CN109932169A - 一种密封环轴线偏角可调的机械密封试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种密封环轴线偏角可调的机械密封试验装置，属于密封测试设备领域。机械密封试验装置包括设有密封试验腔室的试验腔体及旋转密封主轴；旋转密封主轴套装在密封试验腔室内，一侧由辅助机械密封组件密封，另一侧由待测机械密封组件密封；在另一侧的安装轴孔的轴端处，通过多根均布的固定螺栓而安装有机械密封安装法兰；机械密封安装法兰内套装有静环座，旋转密封主轴外套装有动环座；机械密封安装法兰与轴端的端面之间水密地压有用于调节轴线偏角的法兰盘组，法兰盘组中的法兰盘上均设有供固定螺栓穿过的通孔。通过调节两法兰盘相对转角位置，就能对密封环轴线偏角工况下的机械密封性能进行测试，可广泛应用于密封性能的测试领域。

Description

一种密封环轴线偏角可调的机械密封试验装置

技术领域

本发明涉及机械密封测试试验设备，具体地说，涉及一种密封环轴线偏角可调的机械密封试验装置。

背景技术

机械密封作为工业应用中的重要配件，广泛应用于离心泵、离心机、反应釜和压缩机等各类旋转机械中。一旦机械密封出现故障，就会导致泄露的发生，所以机械密封直接关系到设备的运行可靠性和工作周期，对避免环境污染、能源浪费、财产损失、安全事故等方面都具有重大意义。

当前的机械密封技术的发展仍处于理论和实践相结合的阶段，在实际应用中，机械密封的设计参数在很大程度上依赖于经验的积累和实验技术进行统计分析。而且由于工作的特殊性及广泛性，机械密封通常工作在非稳定工况下，受到的瞬间冲击大，而非稳态工况下组合式机械密封的可靠性无法用理论计算得出，通常基于测试试验加以验证。

机械密封的工作环境通常存有固体颗粒介质，及会受到海水腐蚀、海洋生物等因素的影响，此外，在工作过程中存在停车与启动等转速、压力变化较大而使其工作环境明显区别于稳态过程的工作过程，因此，密封的环境适应性需要相应试验设备加以考察。例如，采用公开号为CN101464203A的专利文献所公开的一种机械密封瞬态启停密封性能试验装置对其瞬态启停性能进行测试试验。该试验装置包括动力系统、主体密封安装平台及数据采集系统；其中，动力系统包括旋转驱动电机与旋转密封主轴，主体密封安装平台包括具有伸入侧安装轴孔与伸出侧安装轴孔的密封试验腔室，旋转密封主轴的一端通过联轴器与旋转驱动电机的转子轴连接以接受该旋转驱动电机驱动而旋转，另一端依次穿过伸入侧安装轴孔与伸出侧安装轴孔，以在旋转密封主轴与伸入侧安装轴孔间由辅助机械密封组件进行密封，伸出侧安装轴孔与旋转密封主轴之间由待测机械密封组件进行密封，待测密封组件包括安装在伸出侧安装轴孔上的静环及安装在旋转密封主轴上的动环。

在前述专利文献中，其通过设置蓄能飞轮，以能更好地模拟启停瞬态过程。但在机械密封的安装过程中，其安装精度也很难控制而造成密封环的轴线间存有偏角，即动密封环的轴线与静密封环的轴线不相交成一大于零度的夹角；此外，两密封环的端面垂直度在加工精度不够时，也会引起密封环的轴线存有偏角的问题；两密封环的轴线间存有偏角会缩短机械密封的使用寿命，甚至可能造成机械密封失效。而现有试验装置难以对这种机械密封环组件在轴线存在偏角工况下的机械密封性能进行有效地测试试验。

此外，前述测试装置也无法在变温工况下对机械密封性能进行密封环的位移窜动测量等其他参数有效地测试。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种能够对密封环偏心工况下的机械密封性能进行测试的试验装置。

