CN102128692B - 端面密封摩擦表面温度的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种端面密封摩擦表面温度的测量方法。在静环密封面背面同一直径上周向均布加工n个φ1的轴向盲孔，盲孔底面距离动、静环摩擦端面分别为h1，h2，…，hn mm，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n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＝0处的端面温度即为端面摩擦温度。由于开设孔是盲孔，保证了密封端面的完整性；盲孔深度未加特别限制，克服了加工无限贴近摩擦端面盲孔的困难以及热阻对测量的影响，因此测量精度高、稳定性好，适于现场装置对端面密封的摩擦面温度的监控和试验装置对各种端面密封的摩擦面温度的测量。
Description
技术领域
本发明属于端面密封测控技术领域，特别是涉及一种用于端面密封装置尤其是开发新型端面密封或考核其性能的试验装置的密封端面间摩擦温度的测量技术。
背景技术
端面密封是机械动设备防止泄漏、节约能源、控制环境污染的重要功能元件，按密封面形式不同分为平面和改型端面。由于结构简单和性能稳定，端面密封被广泛应用于电力、船舶、航空航天、石油化工等领域的装置上。端面密封在装置中的连接状态如图1所示。驱动设备的动力通常是采用主轴1-1穿过被密封设备的端盖1-4将动力传递给叶轮等做功零部件的。为了保护主轴不被磨损，在主轴上套装有轴套1-2，轴套与主轴之间采用螺纹连接，限制轴套的周向和轴向自由度。动环座1-12通过其上的支耳与轴套右端凸缘上周向均布的两个凹槽配合(或通过周向均布在其上的3只内六角螺栓紧固于轴套上)，动环座左端设置动环1-7，动环与动环座采用4组凹槽和凸缘配合。被密封设备的端盖1-4通过螺栓1-3固定在被密封设备的壳体1-9上。静环1-6设置在被密封设备的端盖的右侧内孔内。主轴及其上的轴套穿过静环，静环与动环通过端面接触形成摩擦副。在动环与动环座之间设置有在常态时使得动环与静环接触的弹性元件1-8。在轴套右端的内孔与主轴之间放置O形圈1-11，保证轴套和主轴之间的密封。轴套与动环之间放置动环O形圈1-13。在被密封设备的端盖与静环之间放置静环O形圈1-5。通过被密封设备的壳体、端盖、静环、动环、动环座、主轴及轴套围成一个密封腔1-10。工作过程中，端面密封的静环依附在与被密封设备的壳体相连的端盖上，与壳体保持相对静止，通过静环O形圈1-5实现静环和端盖间的密封。动环穿套在轴套上，由兼作传动套的动环座上的支耳插入轴套右端凸缘上的两个凹槽带动，再由轴套内螺纹连接于主轴，随主轴一同运转。动环与轴套保持相对静止，通过动环O形圈1-13实现动环和轴套之间的密封。动环与静环之间具有相对运动，存在摩擦磨损；动环和静环之间的磨损由动环后的弹性元件1-8提供的轴向力推动动环前移实现补偿；动环和静环之间的间隙是密封介质泄漏的通道。
端面密封一般只能在设计点稳定运行。当工作条件或环境状况发生变化时，如密封处于极限工作状态或者在运转时远离设计参数范围，将造成膜厚大范围变化，加重端面摩擦磨损、或者形成喷射式泄漏而导致密封失效。密封端面间的摩擦磨损和喷射式泄漏，都会引起端面摩擦扭矩和温度的变化，而偏离正常值。因此，测量摩擦端面温度有利于了解和控制端面工作状况。
在目前公知的现场端面密封装置和试验装置中，密封端面温度或径向温度场是通过在静环背面加工一个或几个分布在不同半径上的深度相同的盲孔，并于其中安装热电偶测量获得的。利用在静环中埋设热电偶温度传感器的方法测得的静环温度，随热电偶埋设深度的不同即热阻的不同存在差异；热电偶传感器埋设处与密封表面越近，所测温度越接近端面摩擦温度。当传感器埋设处与密封表面距离为0时，理论上传感器测得的温度便是动、静环的摩擦温度。然而，此时埋设在静环中的热电偶温度传感器已与动环存在接触，使得所测温度变成了传感器与动环之间的摩擦温度，同时也破坏了密封端面的完整性，增大了泄漏危险。出于端面摩擦温度的保持时间只有几十毫秒甚至更短，因而想通过移开其中一个端面，采用传感器直接感知该端面摩擦温度的测量方法也是不可行的。为了获得密封面真实温度，要求所开盲孔距离端面越近越好，这给加工带来了极大的困难。
