CN103630301A - 一种液体润滑机械密封密封性能的测试方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种液体润滑机械密封密封性能的测试方法及其装置，所述的方法为：向储液罐中加入密封介质，启动压缩机供压至密封压力，启动循环泵，分别通过热电偶传感器、电子分析天平以及压力传感器测量端面温度、泄漏率和摩擦扭矩；按照所述的方法的装置，包括密封装置、驱动装置、辅助装置、测试装置，密封装置包括带有密封液进出口的密封腔体、安装在密封腔体内的动组件、静组件；驱动装置包括支架、电机、同步带轮、同步带、转轴和轴承箱；测试装置包括传力杆、压力传感器、热电偶传感器、电子天平和计算机。本发明的有益效果是：能准确、方便的自动采集各种密封端面摩擦扭矩、密封端面温升和密封端面泄漏率；振动和噪音低；结构紧凑、拆装对中方便。

Description

一种液体润滑机械密封密封性能的测试方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种液体润滑机械密封密封性能的测试方法及其装置。 

背景技术

在目前已知的机械密封实验装置中，多为两支点或称悬臂梁式密封实验装置，旋转主轴与电机利用联轴器传递动力，若对中不好，在高速旋转下，轴端摆动和振动很大，这将严重影响机械密封密封性能参数的准确测量；还有传统的密封装置轴承箱为整体式结构，需要铸造工艺加工，费时费力。传统的机械密封摩擦扭矩的测量多采用在电机和轴承箱之间安装扭矩仪来获得，测试的数据包含了轴承箱内轴承的摩擦扭矩和润滑油与轴间的粘性阻力，此值虽可通过试验标定部分消除，但一方面增加了试验的工作量，更重要的是在长时间试验过程中，轴承箱温度上升，导致转轴受热膨胀，其值是难以定量估算的。因此已有的机械密封测试系统受轴承箱的影响太大，不能精确评定密封摩擦性能，尤其是对于端面开动压流槽的非接触式机械密封，其本身摩擦扭矩的数量级比较小，若存在上述如此多的难以评定的未知因素的影响，其摩擦性能难以精确评定。 

发明内容

为解决传统密封实验装置在高速运转时振动大、对中困难、密封端面摩擦扭矩难以准确测量等问题，本发明提供了一种准确测量摩擦扭矩，可方便调节轴转速和密封腔体压力，振动小，对中、安装、拆 卸简单，自动采集密封性能参数的液体润滑机械密封密封性能的测试方法及其装置。 

一种液体润滑机械密封密封性能的测试方法，包括以下步骤： 

1）向储液罐中加入密封介质，启动压缩机供压至密封压力，启动循环泵以实现密封介质在密封腔内的循环，密封介质压力大小通过压缩机来进行控制； 

2）测量端面温度：启动电机，电机带动动组件旋转，在实验密封静环上的测试孔内插入热电偶传感器，热电偶传感器将实时监测的温度信号传输到计算机，计算机对接收的温度信号进行分析处理； 

3）测量泄漏率：在机械密封端面压差作用下，密封介质将通过端面向外界泄漏，将泄漏出的密封介质利用接管收集后引入测量的容器中，并置于万分之一克精度的电子分析天平之上，电子分析天平采用数据线与计算机相接，每隔固定时间读取数据，称量固定时间内容器内液体的质量，即可获得泄漏率； 

4）测量摩擦扭矩：密封腔体与传力杆相连，传力杆另一端与压力传感器垂直接触，试验时，机械密封端面的摩擦扭矩将与压力传感器所测得力产生的力矩相平衡，获得压力传感器与转轴间的距离，即可得到一套密封结构的摩擦扭矩（M），即： 

M=0.5×F×R 

其中，M代表摩擦扭矩；F代表传力杆对压力传感器的压力；R代表密封腔体中心轴与力传感器的垂直距离，0.5代表试验时采用两套相同的密封结构。 

按照本发明所述的测试方法构建的装置，其特征在于：包括密封装置、驱动装置、辅助装置、测试装置，所述的密封装置包括带有密封液进出口的密封腔体、安装在密封腔体内的动组件、静组件，所述的动组件包括动环座、实验密封动环、辅助密封动环，所述的实验密封动环、辅助密封动环安装在转轴的轴套上；所述的静组件包括静环端盖、辅助静环端盖、实验密封静环以及辅助密封静环，所述的实验静环、所述的辅助密封静环分别与密封腔体两端的静环端盖和辅助静环端盖固定，并且所述的实验密封静环与所述的实验密封动环的端面接触面、所述的辅助密封静环与所述的辅助密封动环的端面接触面均位于所述的密封腔体内部；所述的静环端盖和所述的辅助静环端盖分别固定在第一轴承座、第二轴承座上；所述的实验密封静环上开有接漏口和测温孔； 

