CN105628364B - 一种可控柔性密封性能检测试验装置 - Google Patents

Abstract

一种可控柔性密封性能检测试验装置。主要目的在于提供一种试验装置，利用该实验装置可以针对不同的密封结构和柔性密封材料，通过调节密封控制压力来研究被密封介质作用下的可控柔性密封的工作情况，获得试验数据。其特征在于：可控柔性密封性能检测试验装置主要由试验台架、液压马达、扭矩转速传感器、传动轴总成、可控密封试验腔组成，试验台架作为安装基体，其他组件均安装在试验台架上，密封试验腔主要由密封腔端盖、密封挡板、隔环、密封缸体、隔套、柔性密封圈、回转轴、密封腔体支座组成，密封挡板、隔环、柔性密封圈作为可控密封部件，调节可控柔性密封的预压状态，密封挡板、隔套构成承压密封腔，建成被密封介质的试验环境。

Description

一种可控柔性密封性能检测试验装置

技术领域：

本发明涉及一种研究高压高速旋转运动设备上柔性密封可控性能的试验装置，密封介质可以为水、油或者多介质混合流体。

背景技术：

目前应用于高压高速旋转设备的动密封形式通常采用机械密封、填料密封等。柔性密封通常只应用于低压旋转密封。但是，相比于机械密封和填料密封等密封形式，柔性密封的突出优点是结构简单、所占空间小，可使机械设备结构紧凑，同时，它的成本低、密封性能可靠、摩擦磨损小，是非常有前途的旋转密封。但目前国内外关于柔性密封应用于高压高速旋转密封的理论及试验研究非常少，能够得出数据的试验装置更是几乎没有。

发明内容：

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种可控柔性密封性能检测试验装置，该可控柔性密封性能检测试验装置能够模拟不同的密封应用条件进而完成对柔性旋转密封的可控性研究。

本发明的技术方案是：该种可控柔性密封性能检测试验装置，具有一个加工有螺纹孔的试验台架，其特征在于：

在所述试验台架上从左到右依次通过螺栓将液压马达、扭矩转速传感器、传动轴总成、连接杆以及可控密封试验腔安装定位，并使以上所述组件的回转中心重合；

其中，所述液压马达为装置的动力元件，通过配套的油压系统提供液压力，驱动所述液压马达旋转，进而驱动所述可控密封试验腔中的回转轴旋转；

所述扭矩转速传感器用于检测所述液压马达输出扭矩和输出转速值；所述扭矩转速传感器由螺钉安装在传感器安装架上，传感器安装架再由螺栓定位在所述试验台架上；

所述传动轴总成主要包括传动轴和两个传动轴支撑座；所述传动轴支撑座由深沟球轴承、轴承座、轴承端盖、毛毡密封圈以及内六角螺钉连接组成；所述传动轴总成的作用是支撑回转轴，保证所述液压马达输出轴、扭矩转速传感器轴和可控密封试验腔中的回转轴回转中心重合；

所述连接杆位于所述传动轴总成和所述可控密封试验腔之间，作用是当所述可控密封试验腔内部构件需要更换时，可以拆卸连接杆两端法兰上的螺钉便于更换所述可控密封试验腔内部构件；

所述可控密封试验腔的主体结构由密封腔端盖、密封挡板、隔环、柔性密封圈、隔套、密封缸体、回转轴以及密封缸体支座组成；所述密封缸体支座又由支撑底座、压盖和内六角螺栓组成；

在所述密封缸体内部的两端共有两组密封控制部件，每组密封控制部件由两块密封挡板夹装一个隔环和一个柔性密封圈组成，其中柔性密封圈位于两块密封挡板夹装一个隔环构成的空腔中；

所述密封缸体内部从左到右依次安装密封腔端盖、密封控制部件、隔套、密封控制部件以及密封腔端盖；所述的两组密封控制部件和隔套均靠密封腔端盖外螺纹与密封缸体内螺纹的螺纹配合夹紧在密封缸体内，所述密封缸体、左右密封腔端盖、左右密封控制部件、隔套之间按照基孔制或基轴制标准设计公差配合精度；两组密封控制部件之间使用隔套分开，保证两组密封控制部件有一定的轴向距离，进而在两组密封控制部件之间形成了密封腔体；所述可控密封试验腔体固定在所述密封缸体支座的一对支撑底座上，由压盖和内六角螺钉夹紧，通过支撑底座螺栓通孔，将所述可控密封试验腔定位在所述试验台架上。