为了实现上述主要目的，本发明提供的密封环轴线偏角可调的机械密封试验装置包括数据采集系统、设有密封试验腔室的试验腔体、旋转密封主轴及用于驱使旋转密封主轴转动的旋转驱动电机；旋转密封主轴套装在密封试验腔室内，且二者在腔室的伸入侧安装轴孔处由辅助机械密封组件密封，及在腔室的伸出侧安装轴孔处由待测机械密封组件实现密封；在伸出侧安装轴孔的轴端处，通过多根环绕旋转密封主轴的轴线均布的固定螺栓而可拆卸地安装有机械密封安装法兰；机械密封安装法兰内可拆卸且水密地套装有静环座，用于安装待测静环；旋转密封主轴外可拆卸且水密地套装有动环座，用于安装待测动环；机械密封安装法兰与试验腔体的端面之间水密地压有用于调节轴线偏角的法兰盘组，法兰盘组中的两法兰盘在相对旋转至二者间的轴线偏角为零时，相接触端面的法向与旋转密封主轴的轴线间存有偏角，且法兰盘上均设有供固定螺栓穿过的通孔。

通过设置可调节的法兰盘组，以根据需要调整其中一个法兰盘以轴线为旋转中心的旋转角度，以推动机械密封安装法兰的轴线相对旋转密封主轴的轴线偏转而使二者间的偏角进行调整，以调整待测静环的轴线与待测动环之间的偏角，而获取相应的密封环的轴线偏角，以能对密封环偏心工况下的机械密封性能进行测试，且该偏角可从0度开始调整，整体结构简单。

具体的方案为旋转密封主轴外可拆卸地套装有轴套，动环座可拆卸地套装在轴套外。通过增设轴套，从而可在同一旋转密封主轴上测试不同规格的待测机械密封组件。

更具体的方案为轴套包括可拆卸地套装在旋转密封主轴外的内轴套，及可拆卸地套装在内轴套外的外轴套；动环座可拆卸地套装在外轴套外；外轴套的厚度小于内轴套的厚度。通过设置内外层双轴套结构，可进一步适配更多规格的待测机械密封组件。

再具体的方案为内轴套与旋转密封主轴上的轴肩之间压有第一密封套环，第一密封套环与旋转密封主轴的外周面之间压有弹性密封圈，第一密封套环与内轴套的内端面之间压有密封垫圈，旋转密封主轴的外端部旋合有压于内轴套的外端面上的锁紧螺母；外轴套的套筒腔的两端壁部为内凸结构的支撑套装部，两支撑套装部之间的筒壁面与内轴套的外周面之间存有安装间隙，可有效降低装配难度，并提高安装定位精度；外轴套与内轴套上的轴肩之间压有第二密封套环，第二密封套环与内轴套的外周面之间压有弹性密封圈，第二密封套环与外轴套的内端面之间压有密封垫圈；内轴套的外端部旋合有压于外轴套的外端面上的锁紧螺母。

优选的方案为法兰盘组中，固定法兰盘的环面与试验腔体的端面之间压有密封垫圈，调节法兰盘的环面与机械密封安装法兰的端面之间压有密封垫圈，两法兰盘的环面之间压有密封垫圈；固定法兰盘与试验腔体的抵压处内凹地设有垫圈安装槽，机械密封安装法兰与调节法兰盘的抵压处内凹地设有垫圈安装槽。密封结构简单、成本低且有效。

另一个优选的方案为固定螺栓的数量为十根以上；以轴线为圆心角所在圆的过圆心法线，相邻两根固定螺栓的圆心角为法兰盘上相邻两通孔的圆心角的整数倍。设置成整数倍结构，而在不更换其他结构的前提下，只通过更换法兰盘组就可实现不同调整精度的需求。