所述的驱动装置包括支架、电机、同步带轮、同步带、转轴和轴承箱，所述电机固定于支架上，所述电机的输出轴通过同步带轮和同步带与贯穿轴承箱的转轴连接；所述的电机通过电机变频器与所述的计算机连接； 

所述的辅助装置包括压缩机、高压管、储液罐和循环泵，所述的压缩机通过高压管与储液罐相连，所述的储液罐进出口通过高压管和循环泵与所述的密封腔体的进出口相连接； 

所述的测试装置包括传力杆、压力传感器、热电偶传感器、电子天平和上述的计算机，所述的传力杆一端固定于密封腔体上、另一端与位于所述的密封腔体下方的压力传感器相接触；所述的热电偶传感 器位于所述的实验静环的测温孔处；所述的压力传感器、热电偶传感器和电子天平分别与所述的计算机连接。 

所述的密封腔体内安装两套动组件和静组件组成的密封结构。 

所述的轴承箱的两端安装带有轴承的第二轴承座和第三轴承座，所述的转轴通过所述的第二轴承贯穿安装在第二轴承座和第三轴承座的轴承上。 

所述的实验密封静环背面的测温孔至离密封端面1mm。 

所述密封腔体通过螺栓与静环密封端盖和辅助静环密封端盖连接，形成可拆卸型结构。 

所述的第一轴承座与所述的第二轴承座、所述的第三轴承座通过螺钉固定在两条水平滑轨上，密封腔体的水平中心轴与所述的转轴的中心轴重合。 

所述的高压管上设置调控阀。 

工作原理：电机通过螺栓固定在支架上，电机与转轴之间通过同步带轮和同步带连接，电机的转速可通过计算机或者手动调节，密封腔体内装有两套相同的动组件和静组件组成的密封结构，采用此布置方式一方面可自动平衡密封腔内的轴向力，另一方面，试验过程中测得数据取平均值，可较准确的测得密封性能；实验中测量的密封端面泄漏率、端面温度、端面摩擦扭矩均为该密封的密封性能参数；实验前首先向储液罐中加入密封介质，然后启动压缩机供压至密封压力，启动循环泵以实现密封介质在密封腔内的循环，密封介质压力大小可通过压缩机来进行控制；实验时启动电机，电机通过皮带和皮带轮带 动转轴旋转，在机械密封端面压差作用下，密封介质将通过端面向外界泄漏，其漏液通过导管收集后流入置于电子分析天平的容器内，通过称量固定时间内容器内液体的质量即可获得密封泄漏率；实验侧密封端面的温升可以通过把热电偶传感器插入实验静环孔内测量；当动组件旋转时，密封端面间的摩擦力矩将与传力杆外端所受到的力矩相平衡，压力传感器测得的力与力臂的乘积即为两机械密封的合摩擦力矩(M=F×R)；压力传感器、热电偶传感器和电子天平测得的数据通过计算机采集处理后可获得试验机械密封的密封性能参数。 

本发明有益效果是：1）本实验装置可在线测量各类液体润滑机械端面密封的泄漏率、端面温度和摩擦扭矩；2）传统密封实验装置不能精确测量摩擦扭矩，本实验装置采用一种新的测量摩擦扭矩的方法，能够较精确的获得密封端面间的摩擦扭矩；3）本实验装置中压力和转速可方便调节，可进行不同操作工况下的接触式机械密封和非接触式机械密封的试验研究；4）本实验装置采用三支点式结构，克服了传统两支点或称悬臂梁式密封实验装置在高速运转时实验台架振动大的缺点；5）本实验装置电机跟轴通过同步带轮和同步带连接，克服了传统密封装置电机和轴通过联轴器连接，对中困难的问题。 

附图说明

图1是本发明的结构示意图。 

图2是图1的局部放大图。 

图3是图2的局部放大图。 

图4是液体机械密封实验装置的左视图。 

图5是摩擦扭矩测试原理图（M代表摩擦扭矩；F代表传力杆对压力传感器的压力；R代表密封腔体中心轴与力传感器的垂直距离）。 

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明 

参照附图： 

实施例1一种液体润滑机械密封密封性能的测试方法，包括以下步骤： 

1）向储液罐中加入密封介质，启动压缩机供压至密封压力，启动循环泵以实现密封介质在密封腔内的循环，密封介质压力大小通过压缩机来进行控制； 

2）测量端面温度：启动电机，电机带动动组件旋转，在实验密封静环上的测试孔内插入热电偶传感器，热电偶传感器将实时监测的温度信号传输到计算机，计算机对接收的温度信号进行分析处理； 

