CN105973709A - 密封填料侧压系数检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种密封填料侧压系数检测装置，包括具有填料腔的填料函、插设在所述填料腔中的阀杆、填充在所述填料腔中用于所述填料函与所述阀杆之间密封的多组填料环、由于沿轴向压紧所有所述填料环的压盖，所述检测装置还包括套设在所述阀杆上并位于所述阀杆外侧周部与所有所述填料环内侧周部之间的内径向应力感压纸，和/或，设置于所述填料腔的内侧周壁与所有所述填料环外侧周部之间的外径向应力感压纸；每一组所述填料环靠近所述压盖的侧部上均设有轴向应力感压纸。通过对密封填料装置中各侧压系数的测定，可推算实际工况下密封填料系统中各密封位置的密封应力分布状况，提前对密封可靠性进行预判，避免泄漏的发生。

Description

密封填料侧压系数检测装置
技术领域
本发明涉及一种密封填料侧压系数检测装置。
背景技术
在核电、火电、能源等工业领域往往需要采用填料函的填料密封。填料密封是一种传统的压盖密封，它靠压盖产生压紧力而压紧填料，迫使填料压紧在密封表面(轴的外表面和密封腔)上而产生密封效果的径向力，从而起密封作用，该径向力沿整个填料长度按指数曲线分布。密封填料侧压系数是指填料函的径向应力与轴向应力的比值，密封填料侧压系数的大小直接关系到填料与轴、填料与填料函内壁面间的径向应力分布状况，密封填料的密封性能取决于密封填料的力学性能，填料与轴和填料函的侧向接触应力及填料的周向压力是影响其密封可靠性的关键性参数。近年来国内对侧压系数的研究仅局限于单圈填料，而对接近实际工况的多圈填料侧压系数缺乏深入的探究。
在少有的对多圈填料侧压系数的研究方面的专利中，中国专利CN103267670B公开了一种用于检测填料侧压系数的检测装置及方法，其主要是通过在壳体上与密封空间相对应区域的外壁上设置若干电阻应变片，从而采集壳体在径向上的微应变，计算径向应力，再根据轴向应力与径向应力的差值来获知侧压系数。然这样的测量方式所获取的侧压系数并不确切，并不能明确获知密封填料与轴之间的侧压系数、轴与填料函内壁之间的侧压系数，尤其是不能测定采用多组填料环时的侧压系数。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种密封填料侧压系数检测装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种密封填料侧压系数检测装置，包括具有填料腔的填料函、插设在所述填料腔中的阀杆、填充在所述填料腔中用于所述填料函与所述阀杆之间密封的多组填料环、由于沿轴向压紧所有所述填料环的压盖，所述检测装置还包括套设在所述阀杆上并位于所述阀杆外侧周部与所有所述填料环内侧周部之间的内径向应力感压纸，和/或，设置于所述填料腔的内侧周壁与所有所述填料环外侧周部之间的外径向应力感压纸；所述内径向应力感压纸/外径向应力感压纸呈中空筒状，每一组所述填料环靠近所述压盖的侧部上均设有轴向应力感压纸，所有的所述轴向应力感压纸均呈圆环状。
优选地，所述外径向应力感压纸、所述内径向应力感压纸分别由一张感压纸沿周向卷绕而形成中空筒状。
优选地，所有的所述轴向应力感压纸与所述填料环的横截面尺寸相一致，所述轴向应力感压纸由一张感压纸绕所述阀杆的轴心线旋转地铺设在所述填料环上而呈圆环状。
优选地，所述填料函包括具有通孔的填料箱体，所述填料箱体由可拆卸连接的第一箱体和第二箱体构成，所述第一箱体上具有半柱状的第一槽，所述第二箱体具有半柱状的第二槽，所述第一箱体与所述第二箱体相配合固定时使得所述第一槽与所述第二槽相配合形成所述通孔。
进一步地，所述第一箱体具有向外凸出的凸起，所述第二箱体具有内凹的凹槽，所述凸起与所述凹槽相配合而实现所述第一槽与第二槽之间的配合定位。