本发明具有如下有益效果：

本种试验装置由液压马达作为旋转运动的动力源，通过液流量控制旋转转速，并且试验装置可以通过更换回转轴直径、改变密封介质种类、改变密封介质压力、柔性密封材料、柔性密封结构等，在试验室内即能模拟多种旋转密封实际应用环境。通过调节密封控制压力来研究被密封介质作用下的可控柔性密封的工作情况，进而检测不同结构的柔性密封圈在不同应用环境下的密封效果以及使用寿命等性能，为探索旋转轴柔性密封的可控性提供试验平台。利用该装置可通过获得的试验数据来研究可控柔性密封的工作性能和控制方法，为合理设计和选用可控柔性密封材料和优化密封结构提供指导。

附图说明：

图1是可控柔性密封性能检测试验装置的主视图；

图2是试验台架俯视图；

图3是传动轴总成的剖视图；

图4是可控密封试验腔内部结构图；

图5是密封腔端盖的剖视图；

图6是密封腔端盖的主视图；

图7是隔环的左剖视图；

图8是隔环的主剖视图；

图9是隔套的左剖视图；

图10是隔套的主剖视图；

图11是密封缸体的剖视图；

图12是密封挡板的剖视图；

图13是密封挡板的主视图；

图14是柔性密封体的剖视图；

图15是柔性密封体的主视图；

图16是密封缸体支座的剖视图；

图17是可控柔性密封性能检测试验装置的液压系统原理图。

图中1-试验台架，2-液压马达，3-液压马达定位螺栓，4-传感器输入端联轴器，5-传感器定位螺栓，6-扭矩转速传感器，7-传感器输出端联轴器，8-传动轴总成，9-传动轴总成定位螺栓，10-连接杆法兰螺钉，11-连接杆，12-可控密封试验腔，13-可控密封试验腔定位螺栓，14-液压马达定位螺纹孔，15-传感器定位螺纹孔，16-传动轴总成定位螺纹孔，17-可控密封试验腔定位螺纹孔，18-轴承座螺栓通孔，19-轴承座，20-传动轴，21-深沟球轴承，22-轴承端盖，23-毛毡密封圈，24-内六角螺钉，25-密封腔端盖，26-密封挡板，27-隔环，28-密封缸体，29-隔套，30-柔性密封圈，31-回转轴，32-密封腔体支座，33-端盖外螺纹，34-端盖盲孔，35-隔环环状沟槽，36-隔环径向通孔，37-隔套径向通孔，38-隔套环状沟槽，39-密封缸体内螺纹，40-密封腔注液口，41-控制腔注液口，42-密封挡板中心孔，43-密封沟槽，44-压盖，45-支撑底座，46-内六角螺钉，47-支撑底座螺栓通孔，48-油箱，49-过滤器，50-液压泵入口阀，51-电动机，52-液压泵，53-压力传感器，54-压力表，55-单向阀，56-液压马达换向阀，57-蓄能器，58-溢流阀，59-控制腔水压泵，60-密封腔水压泵，61-水箱。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1至图16所示，是一种可控柔性密封性能检测试验装置。所述的试验台架1上加工有液压马达定位螺纹孔14、传感器定位螺纹孔15、传动轴总成定位螺纹孔16、可控密封试验腔定位螺纹孔17，依次与液压马达定位螺栓3、传感器定位螺栓5、传动轴总成定位螺栓9、可控密封试验腔定位螺栓13配合固定液压马达2、扭矩转速传感器6、传动轴总成8、可控密封试验腔12，并使以上试验装置组成部分回转中心重合。

所述的传动轴总成8主要由轴承座19，传动轴20，深沟球轴承21，轴承端盖22，毛毡密封圈23，内六角螺钉24组成。传动轴总成定位螺栓9通过轴承座螺栓通孔18可将传动轴总成8定位在试验台架1上。

