CN102589821B - 一种机械密封性能试验装置 - Google Patents

Abstract

一种机械密封性能试验装置，其特征是：主轴穿过密封腔壳体上的左端盖和右端盖，在密封腔壳体内左右两端的主轴上装有尺寸相同的两对被测密封环，在任何试验介质压力下无附加轴向力产生；与主轴间隙配合的长轴套上加工有两段螺距相等、螺旋线方向相反的螺纹，顺时针旋转长轴套可带动与其旋合的左螺母和右螺母等距离地向左、向右移动，推动左、右二个压簧分别压紧二个动环，保证了左右二对密封端面上所受的比压相同。采用二对尺寸相同的被测密封环一起试验，取其平均值作为该型号机械密封的试验扭矩和泄漏量，减少了只用一对密封环测试时由于安装等偶然因素造成扭矩和泄漏量测量不精确的影响。

Description

一种机械密封性能试验装置

一、技术领域

本发明属于机械密封测试技术领域，特别涉及一种无附加轴向力，两密封端面等比压调节的机械密封性能试验装置。

二、技术背景

机械密封作为泵、压缩机和搅拌器等设备动力输入轴的轴封，在石化、电力、航空等领域有着广泛的应用。随着材料科学和制造技术的不断进步，机械密封的寿命和可靠性得到了很大的提高，但在工业应用中，其失效仍很普遍。要想获得寿命长，性能稳定的机械密封，不仅需要在前人研究的基础上对机械密封结构进行进一步优化和设计，同时还需要开发可靠、测试方便的机械密封性能试验装置。

根据机械密封的使用场合，目前机械密封性能试验装置主要分为以下四类：(1)船舶艉轴用机械密封试验装置；(2)泵用机械密封试验装置；(3)反应釜用机械密封试验装置；(4)压缩机用机械密封试验装置。

从公知技术中可以看到，机械密封性能试验装置在安装密封件的动力输入轴的支承结构上主要表现为单悬臂轴和双悬臂轴，动力输入轴与密封腔的连接表现为从单侧端盖穿入和两侧端盖穿入穿出。对于单悬臂轴式机械密封试验装置，动力输入轴穿入密封腔的一个端盖，如图1所示，被测机械密封用作腔体的密封件，与现场相近，但密封轴端在密封腔体内，轴端受介质压力的作用会产生轴向力，密封件两侧介质作用面积不等，也会产生轴向力，而不同轴向力引起的轴承阻力矩是不同的，影响了端面摩擦扭矩的测量精度；对于双悬臂式机械密封试验装置，如图2所示，介质压力在单个轴端引起的轴向力以及因密封件两侧介质作用面积不等引起的轴向力，会被其对称结构所平衡，但增加了装置的长度，特别是增加了动力输入轴与动力装置连接结构的复杂程度；对于单悬臂式机械密封试验装置，采用动力输入轴穿入穿出密封腔两侧端盖，两对密封副对称布置在密封腔内，静环安装在密封腔端盖上，如图3所示。若两端的两对密封副的尺寸规格不一致，介质压力引起的轴向力将不能平衡；即使两端的密封副的尺寸规格一致，由于结构的限制，安装后两端的弹簧力将无法再调节，即试验时二对被测密封面无法实现等比压调节。