进一步地，所述填料函还包括固定地设于所述通孔底部且具有安装孔的下垫板，所述阀杆配合地穿设在所述安装孔中，所述填料箱体、下垫板及阀杆之间围设形成的空间构成所述填料腔。
更进一步地，所述阀杆固定或能够沿轴向滑动地穿设在所述安装孔中，所述的内径向应力感压纸和/或所述的外径向应力感压纸位于所述下垫板的上方。
作为一种具体的实施方式，所述第一箱体与所述第二箱体通过多个螺栓组件相固定连接。
优选地，最邻近所述压盖的所述轴向应力感压纸与所述压盖之间还设有上垫板，所述压盖沿轴向压紧在所述上垫板上。
进一步地，所述检测装置还包括用于施加所述压盖轴向压紧力的压力机、用于检测所述压力机施加的压紧力的载荷传感器。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的密封填料侧压系数检测装置，其结构简单，测试过程简单方便。通过对密封填料装置中各侧压系数的测定，可推算实际工况下密封填料系统中各密封位置的密封应力分布状况，提前对密封可靠性进行预判，避免泄漏的发生。
附图说明
附图1为本发明实施例1的检测装置的俯视图；
附图2为沿图1中A-A向剖视示意图；
附图3为本发明实施例2的检测装置的结构示意图；
附图4为本发明实施例3的检测装置的结构示意图；
其中：1、填料箱体；11、第一箱体；12、第二箱体；11a、凸起；12a、凹槽；2、下垫板；3、阀杆；4、填料环；5、上垫板；6、压盖；7、轴向应力感压纸；8、外径向应力感压纸；9、内径向应力感压纸；10、螺栓组件。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
实施例1
参见图1、图2所示的密封填料侧压系数检测装置，其包括具有填料腔的填料函、插设在填料腔中的阀杆3、填充在填料腔中用于填料函与阀杆3之间密封的一组或多组填料环4、用于沿轴向压紧所有填料环4的压盖6，本实施例中，填料环4设置为4组。
具体地，参见图1所示，填料函包括具有通孔的填料箱体1、固定地设于上述的通孔底部且具有安装孔的下垫板2，阀杆3配合地穿设在下垫板2的安装孔中，本实施例中，阀杆3与安装孔相配合而可沿轴向滑动地设置。填料箱体1、下垫板2及阀杆3之间围设形成的空间便构成了填料腔。
填料箱体1由可拆卸连接的第一箱体11和第二箱体12构成，第一箱体11上具有半柱状的第一槽，第二箱体12上具有半柱状的第二槽，第一箱体11与第二箱体12相配合固定连接便可使得第一槽与第二槽相配合而形成该填料箱体1的上述通孔。具体地，第一箱体11上具有向外凸出的凸起11a，第二箱体12上具有内凹的凹槽12a，凸起11a与凹槽12a相对应配合而实现第一槽与第二槽之间的配合定位，从而形成填料箱体1的通孔，然后再通过多组螺栓组件10将第一箱体11与第二箱体12固定连接便可形成填料箱体1。填料箱体1的该种设置结构主要是为了后续测试结束后方便地取出感压纸，以避免取出感压纸时拉拔感压纸而造成感压纸的二次挤压，影响测量结果。
参见图1、图2所示，该检测装置还包括套设在阀杆3上并位于阀杆3外侧周部与所有填料环4内侧周部之间的内径向应力感压纸9、设置于填料腔的内侧周壁与所有填料环4外侧周部之间的外径向应力感压纸8，内径向应力感压纸9与外径向应力感压纸8均呈中空筒状，且两者均位于下垫板2的上方。具体地，外径向应力感压纸8由一张感压纸沿周向卷绕而形成的中空筒状，该感压纸贴触在填料箱体1的通孔内壁上；内径向应力感压纸9也是由一张感压纸沿周向卷绕而形成的中空筒状，该感压纸贴触在阀杆3的外侧周部上。
该检测装置还包括多个轴向应力感应纸7，其数量与填料环4的组数相一致，每一组填料环4靠近压盖6的侧部上均设有轴向应力感压纸7，所有的轴向应力感压纸7均呈圆环状，其截面尺寸与填料环4的截面尺寸相一致。具体设置时，将感压纸预先剪成周向断开的圆环状，然后将其铺设在填料环上即可。最靠近压盖6的轴向应力感压纸7与压盖6之间还设有上垫板5，压盖6沿轴向压紧在上垫板5上。