所述的可控密封试验腔12主要由密封腔端盖25、密封挡板26、隔环27、密封缸体28、隔套29、柔性密封圈30、回转轴31、密封腔体支座32组成。

所述的密封腔端盖25外环面加工有端盖外螺纹33，并且在密封腔端盖25的外表面轴向均布着4个端盖盲孔34，使用专用的扳手插入到4个端盖盲孔34中，旋转密封腔端盖25使端盖外螺纹33和密封缸体内螺纹39配合，夹装可控密封试验腔12的内部构件，防止内部构件在试验过程中发生窜动；所述的密封挡板26由圆形钢板制成，中间有供回转轴31穿过的密封挡板中心孔42，密封挡板外环面有用于安装静密封O型圈和挡圈的密封沟槽43，安放静密封O型圈是为了防止控制腔与密封腔之间、控制腔与外界沿密封缸体28内壁发生液体泄漏；所述的隔环27的外环面有一定深度的隔环环状沟槽35，同时在隔环环状沟槽35内径向上均匀分布4个隔环径向通孔36，隔环环状沟槽35和隔环径向通孔36共同构成了控制腔的液流通道；所述的柔性密封圈30位于由两块密封挡板26和隔环27构成的环形控制腔中，同密封挡板26、隔环27构成一套密封控制部件；所述的隔套29由圆形的缸筒制成，在隔套29外环面的轴向中间位置，有一定深度的隔套环状沟槽38，同时在隔套环状沟槽38内径向均匀分布着4个隔套径向通孔37，隔套环状沟槽38和隔套径向通孔37共同构成了密封腔的液流通道。隔套29的主要作用是使密封缸体28内的两套密封控制部件之间形成有一定容积的环状空间，作为承压密封腔；所述的密封缸体28采用圆形缸筒制成，在密封缸体两端设计了密封缸体内螺纹39，在密封缸体28径向上还分布着三个螺纹通孔，上端的螺纹通孔与相应的管线接头连接作为密封腔注液口40，下端的两个螺纹通孔与相应的管线接头连接作为控制腔注液口41。密封腔注液口40与隔套29上的密封腔液流通道相通，可以通过密封腔注液口40向承压密封腔中注入高压密封液体；控制腔注液口41与隔环27上的控制腔液流通道相通，可以通过控制腔注液口41向密封控制腔中注入高压控制液体。所述的密封腔体支座32由压盖44、支撑底座45、内六角螺栓46组成。

两块密封挡板26夹装一个隔环27和一个柔性密封圈30构成一个密封控制部件，其中柔型密封圈30位于两块密封挡板26夹装一个隔环27构成的空腔中。密封缸体28中从左到右依次安装密封腔端盖25、密封控制部件、隔套29、密封控制部件、密封腔端盖25，依靠密封缸体28两端的内螺纹和密封腔端盖25上的螺纹配合夹紧密封缸体内的两组密封控制部件和隔套29。密封缸体28内的各组件之间只是端面接触挤压，并无特殊配合关系。装配好的可控密封试验腔12放在一对支撑底座45上，再用压盖44及内六角螺钉46固定夹紧。可控密封试验腔定位螺栓13通过支撑底座螺栓通孔47，将可控密封试验腔12定位在试验台架1上。

图17是可控柔性密封性能检测试验装置的液压系统原理图，液压系统分为油压系统和水压系统两部分，图中表示了装置中各液压元件、液压控制单元的油路关系。可控柔性密封性能检测试验装置液压系统主要包括：油箱48、过滤器49、液压泵入口阀50、电动机51、液压泵52、压力传感器53、压力表54、单向阀55、液压马达换向阀56、蓄能器57、溢流阀58、控制腔注液泵59、密封腔注液泵60、水箱61。

下面根据液压系统原理图并结合以上所述，具体说明本发明的工作过程：

调定控制腔注液压力后，启动控制腔注液泵59向控制腔中注入压力液体，环形密封控制腔中压力液体作用在柔性密封圈30的外环面，使柔性密封圈30在径向上发生压缩变形，可以通过改变控制腔注入液体压力改变柔性密封圈30与回转轴31之间的作用力，控制密封比压大小。待实际压力达到调定压力后，控制腔注液泵59自动停止运行，由蓄能器57为控制腔回路保压。控制腔注液泵59停止运行后，启动密封腔注液泵60，经由密封腔回路向密封腔注入压力，待密封副处发生泄漏，密封腔注液泵60停止注液，此时调定的控制腔注液压力下的密封能力达到临界值。再继续调定控制腔注液压力，重复上述过程，完成静密封试验过程；

