一種新型機械密封性能試驗裝置的製作方法

2023-05-28 07:57:21

專利名稱：一種新型機械密封性能試驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於機械密封測試技術領域，特別涉及一種無附加軸向力，兩密封端面等比壓調節的新型機械密封性能試驗裝置。
背景技術：
機械密封作為泵、壓縮機和攪拌器等設備動力輸入軸的軸封，在石化、電力、航空等領域有著廣泛的應用。隨著材料科學和製造技術的不斷進步，機械密封的壽命和可靠性得到了很大的提高，但在工業應用中，其失效仍很普遍。要想獲得壽命長，性能穩定的機械密封，不僅需要在前人研究的基礎上對機械密封結構進行進一步優化和設計，同時還需要開發可靠、測試方便的機械密封性能試驗裝置。根據機械密封的使用場合，目前機械密封性能試驗裝置主要分為以下四類(1) 船舶艉軸用機械密封試驗裝置；(2)泵用機械密封試驗裝置；(3)反應釜用機械密封試驗裝置；(4)壓縮機用機械密封試驗裝置。從公知技術中可以看到，機械密封性能試驗裝置在安裝密封件的動力輸入軸的支承結構上主要表現為單懸臂軸和雙懸臂軸，動力輸入軸與密封腔的連接表現為從單側端蓋穿入和兩側端蓋穿入穿出。對於單懸臂軸式機械密封試驗裝置，動力輸入軸穿入密封腔的一個端蓋，如圖I所示，被測機械密封用作腔體的密封件，與現場相近，但密封軸端在密封腔體內，軸端受介質壓力的作用會產生軸向力，密封件兩側介質作用面積不等，也會產生軸向力，而不同軸向力引起的軸承阻力矩是不同的，影響了端面摩擦扭矩的測量精度；對於雙懸臂式機械密封試驗裝置，如圖2所示，介質壓力在單個軸端引起的軸向力以及因密封件兩側介質作用面積不等引起的軸向力，會被其對稱結構所平衡，但增加了裝置的長度，特別是增加了動力輸入軸與動力裝置連接結構的複雜程度；對於單懸臂式機械密封試驗裝置， 採用動力輸入軸穿入穿出密封腔兩側端蓋，兩對密封副對稱布置在密封腔內，靜環安裝在密封腔端蓋上，如圖3所示。若兩端的兩對密封副的尺寸規格不一致，介質壓力引起的軸向力將不能平衡；即使兩端的密封副的尺寸規格一致，由於結構的限制，安裝後兩端的彈簧力將無法再調節，即試驗時二對被測密封面無法實現等比壓調節。

發明內容
本發明設計目的是提供一種新型機械密封性能試驗裝置，此裝置在任何試驗介質壓力下均無附加軸向力產生，且兩對被測密封端面可以實現等比壓調節。本發明的技術解決方案為一種新型機械密封性能試驗裝置，包括扭矩傳感器、床身導軌、支承、主軸、插銷、左端蓋、靜環、動環、壓簧座、壓簧、動環座、導向平鍵、左螺母、銷軸I、右螺母、長軸套、右端蓋、緊定螺釘、密封腔殼體、拖板、銷軸II，其特徵是主軸穿過密封腔殼體上的左端蓋和右端蓋，與主軸間隙配合的長軸套上加工有兩段螺距相等、螺旋線方向相反的螺紋，鎖緊密封腔殼體時，使旋合在長軸套上的左螺母和右螺母與密封腔殼體中間對稱，左螺母和右螺母兩側對稱布置有尺寸相同的動環座、壓簧、壓簧座、動環和靜環，且左右兩側的動、靜環均為被測密封環；順時針旋轉長軸套可帶動與其旋合的左螺母和右螺母等距離地向左、向右移動，推動左、右二個壓簧分別壓緊二個動環，直至滿足試驗時的端面比壓為止。