三、发明内容

本发明设计目的是提供一种机械密封性能试验装置，此装置在任何试验介质压力下均无附加轴向力产生，且两对被测密封端面可以实现等比压调节。

本发明的技术解决方案为：一种机械密封性能试验装置，包括扭矩传感器、床身导轨、支承、主轴、插销、左端盖、静环、动环、压簧座、压簧、动环座、导向平键、左螺母、销轴I、右螺母、长轴套、右端盖、紧定螺钉、密封腔壳体、拖板、销轴II，其特征是：主轴穿过密封腔壳体上的左端盖和右端盖，与主轴间隙配合的长轴套上加工有两段螺距相等、螺旋线方向相反的螺纹，锁紧密封腔壳体时，使旋合在长轴套上的左螺母和右螺母与密封腔壳体中间对称，左螺母和右螺母两侧对称布置有尺寸相同的动环座、压簧、压簧座、动环和静环，且左右两侧的动、静环均为被测密封环；顺时针旋转长轴套可带动与其旋合的左螺母和右螺母等距离地向左、向右移动，推动左、右二个压簧分别压紧二个动环，直至满足试验时的端面比压为止。安装二对被测密封环时，先将静环装入左端盖中，同时将插销一端插入左端盖孔中，另一端卡在静环端面的槽中阻止二者之间的相对转动，然后将左端盖和其中的静环一起套在主轴上，移动拖板带动密封腔壳体向左至固定位置锁紧，并将左端盖与密封腔壳体用螺钉固定；主轴上其余零件的装配顺序依次为：动环、压簧座、压簧及动环座、销轴II、导向平键，然后将左螺母、右螺母、长轴套、销轴I组合后一起装入、再将销轴II、动环座、压簧、压簧座、动环、静环、插销及右端盖装入，最后用螺钉将右端盖与密封腔壳体固定，旋紧长轴套上的紧定螺钉，密封腔壳体内的轴系安装完毕。安装好后的轴系，两对被测密封端面并未贴合，动、静环之间的间隙为L。在配合上，主轴与左端动环、压簧座、动环座、左螺母、长轴套之间为间隙配合，长轴套与其上的动环座、压簧座、动环也是间隙配合；用紧定螺钉实现主轴与长轴套的周向固定，用导向平键实现主轴与左螺母的周向固定，用销轴I实现右螺母与左螺母之间的周向固定。松开紧定螺钉后，相对于主轴旋转长轴套可使左螺母和右螺母不转动、只移动；拧紧紧定螺钉后，转动主轴可通过左螺母、销轴I、右螺母、销轴II、动环座带动二个动环旋转。试验前，空载启动电机，先由扭矩传感器测出主轴支承中的摩擦扭矩，然后根椐两对动、静环的轴向尺寸及两对动、静环之间所有零件的轴向尺寸计算出两对动、静环端面之间的间距L，由此间距L和长轴套上螺纹的螺距算出两对动、静环端面刚好贴合时长轴套所需旋转的圈数，按此圈数旋转长轴套使两对动、静环端面刚好贴合；再根椐试验时被测密封端面所需的比压，计算出作用在被测密封端面所要求的总压力，显然，总压力包括二部分：一部分是试验时所通介质在被测密封端面引起的压力；另一部分是压簧对被测密封端面的压力；前者可通过介质压力作用在被测动、静环上的净面积算出，后者为压簧压缩量和压簧刚度的乘积与被测密封端面面积之比；由压簧的压缩量和长轴套上螺纹的螺距可计算出长轴套所需旋转的圈数；再旋转长轴套至所需的圈数后拧紧紧定螺钉，通入一定压力的介质后，即被测密封端面达到试验时所规定的比压。

试验时，由扭矩传感器测出的是试验装置中的总扭矩，总扭矩包括两个被测密封端面的摩擦扭矩和主轴支承中的摩擦扭矩，将总扭矩减去试验前测出的主轴支承中摩擦扭矩然后除以2，即为单个被测密封端面的摩擦扭矩。在规定的试验时间内，从两个被测密封端面泄漏出的介质分别经左、右端盖的环形槽的泄漏口中流出，将两个泄漏口流出的介质加起来除以2，即为单个被测密封端面的泄漏量。

所述的长轴套上的两段螺纹均为单线螺纹，与左螺母旋合的为左旋螺纹，与右螺母旋合的为右旋螺纹；在长轴套上旋入左螺母和右螺母时，使左螺母的右端面与右螺母的左端面正好位于长轴套上二段螺纹的正中间贴合，再从右螺母的右端面装入销轴I。

所述的销轴I左右两端分别插入左螺母和右螺母的孔中，销轴I左端与左螺母用过盈配合联接、销轴I右端与右螺母采用间隙配合，当旋转长轴套带动左螺母和右螺母分别向左、向右移动时，销轴I随着左螺母一起移动。

四、有益效果

本发明具有的优点和积极效果是：采用主轴穿过密封腔壳体并在密封腔壳体内左右两端的主轴上装有尺寸相同的两对被测密封环后，主轴不会因试验介质的加入而产生附加轴向力；长轴套上加工有两段螺距相等、螺旋线方向相反的螺纹，顺时针旋转长轴套带动与其旋合的左螺母和右螺母等距离地向左、向右移动，根椐长轴套旋转的圈数及其上螺纹的螺距计算出压簧的压缩量，再由压缩量和压簧的刚度可精确计算出被测密封端面所受的压力，同时也保证了左右二对密封端面上所受的比压相同；采用二对尺寸相同的被测密封环一起试验，取其平均值作为该型号机械密封的试验扭矩和泄漏量，减少了只用一对密封环测试时由于安装等偶然因素造成扭矩和泄漏量测量不精确的影响。

五、附图说明

图1表示单悬臂式机械密封试验装置示意图。

图2表示双悬臂式机械密封试验装置示意图。

图3表示输入轴穿过密封腔两侧端盖弹簧力不可调结构示意图。

图4表示本试验装置安装后试验前的轴面剖视图。

图5表示本试验装置安装后试验时的轴面剖视图。

图6为密封腔壳体中间部分结构旋转90度后的局部剖视图，表示销轴II的安装情况。

图7表示左螺母、右螺母、长轴套和销轴I组合后的轴面剖视图。

图4、5、6、7中：1、扭矩传感器2、床身导轨3、支承4、主轴5、插销6、左端盖7、静环8、动环9、压簧座10、压簧11、动环座12、导向平键13、左螺母14、销轴I15、右螺母16、长轴套17、右端盖18、紧定螺钉19、密封腔壳体20、拖板21、销轴II。