3）测量泄漏率：在机械密封端面压差作用下，密封介质将通过端面向外界泄漏，将泄漏出的密封介质利用接管收集后引入测量的容器中，并置于万分之一克精度的电子分析天平之上，电子分析天平采用数据线与计算机相接，每隔固定时间读取数据，称量固定时间内容器内液体的质量，即可获得泄漏率； 

4）测量摩擦扭矩：密封腔体与传力杆相连，传力杆另一端与压力传感器垂直接触，试验时，机械密封端面的摩擦扭矩将与压力传感器所测得力产生的力矩相平衡，获得压力传感器与转轴间的距离，即 可得到一套密封结构的摩擦扭矩（M），即： 

M=0.5×F×R 

其中，M代表摩擦扭矩；F代表传力杆对压力传感器的压力；R代表密封腔体中心轴与力传感器的垂直距离，0.5代表试验时采用两套相同的密封结构。 

实施例2按照实施例1所述的测试方法构建的装置，包括密封装置1、驱动装置2、辅助装置3、测试装置4，所述的密封装置1包括带有密封液进出口的密封腔体11、安装在密封腔体内的动组件12、静组件13，所述的动组件12包括动环座121、实验密封动环122、辅助密封动环123，所述的实验密封动环122、辅助密封动环123安装在转轴25的轴套251上；所述的静组件13包括静环端盖131、辅助静环端盖132、实验密封静环133以及辅助密封静环134，所述的实验密封静环133、所述的辅助密封静环134分别与密封腔体11两端的静环端盖131和辅助静环端盖132固定，并且所述的实验密封静环133与所述的实验密封动环122的端面的接触面、所述的辅助密封静环134与所述的辅助密封动环123的端面的接触面均位于所述的密封腔体11内部；所述的静环端盖131和所述的辅助静环端盖132分别固定在第一轴承座14、第二轴承座261；所述的实验密封静环133上开有接漏口1311和测温孔1312； 

所述的驱动装置2包括支架21、电机22、同步带轮23、同步带24、转轴25和轴承箱26，所述电机22固定于支架21上，所述电机22的输出轴通过同步带轮23和同步带24与贯穿轴承箱26的转轴25 连接；所述的电机22通过电机变频器与所述的计算机43连接； 

所述的辅助装置3包括压缩机31、高压管32、储液罐33和循环泵34，所述的压缩机31通过高压管32与储液罐33相连，所述的储液罐33进出口通过高压管32和循环泵34与所述的密封腔体11的进出口相连接； 

所述的测试装置4包括传力杆41、压力传感器42、热电偶传感器、电子天平和上述的计算机43，所述的传力杆41一端固定于密封腔体11上、另一端与位于所述的密封腔体11下方的压力传感器42相接触；所述的热电偶传感器位于所述的实验密封静环123的测温孔1232处；所述的压力传感器42、热电偶传感器和电子天平分别与所述的计算机43连接。 