安裝二對被測密封環時，先將靜環裝入左端蓋中，同時將插銷一端插入左端蓋孔中，另一端卡在靜環端面的槽中阻止二者之間的相對轉動，然後將左端蓋和其中的靜環一起套在主軸上，移動拖板帶動密封腔殼體向左至固定位置鎖緊，並將左端蓋與密封腔殼體用螺釘固定；主軸上其餘零件的裝配順序依次為動環、壓簧座、壓簧及動環座、銷軸II、導向平鍵，然後將左螺母、右螺母、長軸套、銷軸I組合後一起裝入、再將銷軸II、動環座、壓簧、壓簧座、動環、靜環、插銷及右端蓋裝入，最後用螺釘將右端蓋與密封腔殼體固定， 旋緊長軸套上的緊定螺釘，密封腔殼體內的軸系安裝完畢。安裝好後的軸系，兩對被測密封端面並未貼合，動、靜環之間的間隙為L。在配合上，主軸與左端動環、壓簧座、動環座、左螺母、長軸套之間為間隙配合，長軸套與其上的動環座、壓簧座、動環也是間隙配合；用緊定螺釘實現主軸與長軸套的周向固定，用導向平鍵實現主軸與左螺母的周向固定，用銷軸I實現右螺母與左螺母之間的周向固定。鬆開緊定螺釘後，相對於主軸旋轉長軸套可使左螺母和右螺母不轉動、只移動；擰緊緊定螺釘後，轉動主軸可通過左螺母、銷軸I、右螺母、銷軸
11、動環座帶動二個動環旋轉。試驗前，空載啟動電機，先由扭矩傳感器測出主軸支承中的摩擦扭矩，然後根椐兩對動、靜環的軸向尺寸及兩對動、靜環之間所有零件的軸向尺寸計算出兩對動、靜環端面之間的間距L，由此間距L和長軸套上螺紋的螺距算出兩對動、靜環端面剛好貼合時長軸套所需旋轉的圈數，按此圈數旋轉長軸套使兩對動、靜環端面剛好貼合; 再根椐試驗時被測密封端面所需的比壓，計算出作用在被測密封端面所要求的總壓力，顯然，總壓力包括二部分一部分是試驗時所通介質在被測密封端面引起的壓力；另一部分是壓簧對被測密封端面的壓力；前者可通過介質壓力作用在被測動、靜環上的淨面積算出， 後者為壓簧壓縮量和壓簧剛度的乘積與被測密封端面面積之比；由壓簧的壓縮量和長軸套上螺紋的螺距可計算出長軸套所需旋轉的圈數；再旋轉長軸套至所需的圈數後擰緊緊定螺釘，通入一定壓力的介質後，即被測密封端面達到試驗時所規定的比壓。試驗時，由扭矩傳感器測出的是試驗裝置中的總扭矩，總扭矩包括兩個被測密封端面的摩擦扭矩和主軸支承中的摩擦扭矩，將總扭矩減去試驗前測出的主軸支承中摩擦扭矩然後除以2，即為單個被測密封端面的摩擦扭矩。在規定的試驗時間內，從兩個被測密封端面洩漏出的介質分別經左、右端蓋的環形槽的洩漏口中流出，將兩個洩漏口流出的介質加起來除以2，即為單個被測密封端面的洩漏量。所述的長軸套上的兩段螺紋均為單線螺紋，與左螺母旋合的為左旋螺紋，與右螺母旋合的為右旋螺紋；在長軸套上旋入左螺母和右螺母時，使左螺母的右端面與右螺母的左端面正好位於長軸套上二段螺紋的正中間貼合，再從右螺母的右端面裝入銷軸I。所述的銷軸I左右兩端分別插入左螺母和右螺母的孔中，銷軸I左端與左螺母用過盈配合聯接、銷軸I右端與右螺母採用間隙配合，當旋轉長軸套帶動左螺母和右螺母分別向左、向右移動時，銷軸I隨著左螺母一起移動。四、有益效果本發明具有的優點和積極效果是採用主軸穿過密封腔殼體並在密封腔殼體內左右兩端的主軸上裝有尺寸相同的兩對被測密封環後，主軸不會因試驗介質的加入而產生附加軸向力；長軸套上加工有兩段螺距相等、螺旋線方向相反的螺紋，順時針旋轉長軸套帶動與其旋合的左螺母和右螺母等距離地向左、向右移動，根椐長軸套旋轉的圈數及其上螺紋的螺距計算出壓簧的壓縮量，再由壓縮量和壓簧的剛度可精確計算出被測密封端面所受的壓力，同時也保證了左右二對密封端面上所受的比壓相同；採用二對尺寸相同的被測密封環一起試驗，取其平均值作為該型號機械密封的試驗扭矩和洩漏量，減少了只用一對密封環測試時由於安裝等偶然因素造成扭矩和洩漏量測量不精確的影響。