六、具体实施方式

为进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

安装二对被测密封环时，先将静环7装入左端盖6中，同时将插销5一端插入左端盖6的孔中，另一端卡在静环7端面的槽中阻止二者之间的相对转动(如图4所示)，然后将左端盖6和其中的静环7一起套在主轴4上，移动拖板20带动密封腔壳体19向左至固定位置锁紧，并将左端盖6与密封腔壳体19用螺钉固定；主轴4上其余零件的装配顺序依次为：动环8、压簧座9、压簧10、动环座11、销轴II21(如图6所示)、导向平键12，然后将左螺母13、右螺母15、长轴套16、销轴I14组合后(如图7所示)一起装入、再将销轴II21(如图6所示)、动环座11、压簧10、压簧座9、动环8、静环7、插销5、右端盖17装入，最后用螺钉将右端盖17与密封腔壳体19固定，旋紧长轴套上的紧定螺钉18，密封腔壳体19内的轴系安装完毕。安装好后的轴系，两对被测密封端面并未贴合，动、静环之间的间隙为L(如图4所示)。在配合上，主轴4与动环8、压簧座9、动环座11、左螺母13、长轴套16之间为间隙配合，长轴套16与其上的动环座11、压簧座9、动环8也是间隙配合；用紧定螺钉18实现主轴4与长轴套16的周向固定，用导向平键12实现主轴4与左螺母13的周向固定，销轴I14与左螺母13和右螺母15分别采用过盈配合和间隙配合。松开紧定螺钉18后，相对于主轴4旋转长轴套16可使左螺母13和右螺母15不转动、只移动；拧紧紧定螺钉18后，转动主轴4可通过导向平键12、左螺母13、销轴I14、右螺母15、动环座11带动二个动环8旋转。试验前，空载启动电机，先由扭矩传感器1测出主轴支承3中的摩擦扭矩，然后根椐两对动、静环的轴向尺寸及两对动、静环之间所有零件的轴向尺寸计算出两对动、静环端面之间的间距L，由此间距L和长轴套16上螺纹的螺距算出两动、静环端面刚好贴合时长轴套16所需旋转的圈数，按此圈数旋转长轴套16使两对动、静环端面刚好贴合(如图5所示)；再根椐试验时被测密封端面所需的比压减去介质压力作用在被测动、静环上的净面积所产生的比压，由此差值计算出压簧10对被测密封端面所需压力和旋转的圈数后，最后旋转长轴套16至所需的圈数后拧紧紧定螺钉18。

试验时，由扭矩传感器1测出的是试验装置中的总扭矩，总扭矩包括两个被测密封端面的摩擦扭矩和主轴支承3中的摩擦扭矩，将总扭矩减去主轴支承3中的摩擦扭矩然后除以二，即为单个密封端面的摩擦扭矩。在规定的试验时间内，从两个密封端面泄漏出的介质分别经左端盖6和右端盖17中的环形槽的泄漏口中流出，将两个泄漏口流出的介质加起来除以二，即为单个密封端面的泄漏量。

Claims (4)

1.一种机械密封性能试验装置，包括扭矩传感器(1)、床身导轨(2)、支承(3)、主轴(4)、插销(5)、左端盖(6)、静环(7)、动环(8)、压簧座(9)、压簧(10)、动环座(11)、导向平键(12)、左螺母(13)、销轴I(14)、右螺母(15)、长轴套(16)、右端盖(17)、紧定螺钉(18)、密封腔壳体(19)、拖板(20)、销轴II(21)，其特征是：主轴(4)穿过密封腔壳体(19)上的左端盖(6)和右端盖(17)，与主轴(4)间隙配合的长轴套(16)上加工有两段螺距相等、螺旋线方向相反的螺纹，锁紧密封腔壳体(19)时，使旋合在长轴套(16)上的左螺母(13)和右螺母(15)与密封腔壳体(19)中间对称，左螺母(13)和右螺母(15)两侧对称布置有尺寸相同的动环座(11)、压簧(10)、压簧座(9)、动环(8)和静环(7)且左右两侧的动、静环均为被测密封环；顺时针旋转长轴套(16)可带动与其旋合的左螺母(13)和右螺母(15)等距离地向左、向右移动，推动左、右二个动环座(11)通过压簧(10)及压簧座(9)分别压紧二个动环，直至满足试验时的端面比压为止。

2.根椐权利要求1所述的机械密封性能试验装置，其特征是：长轴套(16)上的两段螺纹均为单线螺纹，与左螺母(13)旋合的为左旋螺纹，与右螺母(15)旋合的为右旋螺纹。

3.根椐权利要求1所述的机械密封性能试验装置，其特征是：销轴I(14)左端与左螺母(13)用过盈配合联接、与右螺母(15)之间采用间隙配合，用导向平键(12)实现左螺母(13)与主轴(4)的周向固定，用销轴I(14)实现右螺母(15)与左螺母(13)的周向固定。

4.根椐权利要求1所述的机械密封性能试验装置，其特征是：旋转长轴套(16)时，左螺母(13)和右螺母(15)相对于主轴(4)只移动、不转动。

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