该检测装置还包括用于施加压盖6轴向压紧力的压力机（图中未示出）、用于检测压力机施加的压紧力的载荷传感器（图中未示出），压力机施加压盖6以轴向载荷从而沿轴向压紧所有的填料环4。
以下具体地说明本实施例中检测装置的检测方法，其按照如下步骤进行：
为描述方便，以下描述中的上下方向参照图2所示出的上下方向，亦即阀杆3的轴向。
（1）将第一箱体11与第二箱体12固定安装使其形成具有通孔的填料箱体1，将下垫板2固定至填料箱体1上通孔的底部，再将阀杆3穿入下垫板2的安装孔中，并使其与下垫板2及填料箱体1保持固定；
（2）置入外径向应力感压纸8，阀杆3沿轴向穿过该外径向应力感压纸8，且该外径向应力感压纸8的下部支撑在下垫板2上，其外侧周壁与填料腔的内侧周壁（即填料箱体1上通孔的内侧周壁）相配合；
（3）将所有的填料环4置入填料腔中，并按照先置入一组填料环4、再置入一个轴向应力感压纸7的顺序将所有的填料环4与轴向应力感压纸7依次置入填料腔中，使得每一组填料环4的上方均设有一个轴向应力感压纸7；
（4）置入内径向应力感压纸9，具体为将内径向应力感压纸9套至阀杆3上，使其配合地设于阀杆3的外侧周壁与所有填料环4的内侧周壁之间；
（5）在最上侧的轴向应力感压纸7的上方设置上垫板5，该上垫板5位于外径向应力感压纸8与内径向应力感压纸9之间；然后将压盖6套至阀杆3上并向下抵触在上垫板5的上端，通过压力机向压盖6加载沿轴向预设的载荷，以通过上垫板5压紧作用于填料环4，并加载至达到预设的位移量；
（6）待测试结束后，先取出压盖6，然后将第一箱体11从第二箱体12上分离，再将第二箱体12与其他件分离，然后再依次取出外径向应力感压纸8、上垫板5、各轴向应力感压纸7、以及内径向应力感压纸9，并做好对应的标识以便区分；
（7）通过专用扫描设备扫描获取各应力感压纸上测得的应力数据信息，记录每一层填料环4对应的外径向应力与内径向应力，以及该填料环4上端的轴向应力感压纸测得的轴向应力；
（8）根据公式：侧压系数=径向应力/轴向应力，分别计算获得每一层填料环4与填料函之间的外侧压系数、每一层填料环4与阀杆3之间的内侧压系数，该外侧压系数为外静侧压系数、内侧压系数为内静侧压系数。
在上述计算的过程中，在计算单个填料环4与填料函的外侧压系数时，则获取该填料环4整个周向外侧面所对应的外径向应力感压纸8上检测到的外径向应力的平均值，再根据公式：外侧压系数=外径向应力/轴向应力。类似地，在计算单个填料环4与阀杆3之间的内侧压系数时，则获取该填料环4整个周向内侧面所对应的内径向应力感压纸9上检测到的内径向应力的平均值，再根据公式：内侧压系数=内径向应力/轴向应力。
上述检测装置在设置时，还可使得阀杆3沿轴向滑动地设于填料腔中。在上述测试的过程中，使得阀杆3沿轴向往复运动，则测量获得的内侧压系数即为内动侧压系数。
根据上述的各应力的测试结果，还可进行填料环4与填料腔之间的外摩擦系数、填料环4与阀杆3之间的内摩擦系数的计算。以最上端的填料环4为例，测试结束后，获取该填料环4上端的轴向应力感压纸测得的轴向应力F轴 1、获取该填料环4下端的轴向应力感压纸测得的轴向应力F轴 2，获取该填料环4外侧对应的外径向应力F外径与内径向应力F内径；然后根据公式μs=（F轴 1—F轴 2）/F外径 便可计算获得填料环4与填料腔之间的外摩擦系数；根据公式μs=（F轴 1—F轴 2）/ F内径便可计算获得填料环4与阀杆3之间的内摩擦系数。在上述测算的过程中，外径向应力F外径/内径向应力F内径最好选取填料环4外侧周面/内侧周面对应的外径向应力感压纸8/内径向应力感压纸9检测到的外径向应力/内径向应力的平均值进行计算，这样可获取单个填料环整个侧面与填料函/阀杆之间的外摩擦系数/内摩擦系数的平均值。
实施例2
参见图3所示的检测装置，其与实施例1的主要区别在于该检测装置仅用于每一层填料环4与阀杆3之间的内侧压系数的测定，所有的填料环4的外侧周部与填料腔的内侧周壁相配合。