另一个优选的方案为旋转驱动电机与旋转密封主轴的内端部之间由依序布置的联轴器与离合器连接，离合器的输入轴与旋转驱动电机的转子轴之间布设有飞轮，联轴器与离合器的输出轴之间布设有转速转矩测试仪，旋转密封主轴在试验腔体的轴端侧安装有支撑轴承机构；支撑轴承机构包括套装在旋转密封主轴外的支撑轴承及与试验腔体连接的轴承座，轴承座内设有循环冷却水通道。

更优选的方案为联轴器的输入轴端与离合器的输出轴端之间，和/或飞轮的输入轴端与旋转驱动电机的转子的输出轴端之间，由轴向位移隔离机构进行转动传动连接；轴向位移隔离机构包括相匹配的内花键套与外花键套；在相邻接的输入轴端与输出轴端中，一者与内花键套固定连接，另一者与外花键套固定连接。

另一个优选的方案为试验腔体上水密地安装有检测端位于密封试验腔室内的温度监测传感器及水压监测传感器。

更优选的方案为在机械密封安装法兰的外端部与旋转密封主轴的外端部之间安装有备用密封组件；通过压环与沿旋转密封主轴的轴向布置的紧固螺栓的配合，而将静环座可拆卸地安装在机械密封安装法兰上，静环座具有套装在机械密封安装法兰的内腔内的第一套装环部，第一套装环部的外周面与机械密封安装法兰之间压有弹性密封圈，静环座的内腔内凸地设有内轴肩，内轴肩与压环之间套装有调节环座与弹簧环座，弹簧环座与调节环座之间压有沿轴向布置的压缩弹簧，弹簧环座具有套装在静环座的内腔内的第二套装环部，待测机械密封组件的静环的固定部夹装在第二套装环部与第一套装环部之间，且与第一套装环部的内周面之间压有弹性密封圈；调节环座的外周面与静环座之间压有弹性密封圈；备用密封组件包括调节环座，水密地套装在旋转密封主轴外的固定环座，卡装在调节环座上的弹性密封圈，及应急调节机构；应急调节机构用于拉动调节环座沿轴向移动，至驱使卡装在其上的弹性密封圈从与固定环座间隙配合的位置切换至紧压位置。以在意外情况下，进行紧急密封处理。

附图说明

图1为本发明实施例的立体图；

图2为图1中A局部放大图；

图3为图2中B局部放大图；

图4为本发明实施例中待测机械密封组件端侧局部机构的结构分解图；

图5为图4中C局部放大图；

图6为图4中D局部放大图；

图7为本发明实施例中旋转密封主轴、内轴套、外轴套、静环座、静环及固定环座的结构图；

图8为图7中E局部放大图；

图9为图7中G局部放大图；

图10为图7中F局部放大图；

图11为本发明实施例中转速转矩测试仪与离合器之间的传动连接结构的结构分解图；

图12为本发明实施例中旋转驱动电机与离合器之间的传动连接结构的结构分解图；

图13为本发明实施例中调节法兰盘组的调节过程示意图。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

实施例

参见图1至图13，本发明密封环轴线偏角可调的机械密封试验装置1包括试验台底座10，安装在试验台底座上10上的试验腔体11、旋转密封主轴2、轴承座12、联轴器13、转速转矩仪193、离合器机构14、飞轮15、旋转驱动电机16、集成管路系统17与可调支架18，及布设在试验台座10侧旁的控制主柜191与冷却循环水机192。在本实施例中，旋转驱动电机16为变频电机。离合机构14包括油箱140。