完成旋转动密封试验应先启动油压系统，即启动电动机51驱动液压泵52工作，启动溢流阀58加载运行，待压力流量调节到设定值并稳定运行后，检查压力传感器53传送的液压系统压力信号示数是否正常；示数如有异常，需要技术调整；检查、校对完毕，一切正常后，可控柔性密封试验装置进入待工作状态。之后，操作液压马达换向阀56，使油压系统驱动液压马达2旋转，经过中间传动，最终使得可控密封试验腔中的回转轴31按设定转速旋转，通过扭矩转速传感器6可以检测液压马达2输出扭矩和输出转速。调定控制腔注液压力，启动控制腔注液泵59，待实际压力达到调定压力后，控制腔注液泵59自动停止运行，由蓄能器57为控制腔回路保压。控制腔注液泵59停止运行后，启动密封腔注液泵60，经由密封腔回路向密封腔注入压力，待密封副处有液体溢出，停止密封腔注液泵60，此时达到设定转速及设定控制腔注液压力下的密封能力临界值；可以在此回转轴31转速下，继续调定控制腔压力，重复上述过程，完成一定转速条件下，控制腔注液压力和密封腔注液压力之间关系的试验研究。也可变化回转轴31转速，重复上述操作，完成不同转速下，控制腔注液压力和密封腔注液压力之间关系的试验研究。除此之外，还可以改变柔性密封圈的结构或者材料、回转轴直径等试验条件，进行综合的可控柔性密封性能试验研究。

当一种柔性密封试验完成后，需要更换柔性密封圈30或者隔环27，进行其他柔性密封试验。此时，应将连接杆11两端的连接杆法兰螺钉10取下，之后将连接杆取下，取出可控密封试验腔12中的回转轴31，再将左端的密封腔端盖25取下，之后，即可更换密封缸体28内的柔性密封圈30或者隔环27。更换完毕后，再按上述的相反顺序重新装回即可进行其他密封试验。

本种可控柔性密封性能检测试验装置可以模拟不同回转轴转速、不同回转轴直径、不同密封介质种类、不同密封介质压力等旋转密封实际应用条件，检测不同密封材料和密封结构的柔型密封圈在不同应用条件下的密封效果和使用寿命等性能，进而对可控柔性密封的工作性能和控制方法进行试验研究，为探索新型旋转密封技术提供指导。

Claims (1)

1.一种可控柔性密封性能检测试验装置，具有一个加工有螺纹孔的试验台架，其特征在于：

在所述试验台架上从左到右依次通过螺栓将液压马达、扭矩转速传感器、传动轴总成、连接杆以及可控密封试验腔安装定位，并使以上所述组件的回转中心重合；

其中，所述液压马达为装置的动力元件，通过配套的油压系统提供液压力，驱动所述液压马达旋转，进而驱动所述可控密封试验腔中的回转轴旋转；

所述扭矩转速传感器用于检测所述液压马达输出扭矩和输出转速值；所述扭矩转速传感器由螺钉安装在传感器安装架上，传感器安装架再由螺栓定位在所述试验台架上；

所述传动轴总成主要包括传动轴和两个传动轴支撑座；所述传动轴支撑座由深沟球轴承、轴承座、轴承端盖、毛毡密封圈以及内六角螺钉连接组成；所述传动轴总成的作用是支撑回转轴，保证所述液压马达输出轴、扭矩转速传感器轴和可控密封试验腔中的回转轴回转中心重合；

所述连接杆位于所述传动轴总成和所述可控密封试验腔之间，作用是当所述可控密封试验腔内部构件需要更换时，可以拆卸连接杆两端法兰上的螺钉便于更换所述可控密封试验腔内部构件；

所述可控密封试验腔的主体结构由密封腔端盖、密封挡板、隔环、柔性密封圈、隔套、密封缸体、回转轴以及密封缸体支座组成；所述密封缸体支座又由支撑底座、压盖和内六角螺栓组成；

在所述密封缸体内部的两端共有两组密封控制部件，每组密封控制部件由两块密封挡板夹装一个隔环和一个柔性密封圈组成，其中柔性密封圈位于两块密封挡板夹装一个隔环构成的空腔中；

所述密封缸体内部从左到右依次安装密封腔端盖、密封控制部件、隔套、密封控制部件以及密封腔端盖；所述的两组密封控制部件和隔套均靠密封腔端盖外螺纹与密封缸体内螺纹的螺纹配合夹紧在密封缸体内，所述密封缸体、左右密封腔端盖、左右密封控制部件、隔套之间按照基孔制或基轴制标准设计公差配合精度；两组密封控制部件之间使用隔套分开，保证两组密封控制部件有一定的轴向距离，进而在两组密封控制部件之间形成了密封腔体；所述可控密封试验腔体固定在所述密封缸体支座的一对支撑底座上，由压盖和内六角螺钉夹紧，通过支撑底座螺栓通孔，将所述可控密封试验腔定位在所述试验台架上。