采用该检测装置进行检测时，仅省去实施例1中的步骤（2），其他测试过程基本与实施例1相类似。最后通过内径向应力感压纸9与各轴向应力感压纸7的应力测量结果，计算获得每一层填料环4与阀杆3之间的内静侧压系数（测试过程中阀杆3固定）或内动侧压系数（测试过程中，阀杆3沿轴向往复运动）。
实施例3
根据图4所示的检测装置，其与实施例1的主要区别在于该检测装置仅用于每一层填料环4与填料函之间的外侧压系数的测定。
采用该检测装置进行检测时，仅省去实施例1中步骤（4），其他测试过程基本与实施例1相类似。最后通过外径向应力感压纸8与各轴向应力感压纸7的应力测量结果，计算获得每一层填料环4与填料函之间的外侧压系数，该外侧压系数为外静侧压系数。
综上，该密封填料侧压检测装置的结构简单，测试过程简单方便。通过对密封填料装置中各侧压系数的测定，可推算实际工况下密封填料系统中各密封位置的密封应力分布状况，提前对密封可靠性进行预判，避免泄漏的发生。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种密封填料侧压系数检测装置，包括具有填料腔的填料函、插设在所述填料腔中的阀杆、填充在所述填料腔中用于所述填料函与所述阀杆之间密封的多组填料环、由于沿轴向压紧所有所述填料环的压盖，其特征在于：所述检测装置还包括套设在所述阀杆上并位于所述阀杆外侧周部与所有所述填料环内侧周部之间的内径向应力感压纸，和/或，设置于所述填料腔的内侧周壁与所有所述填料环外侧周部之间的外径向应力感压纸；所述内径向应力感压纸/外径向应力感压纸呈中空筒状，每一组所述填料环靠近所述压盖的侧部上均设有轴向应力感压纸，所有的所述轴向应力感压纸均呈圆环状。
2.根据权利要求1所述的密封填料侧压系数检测装置，其特征在于：所述外径向应力感压纸、所述内径向应力感压纸分别由一张感压纸沿周向卷绕而形成中空筒状。
3.根据权利要求1所述的密封填料侧压系数检测装置，其特征在于：所有的所述轴向应力感压纸与所述填料环的横截面尺寸相一致，所述轴向应力感压纸由一张感压纸绕所述阀杆的轴心线旋转地铺设在所述填料环上而呈圆环状。
4.根据权利要求1所述的密封填料侧压系数检测装置，其特征在于：所述填料函包括具有通孔的填料箱体，所述填料箱体由可拆卸连接的第一箱体和第二箱体构成，所述第一箱体上具有半柱状的第一槽，所述第二箱体具有半柱状的第二槽，所述第一箱体与所述第二箱体相配合固定时使得所述第一槽与所述第二槽相配合形成所述通孔。
5.根据权利要求4所述的密封填料侧压系数检测装置，其特征在于：所述第一箱体具有向外凸出的凸起，所述第二箱体具有内凹的凹槽，所述凸起与所述凹槽相配合而实现所述第一槽与第二槽之间的配合定位。
6.根据权利要求4所述的密封填料侧压系数检测装置，其特征在于：所述填料函还包括固定地设于所述通孔底部且具有安装孔的下垫板，所述阀杆配合地穿设在所述安装孔中，所述填料箱体、下垫板及阀杆之间围设形成的空间构成所述填料腔。
7.根据权利要求6所述的密封填料侧压系数检测装置，其特征在于：所述阀杆固定或能够沿轴向滑动地穿设在所述安装孔中，所述的内径向应力感压纸和/或所述的外径向应力感压纸位于所述下垫板的上方。
8.根据权利要求4所述的密封填料侧压系数检测装置，其特征在于：所述第一箱体与所述第二箱体通过多个螺栓组件相固定连接。
9.根据权利要求1所述的密封填料侧压系数检测装置，其特征在于：最邻近所述压盖的所述轴向应力感压纸与所述压盖之间还设有上垫板，所述压盖沿轴向压紧在所述上垫板上。
10.根据权利要求9所述的密封填料侧压系数检测装置，其特征在于：所述检测装置还包括用于施加所述压盖轴向压紧力的压力机、用于检测所述压力机施加的压紧力的载荷传感器。
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