发明内容
本发明为解决现有端面密封摩擦表面温度的测量精度和可靠度差、加工近表面盲孔困难等问题而提出一种端面密封摩擦表面温度的测量方法。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
静环端面温度测量系统由热电偶温度传感器和静环组成。作旋转运动的动环，不宜安装热电偶温度传感器，因此热电偶温度传感器只能安装在静环上。为了不破坏端面的完整性，在静环密封面背面同一直径上周向均布加工n个φ1的轴向盲孔，盲孔底面距离动、静环摩擦端面分别为h1，h2，…，hn mm(h1，h2，…，hn均小于静环厚度)，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静环座内孔壁引出。将试验过程中n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＝0处的端面温度即为端面摩擦温度。
本发明还可以采用如下技术措施来实现：
所述的安装热电偶温度传感器的轴向盲孔的个数为3-5个。
所述的安装热电偶温度传感器的轴向盲孔，其底面距离动、静环摩擦端面为1-4mm。
本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明中的端面温度测量采用在静环同一直径上均布并加工不同深度的盲孔，安装热电偶温度传感器测温，回归成温度-距离端面深度曲线的方法获取端面温度，克服了采用单一热电偶温度传感器测量端面温度必须获取贴近摩擦端面的盲孔的加工困难以及热阻的影响，因此测量精度高、稳定性好，适于现场装置对端面密封的摩擦面温度的监控和试验装置对各种端面密封的摩擦面温度的测量。实现了端面密封摩擦表面温度的科学测量。
附图说明
图1表示端面密封在装置中的连接状态。
图2表示单独硬质静环的盲孔开设深度示意图。
图3表示单独硬质静环的盲孔开设方位示意图。
图4表示带波纹管的硬质静环的盲孔开设深度示意图。
图5表示带波纹管的硬质静环的盲孔开设方位示意图。
图6表示单独硬质静环的端面密封在装置中的安装状态。
图7表示带波纹管硬质静环的端面密封在装置中的安装状态。
附图1中，1-1主轴，1-2轴套，1-3螺栓，1-4被密封设备的端盖，1-5被密封设备的端盖与静环密封用O形圈，1-6静环，1-7动环，1-8弹性元件，1-9被密封设备壳体，1-10密封腔，1-11轴套内孔与主轴密封用O形圈，1-12动环座，1-13轴套与动环密封用O形圈。
附图2中，2-1深h1的盲孔，2-2静环，2-3为深h3的盲孔。
附图3中，3-1深h1的盲孔1，3-2深h2的盲孔2，3-3深h3的盲孔3，3-4深h4的盲孔4。
附图4中，4-1热电偶温度传感器1引出导线，4-2波纹管底座，4-3波纹管，4-4热电偶温度传感器1，4-5动环，4-6热电偶温度传感器3，4-7热电偶温度传感器3引出导线。
附图5中，5-1深h1的盲孔1，5-2深h2的盲孔2，5-3深h3的盲孔3，5-4深h4的盲孔4。
附图6中，6-1主轴，6-2热电偶温度传感器1引出导线，6-3热电偶温度传感器1，6-4螺栓，6-5被密封设备的端盖，6-6平垫密封，6-7静环与被密封设备的端盖密封用O形圈，6-8静环，6-9动环，6-10弹性元件，6-11动环座，6-12轴套，6-13密封腔壳体，6-14密封腔，6-15轴套与主轴间密封用O形圈，6-16动环与轴套间密封用O形圈，6-17热电偶温度传感器3，6-18热电偶温度传感器3引出导线。
附图7中，7-1主轴，7-2热电偶温度传感器1引出导线，7-3带有动环座的轴套，7-4连接螺栓，7-5被密封设备的端盖，7-6静环与被密封设备的端盖密封用O形圈，7-7静环，7-8波纹管，7-9热电偶温度传感器1，7-10动环，7-11动环，7-12动环与轴套密封用O形圈，7-13密封腔壳体，7-14密封腔，7-15轴套与主轴间密封用O形圈，7-16热电偶温度传感器3，7-17平垫密封，7-18热电偶温度传感器3引出导线。