五

圖I表示單懸臂式機械密封試驗裝置示意圖。圖2表示雙懸臂式機械密封試驗裝置示意圖。圖3表示輸入軸穿過密封腔兩側端蓋彈簧力不可調結構示意圖。圖4表示本試驗裝置安裝後試驗前的軸面剖視圖。圖5表示本試驗裝置安裝後試驗時的軸面剖視圖。圖6為密封腔殼體中間部分結構旋轉90度後的局部剖視圖，表示銷軸I工的安裝情況。圖7表示左螺母、右螺母、長軸套和銷軸I組合後的軸面剖視圖。圖4、5、6、7中1、扭矩傳感器2、床身導軌3、支承4、主軸5、插銷6、左端蓋7、靜環 8、動環9、壓簧座10、壓簧11、動環座12、導向平鍵13、左螺母14、銷軸I 15、右螺母16、長軸套17、右端蓋18、緊定螺釘19、密封腔殼體20、拖板21、銷軸II。
六具體實施例方式為進一步了解本發明的內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合附圖詳細說明如下安裝二對被測密封環時，先將靜環7裝入左端蓋6中，同時將插銷5 —端插入左端蓋6的孔中，另一端卡在靜環7端面的槽中阻止二者之間的相對轉動(如圖4所示)，然後將左端蓋6和其中的靜環7 —起套在主軸4上，移動拖板20帶動密封腔殼體19向左至固定位置鎖緊，並將左端蓋6與密封腔殼體19用螺釘固定；主軸4上其餘零件的裝配順序依次為動環8、壓簧座9、壓簧10、動環座11、銷軸1121(如圖6所示)、導向平鍵12，然後將左螺母13、右螺母15、長軸套16、銷軸114組合後(如圖7所示)一起裝入、再將銷軸1121 (如圖6所示)、動環座11、壓簧10、壓簧座9、動環8、靜環7、插銷5、右端蓋17裝入，最後用螺釘將右端蓋17與密封腔殼體19固定，旋緊長軸套上的緊定螺釘18，密封腔殼體19內的軸系安裝完畢。安裝好後的軸系，兩對被測密封端面並未貼合，動、靜環之間的間隙為L(如圖 4所示)。在配合上，主軸4與動環8、壓簧座9、動環座11、左螺母13、長軸套16之間為間隙配合，長軸套16與其上的動環座11、壓簧座9、動環8也是間隙配合；用緊定螺釘18實現主軸4與長軸套16的周向固定，用導向平鍵12實現主軸4與左螺母13的周向固定，銷軸 114與左螺母13和右螺母15分別採用過盈配合和間隙配合。鬆開緊定螺釘18後，相對於主軸4旋轉長軸套16可使左螺母13和右螺母15不轉動、只移動；擰緊緊定螺釘18後，轉動主軸4可通過導向平鍵12、左螺母13、銷軸114、右螺母15、動環座11帶動二個動環8旋轉。試驗前，空載啟動電機，先由扭矩傳感器I測出主軸支承3中的摩擦扭矩，然後根椐兩對動、靜環的軸向尺寸及兩對動、靜環之間所有零件的軸向尺寸計算出兩對動、靜環端面之間的間距L，由此間距L和長軸套16上螺紋的螺距算出兩動、靜環端面剛好貼合時長軸套 16所需旋轉的圈數，按此圈數旋轉長軸套16使兩對動、靜環端面剛好貼合(如圖5所示)； 再根椐試驗時被測密封端面所需的比壓減去介質壓力作用在被測動、靜環上的淨面積所產生的比壓，由此差值計算出壓簧10對被測密封端面所需壓力和旋轉的圈數後，最後旋轉長軸套16至所需的圈數後擰緊緊定螺釘18。試驗時，由扭矩傳感器I測出的是試驗裝置中的總扭矩，總扭矩包括兩個被測密封端面的摩擦扭矩和主軸支承3中的摩擦扭矩，將總扭矩減去主軸支承3中的摩擦扭矩然後除以二，即為單個密封端面的摩擦扭矩。在規定的試驗時間內，從兩個密封端面洩漏出的介質分別經左端蓋6和右端蓋17中的環形槽的洩漏口中流出，將兩個洩漏口流出的介質加起來除以二，即為單個密封端面的洩漏量。