其中，试验腔体11上设有密封试验腔室30，旋转密封主轴2可转动地套装在密封试验腔室30内，旋转驱动电机16通过平键和花键套连接的方式带动飞轮15旋转，具体地，如图12所示，通过平键91与设于旋转驱动电机16的转子轴160的输出轴端上的键槽161的配合，而将内花键套90固定连接在转子轴160上，同时将外花键套92固定在飞轮15的输入轴端上并与之同轴地固定连接，从而利用内花键套90与外花键套92的配合而实现轴向位移的隔离，同时能对旋转位移进行传动，即其构成布置在旋转驱动电机16与飞轮15之间的轴向位移隔离机构。飞轮15通过锥面过盈连接与半圆键连接的方式与离合机构14的输入轴相连。离合机构14的输出轴通过花键套与平键连接的方式与转速转矩仪13相连，具体地，如图11所示，通过平键93与设于转速转矩仪13的输入轴130的输入轴端上的键槽131的配合，而将内花键套94固定连接在输入轴130上，同时将外花键套95固定在离合机构14的输出轴端上，从而利用内花键套94与外花键套95的配合而实现轴向位移的隔离，同时能对旋转位移进行传动，即其构成布置在转速转矩仪13与离合机构14之间的轴向位移隔离机构。转速转矩仪13通过联轴器13与旋转密封主轴2的后端部连接，以驱使旋转密封主轴2转动。

密封试验腔室30具有同轴布置的伸入侧安装轴孔31与伸出侧安装轴孔32，旋转密封主轴2可转动地套装在密封试验腔室30内；旋转密封主轴2的外端依次穿过伸入侧安装轴孔31与伸出侧安装轴孔32，且其与试验腔体11在伸入侧安装轴孔31处由辅助机械密封组件密封，及在伸出侧安装轴孔32处由待测机械密封组件密封。

在本实施例中，如图4至图6所示，待测机械密封组件密封包括静环01与动环02，二者通过安装机构而可拆卸地安装在伸出侧安装轴孔32的轴端33上，即安装在试验腔体11的左端部上。具体地，该安装机构包括通过多根环绕旋转密封主轴2均布的固定螺栓34而可拆卸地安装在轴端33上的机械密封安装法兰4，可拆卸且水密地套装在机械密封安装法兰4内的静环座50，及可拆卸且水密地套装在旋转密封主轴2外的动环座60；静环01水密地安装在静环座50上，而动环02水密地安装在动环座60上；机械密封安装法兰4与轴端33之间安装有轴线偏角调节机构，该轴线偏角调节机构包括压于机械密封安装法兰4的端面与轴端33的端面之间的调节法兰盘组7，调节法兰盘组7包括调节法兰盘70与固定法兰盘71，两法兰盘上均设有供固定螺栓34穿过的通孔，分别为700与710。

在调节法兰盘组7中，调节法兰盘70的环面与轴端33的端面之间压有第一密封垫圈，固定法兰盘71的环面与机械密封安装法兰4的端面之间压有第二密封垫圈，且在两法兰盘的环面之间压有第三密封垫圈，以达到将机械密封安装法兰4水密且可拆卸地安装在试验腔体11的左端部上，即安装在轴端33上；在本实施例中，将用于安装第三密封垫圈与第一密封垫圈的垫圈安装槽均设置在调节法兰盘71上，即调节法兰盘70在其与密封垫圈的抵压处内凹地设有垫圈安装槽，具体地为，在调节法兰盘71上设有用于安装第一密封垫圈的垫圈安装槽711与用于安装第上密封垫圈的垫圈安装槽712，并在机械密封安装法兰4上设有用于安装第二密封垫圈的垫圈安装槽409，即机械密封安装法兰4在与密封垫圈的抵压处内凹地设有垫圈安装槽。

在安装过程中，利用多根固定螺栓34将机械密封安装法兰4及调节法兰盘组7可拆卸地固定在试验腔体11的左端部上，具体地为，固定螺栓34依次穿过设于机械密封安装法兰4上的安装通孔、设于调节法兰盘70上的通孔700与设于固定法兰盘71上的通孔710，再与设于轴端33上的螺孔3301可拆卸地旋合。以旋转密封主轴的轴线为圆心角所在圆的过圆心法线，相邻两根固定螺栓34的圆心角为法兰盘上相邻两通孔的圆心角的整数倍，从而可利用相同根数的固定螺栓34适配多个调级的法兰盘组7。对于固定螺栓34的数量，通常为选用10根以上，以能达提高调节精度的目的。