所述的密封腔体11内安装两套动组件12和静组件13组成的密封结构。 

所述的轴承箱26的两端安装带有轴承的第二轴承座261和第三轴承座262，所述的转轴25贯穿安装在第二轴承座261和第三轴承座262的轴承上。 

所述的实验密封静环133背面的测温孔1331至离密封端面1mm。 

所述密封腔体11通过螺栓与实验密封静环133密封端盖和辅助密封静环134密封端盖连接，形成可拆卸型结构。 

所述的第一轴承座14与所述的第二轴承座261、所述的第三轴承座262通过螺钉固定在两条水平滑轨27上，密封腔体11的水平中 心轴与所述的转轴25的中心轴重合。 

所述的高压管32上设置调控阀321。 

工作原理：电机22通过螺栓固定在支架21上，电机22与转轴25之间通过同步带轮23和同步带24连接，电机22的转速可通过计算机43或者手动调节，密封腔体11内装有两套相同的动组件12和静组件13组成的密封结构，采用此布置方式一方面可自动平衡密封腔内的轴向力，另一方面，试验过程中测得数据取平均值，可较准确的测得密封性能；实验中测量的密封端面泄漏率、端面温度、端面摩擦扭矩均为该密封的密封性能参数；实验前首先向储液罐中加入密封介质，然后启动压缩机供压至密封压力，启动循环泵以实现密封介质在密封腔内的循环，密封介质压力大小可通过压缩机来进行控制；实验时启动电机，电机通过皮带和皮带轮带动转轴旋转，在机械密封端面压差作用下，密封介质将通过端面向外界泄漏，其漏液通过导管收集后流入置于电子分析天平的容器内，通过称量固定时间内容器内液体的质量即可获得密封泄漏率；实验侧密封端面的温升可以通过把热电偶传感器插入实验静环孔内测量；当动组件旋转时，密封端面间的摩擦力矩将与传力杆外端所受到的力矩相平衡，压力传感器测得的力与力臂的乘积即为两机械密封的合摩擦力矩(M=F×R)；压力传感器、热电偶传感器和电子天平测得的数据通过计算机采集处理后可获得试验机械密封的密封性能参数。 

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列 举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。 

Claims (7)

1.一种液体润滑机械密封密封性能的测试方法，包括以下步骤：

1）向储液罐中加入密封介质，启动压缩机供压至密封压力，启动循环泵以实现密封介质在密封腔内的循环，密封介质压力大小通过压缩机来进行控制；

2）测量端面温度：启动电机，电机带动动组件旋转，在实验密封静环上的测试孔内插入热电偶传感器，热电偶传感器将实时监测的温度信号传输到计算机，计算机对接收的温度信号进行分析处理；

3）测量泄漏率：在机械密封端面压差作用下，密封介质将通过端面向外界泄漏，将泄漏出的密封介质利用接管收集后引入测量的容器中，并置于万分之一克精度的电子分析天平之上，电子分析天平采用数据线与计算机相接，每隔固定时间读取数据，称量固定时间内容器内液体的质量，即可获得泄漏率；

4）测量摩擦扭矩：密封腔体与传力杆相连，传力杆另一端与压力传感器垂直接触，试验时，机械密封端面的摩擦扭矩将与压力传感器所测得力产生的力矩相平衡，获得压力传感器与转轴间的距离，即可得到一套密封结构的摩擦扭矩，即：

M=0.5×F×R

其中，M代表摩擦扭矩；F代表传力杆对压力传感器的压力；R代表密封腔体中心轴与力传感器的垂直距离，0.5代表试验时有两套相同的密封结构。

2.按照权利要求1所述的测试方法构建的装置，其特征在于：包括密封装置、驱动装置、辅助装置、测试装置，所述的密封装置包括带有密封液进出口的密封腔体、安装在密封腔体内的动组件、静组件，所述的动组件包括动环座、实验密封动环、辅助密封动环，所述的实验密封动环、辅助密封动环安装在转轴的轴套上；所述的静组件包括静环端盖、辅助静环端盖、实验密封静环以及辅助密封静环，所述的实验静环、所述的辅助密封静环分别与密封腔体两端的静环端盖和辅助静环端盖固定，并且所述的实验密封静环与所述的实验密封动环的端面接触面、所述的辅助密封静环与所述的辅助密封动环的端面接触面均位于所述的密封腔体内部；所述的静环端盖和所述的辅助静环端盖分别固定在第一轴承座、第二轴承座上；所述的实验密封静环上开有接漏口和测温孔；

所述的驱动装置包括支架、电机、同步带轮、同步带、转轴和轴承箱，所述电机固定于支架上，所述电机的输出轴通过同步带轮和同步带与贯穿轴承箱的转轴连接；所述的电机通过电机变频器与所述的计算机连接；

所述的辅助装置包括压缩机、高压管、储液罐和循环泵，所述的压缩机通过高压管与储液罐相连，所述的储液罐进出口通过高压管和循环泵与所述的密封腔体的进出口相连接；

所述的测试装置包括传力杆、压力传感器、热电偶传感器、电子天平和上述的计算机，所述的传力杆一端固定于密封腔体上、另一端与位于所述的密封腔体下方的压力传感器相接触；所述的热电偶传感器位于所述的实验静环的测温孔处；所述的压力传感器、热电偶传感器和电子天平分别与所述的计算机连接。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的密封腔体内安装两套动组件和静组件组成的密封结构。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述的轴承箱的两端安装带有轴承的第二轴承座和第三轴承座，所述的转轴通过所述的第二轴承贯穿安装在第二轴承座和第三轴承座的轴承上。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述的实验密封静环背面的测温孔至离密封端面1mm。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述密封腔体通过螺栓与静环密封端盖和辅助静环密封端盖连接，形成可拆卸型结构。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述的第一轴承座与所述的第二轴承座、所述的第三轴承座通过螺钉固定在两条水平滑轨上，密封腔体的水平中心轴与所述的转轴的中心轴重合。

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