權利要求
1.一種新型機械密封性能試驗裝置，包括扭矩傳感器(I)、床身導軌(2)、支承(3)、主軸⑷、插銷(5)、左端蓋(6)、靜環(7)、動環(8)、壓簧座(9)、壓簧(10)、動環座(11)、導向平鍵(12)、左螺母(13)、銷軸I (14)、右螺母(15)、長軸套(16)、右端蓋(17)、緊定螺釘 (18)、密封腔殼體(19)、拖板(20)、銷軸II (21)，其特徵是主軸(4)穿過密封腔殼體(19) 上的左端蓋(6)和右端蓋(17)，與主軸(4)間隙配合的長軸套(16)上加工有兩段螺距相等、螺旋線方向相反的螺紋，鎖緊密封腔殼體(19)時，使旋合在長軸套(16)上的左螺母(13)和右螺母(15)與密封腔殼體(19)中間對稱，左螺母(13)和右螺母(15)兩側對稱布置有尺寸相同的動環座(11)、壓簧(10)、壓簧座(9)、動環(8)和靜環(7)且左右兩側的動、靜環均為被測密封環；順時針旋轉長軸套(16)可帶動與其旋合的左螺母(13)和右螺母(15) 等距離地向左、向右移動，推動左、右二個動環座(11)通過壓簧(10)及壓簧座(9)分別壓緊二個動環，直至滿足試驗時的端面比壓為止。
2.根椐權利要求I所述的新型機械密封性能試驗裝置，其特徵是長軸套(16)上的兩段螺紋均為單線螺紋，與左螺母(13)旋合的為左旋螺紋，與右螺母(15)旋合的為右旋螺紋。
3.根椐權利要求I所述的新型機械密封性能試驗裝置，其特徵是銷軸1(14)左端與左螺母(13)用過盈配合聯接、與右螺母(15)之間採用間隙配合，用導向平鍵(12)實現左螺母(13)與主軸(4)的周向固定，用銷軸1(14)實現右螺母(15)與左螺母(13)的周向固定。
4.根椐權利要求I所述的新型機械密封性能試驗裝置，其特徵是旋轉長軸套(16) 時，左螺母(13)和右螺母(15)相對於主軸(4)只移動、不轉動。
全文摘要
一種新型機械密封性能試驗裝置，其特徵是主軸穿過密封腔殼體上的左端蓋和右端蓋，在密封腔殼體內左右兩端的主軸上裝有尺寸相同的兩對被測密封環，在任何試驗介質壓力下無附加軸向力產生；與主軸間隙配合的長軸套上加工有兩段螺距相等、螺旋線方向相反的螺紋，順時針旋轉長軸套可帶動與其旋合的左螺母和右螺母等距離地向左、向右移動，推動左、右二個壓簧分別壓緊二個動環，保證了左右二對密封端面上所受的比壓相同。採用二對尺寸相同的被測密封環一起試驗，取其平均值作為該型號機械密封的試驗扭矩和洩漏量，減少了只用一對密封環測試時由於安裝等偶然因素造成扭矩和洩漏量測量不精確的影響。
文檔編號G01M3/26GK102589821SQ20121003726
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月20日 優先權日2012年2月20日
發明者孫見君, 塗橋安, 胡瓊, 陶丹萍, 陶凱 申請人:南京林業大學