具体实施方式
为进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
实施例一：图6是单独硬质静环的端面密封在装置中的安装状态。主轴6-1穿过被密封设备的端盖6-5，伸入装置的密封腔壳体6-13中。被密封设备的端盖6-5与密封腔壳体6-13采用螺栓6-4连接。端面密封的静环6-8支承在被密封设备的端盖6-5的右侧内孔中，由O形圈6-7实现静环6-8和被密封设备的端盖6-5之间的密封。静环6-8的另一端面与动环6-9的密封端面接触，动环6-9的另一端由弹性元件6-10支承，以获得一定的端面比载荷；弹性元件6-10由兼作传动套功能的动环座6-11支承；动环座上的支耳嵌入轴套6-12右端的长圆形卡槽内，轴套6-12与主轴6-1之间采用螺纹连接，O形圈6-15密封；主轴6-1转动时带动轴套6-12转动，轴套上的卡槽带动动环座转动，动环座左端的凸缘插入动环上的凹槽带动动环6-9转动；动环6-9和轴套6-12间采用O形圈6-16密封；由密封腔壳体6-13、被密封设备的端盖6-5、静环6-8、动环6-9和主轴6-1组成密封腔6-14，内装机械动设备所输送的流体。
静环端面温度测量系统由热电偶温度传感器(本实例采用镍铬-镍硅热电偶)和静环组成；静环6-8周向均布4个φ1的轴向盲孔，盲孔底面距离动环6-7、静环6-8的摩擦端面分别为1mm，2mm，3mm和4mm，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6-2、6-18(还有两组图中未能画出)沿被密封设备的端盖6-5内孔壁引出。将试验过程中4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＝0处的端面温度即为端面摩擦温度。
实施例二：图7是带波纹管硬质静环的端面密封在装置中的安装状态。与实施例一所不同的是端面密封的结构形式发生了变化，原来的静环6-8改成波纹管底座7-7、波纹管7-8和静环7-10组合件，原来的动环6-9、弹性元件6-10和动环座6-11改为动环7-11。静环端面的温度测量系统仍然由热电偶温度传感器和静环组成；将4个热电偶温度传感器7-9、7-16(还有两个图中未能画出)周向均布到静环背面轴向开设的直径为φ1的盲孔中，盲孔底面距离动环7-11、静环7-10的摩擦端面分别为1mm，2mm，3mm和4mm，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7-2、7-18(还有两组图中未能画出)沿波纹管7-8、波纹管底座7-7、被密封设备的端盖7-5内孔壁引出。将试验过程中4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＝0处的端面温度即为端面摩擦温度。
Claims (3)
1.一种端面密封摩擦表面温度的测量方法，其特征是：在静环密封面背面同一直径上周向均布加工n个直径为φ1的轴向盲孔，盲孔底面距离动、静环摩擦端面分别为h1，h2，…，hn mm，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n处测得的温度回归成温度-盲孔底面与动、静环摩擦端面的距离曲线T＝f(h)，利用外插法求取h＝0处的温度即为端面密封摩擦表面温度。
2.如权利要求1所述的端面密封摩擦表面温度的测量方法，其特征是：静环上开设安装热电偶温度传感器的轴向盲孔的个数为3-5个。
3.如权利要求1所述的端面密封摩擦表面温度的测量方法，其特征是：静环上开设的安装热电偶温度传感器的轴向盲孔，其底面距离动、静环摩擦端面为1-4mm。
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