測機械密封件200的密封靜環(huán)相連。
其具體工作內(nèi)容如下-
1、 當(dāng)檢測機械密封件在瞬態(tài)啟停狀態(tài)下的性能時
打開壓力供給輔助系統(tǒng)中的截止闊21和截止閥24，啟動齒輪泵14，油箱15中的密封油液通過齒輪泵14經(jīng)過壓力緩沖穩(wěn)定罐12穩(wěn)壓后進入密封腔體11;密封腔體ll中的密封油液通過管路34進入冷卻器13進行冷卻，最后流回油箱15。調(diào)節(jié)閥門21，使得密封腔體ll內(nèi)的壓力達到試驗用密封壓力，此時試驗準備工作完成。
首先將離合器6 (電磁離合器)處于斷開狀態(tài)，啟動電機l，設(shè)定其穩(wěn)定轉(zhuǎn)速為瞬態(tài)啟停試驗中的最高轉(zhuǎn)速；此時只有電機l、飛輪軸4連同飛輪5以及離合器6的一半處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)。當(dāng)進行試驗時，接通離合器6電源，離合器6接合，飛速旋轉(zhuǎn)的電機1和飛輪軸4連同飛輪5將會帶動扭矩轉(zhuǎn)速儀7和與其間接連接的密封主軸9以及輔助機械密封件100、待測機械密封件200快速轉(zhuǎn)動。此時待測機械密封件200處于快速啟動過程之中；在此過程中，工控機16同時采集扭矩轉(zhuǎn)速儀7檢測到的瞬時轉(zhuǎn)速和扭矩信號、溫度傳感器17檢測到的待測機械密封件200的密封端面的瞬態(tài)溫度信號、位移傳感器18檢測到的待測機械密封件200的密封靜環(huán)的瞬態(tài)位移信號，以供分析檢測結(jié)果用。
通過改變飛輪5的轉(zhuǎn)動慣量和電機1穩(wěn)定轉(zhuǎn)動速度可進行不同啟動加速度下的機械密封瞬態(tài)啟動性能試驗。進行停車狀態(tài)下的性能試驗時，只需斷開離合器6的電源，并同時采集記錄溫度傳感器17和位移傳感器18的相應(yīng)檢測信號即可。
2、 當(dāng)檢測機械密封件在傳統(tǒng)穩(wěn)定運行工況下的性能時試驗準備工作同上述步驟l。
首先將離合器6置于結(jié)合狀態(tài)，啟動電機l，設(shè)定試驗所需的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，此時待測機械密封件200處于工作狀態(tài)，利用工控機16同時采集扭矩轉(zhuǎn)速儀7檢測到的瞬時轉(zhuǎn)速和扭矩信號、溫度傳感器17檢測到的待測機械密封件200的密封端面的瞬態(tài)溫度信號、位移傳感器18檢測到的待測機械密封件200的密封靜環(huán)的瞬態(tài)位移信號，以供分析檢測結(jié)果用。
需要說明的是，以上2個工況下扭矩轉(zhuǎn)速儀7所檢測到的扭矩信號是待測機械密封件200與輔助機械密封件100兩者的扭矩之和，但輔助機械密封件100的扭矩可在對待測機械密封件200進行試驗之前進行測定，因此其扭矩為已知值，從扭矩之和中扣除該己知值，即可得到待測機械密封件200的扭矩值。
3、檢測實驗結(jié)束后，關(guān)閉齒輪泵14、截止閥21和截止閥24;然后打開截止閥23，壓力緩沖穩(wěn)定罐12中的液體將通過管路36回流至油箱15。整個測試試驗結(jié)束后，打開截止閥26，可以將密封腔體11中的液體從管路37中排出。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的一個具體實施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認為是本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置，其特征是包括動力系統(tǒng)、主體密封安裝平臺、機械密封性能參數(shù)測量系統(tǒng)和壓力供給輔助系統(tǒng)；所述動力系統(tǒng)包括電機(1)和設(shè)置在軸承座(3)上的飛輪軸(4)，飛輪軸(4)的一端通過聯(lián)軸器I(2)與電機(1)相連，飛輪軸(4)的另一端與離合器(6)相連；在飛輪軸(4)上設(shè)置用于蓄能的飛輪(5)；所述機械密封性能參數(shù)測量系統(tǒng)包括相互連接的扭矩轉(zhuǎn)速儀(7)和工控機(16)，扭矩轉(zhuǎn)速儀(7)與離合器(6)相連；所述電機(1)和離合器(6)分別與工控機(16)相連；所述主體密封安裝平臺包括安裝在軸承箱(10)上的密封主軸(9)，密封主軸(9)的一端通過聯(lián)軸器II(8)與扭矩轉(zhuǎn)速儀(7)相連，密封主軸(9)的另一端貫穿密封腔體(11)；所述壓力供給輔助系統(tǒng)與密封腔體(11)相連，負責(zé)保持密封腔體(11)內(nèi)的密封壓力。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置，其特征是所述機械密 封性能參數(shù)測量系統(tǒng)還包括均位于密封腔體(11)內(nèi)的溫度傳感器(17)和位移傳感器(18)， 所述溫度傳感器(17)和位移傳感器(18)分別與工控機(16)相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置，其特征是所述壓力供給輔助系統(tǒng)包括壓力緩沖穩(wěn)定罐(12)、冷卻器(13)、齒輪泵(14)和油箱(15);油箱(15) 的出口與齒輪泵(14)、壓力緩沖穩(wěn)定罐(12)和密封腔體(11)的進口依次密封相連，所述 密封腔體(11)的出口與冷卻器(13)和油箱(15)的進口依次密封相連。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置，其特征是所述軸承箱 (10)內(nèi)設(shè)有用于抵消密封主軸(9)軸向力的錐軸承。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置，其特征是所述位移傳 感器(18)為渦流傳感器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置，其特征是所述聯(lián)軸器 II (8)為柔性聯(lián)軸器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置，其特征是所述聯(lián)軸器 I (2)為鏈式聯(lián)軸器。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置，其特征是所述電機(l) 為變頻電機。
9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置，其特征是所述飛輪軸 (4)被安置在2個并排的軸承座(3)上，所述飛輪(5)位于2個軸承座(3)的正中間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機械密封瞬態(tài)啟停密封性能試驗裝置，包括動力系統(tǒng)、主體密封安裝平臺、機械密封性能參數(shù)測量系統(tǒng)和壓力供給輔助系統(tǒng)；動力系統(tǒng)包括電機(1)和設(shè)置在軸承座(3)上的飛輪軸(4)，飛輪軸(4)的一端通過聯(lián)軸器I(2)與電機(1)相連，飛輪軸(4)的另一端與離合器(6)相連，在飛輪軸(4)上設(shè)置用于蓄能的飛輪(5)；機械密封性能參數(shù)測量系統(tǒng)包括相互連接的扭矩轉(zhuǎn)速儀(7)和工控機(16)，扭矩轉(zhuǎn)速儀(7)與離合器(6)相連；所述電機(1)和離合器(6)分別與工控機(16)相連。本發(fā)明的裝置既能用于檢測機械密封件在瞬態(tài)啟停狀態(tài)下的性能，又能用于檢測機械密封件在傳統(tǒng)穩(wěn)定運行工況下的性能。
文檔編號G01M3/00GK101464203SQ20091009539
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月12日
發(fā)明者吳大轉(zhuǎn), 孟祥鎧, 戴維平, 磊 焦, 王樂勤 申請人:浙江大學(xué)