如图7至图10所示，在旋转密封主轴2外可拆卸地套装有轴套35，轴套35包括可拆卸地套装在旋转密封主轴2外的内轴套36，及可拆卸地套装在内轴套36外的外轴套37。具体地，在内轴套36与旋转密封主轴2上的轴肩20之间压有第一密封套环811，第一密封套环811与旋转密封主轴2的外周面之间压有弹性密封圈813，第一密封套环811与内轴套36的内端面之间压有密封垫片814；旋转密封主轴2的外端部旋合有压于内轴套36的外端面上的锁紧螺母815。外轴套37的套筒腔的两端壁部为内凸结构的支撑套装部371、372，两支撑套装部371、372之间的筒壁面与内轴套36的外周面之间存有安装间隙373，以便于轴套之间的相互套装；外轴套37与内轴套36上的轴肩360之间压有第二密封套环821及第三密封套环825，第二密封套环821与内轴套36的外周面之间压有弹性密封圈822，第三密封套环825与外轴套37的内端面之间压有密封垫片823，第二密封套环821与第三密封套环825的环面之间压有弹性密封圈826；内轴套36的外端部旋合有压于外轴套37的外端面上的锁紧螺母827。

动环座60可拆卸地套装在外轴套37外，具体地，动环座60通过沿径向布置的紧定螺钉831而可拆卸地固定在外轴套37外，且在于外轴套37的外周面之间压有弹性密封圈832，动环02可拆卸地装夹于动环座6上，且二者在端面上压有弹性密封圈835，以使动环座6可拆卸且水密地套装在旋转密封主轴2外。在本实施例中，外轴套37的厚度小于内轴套36的厚度，具体地小于其一半。

通过压环51与沿旋转密封主轴2的轴向布置的紧固螺栓833的配合，而将静环座50可拆卸地安装在机械密封安装法兰4上，静环座50具有套装在机械密封安装法兰的内腔内的第一套装环部501及紧压在压环51与试验腔体11的端面之间的固定环体部502，第一套装环部501的外周面与机械密封安装法兰4之间压有弹性密封圈834，静环座50的内腔内凸地设有内轴肩503，内轴肩503与压环51之间套装有调节环座52与弹簧环座53，弹簧环座53与调节环座52之间压有沿密封旋转主轴2的轴向布置的压缩弹簧，其弹性恢复力迫使二者在该轴向上的间距增大，弹簧环座53具有套装在静环座50的内腔内的第二套装环部530及抵压在内轴肩503上的环体部531，静环01的固定部夹装在第二套装环部530与第一套装环部501之间，且与第一套装环部501的内周面之间压有弹性密封圈835；调节环座52的外周面与静环座50之间压有弹性密封圈836。

在机械密封安装法兰4的外端部与旋转密封主轴2的外端部之间安装有备用密封组件55，用于应急时密封原本应由待测密封组件密封的伸出安装轴孔32与旋转密封主轴2之间的间隙；具体地，如图5及图7所示，该备用密封组件55包调节环座52，水密地套装在旋转密封主轴2外的固定环座57，卡装在调节环座52上的弹性密封圈837，及应急调节机构；该应急调节机构用于驱动调节环座52沿旋转密封主轴2的轴向移动，至驱使卡装在其上的弹性密封圈837从与固定环座53间隙配合的位置切换至紧压位置。

在调节法兰盘组7中，固定法兰盘71与调节法兰盘70两个法兰盘根据全跳动公差的国家标准，分别设计具有一定的偏心角度，及斜面角度，通过旋转一定角度来模拟不同加工及安装误差下的密封环的轴线偏角量，可实现12级精度及以上的全跳动误差造成的偏心值。

偏角调节原理如图13所示，在调整初始状态时，使固定法兰盘71的轴线与718与调节法兰盘70的轴线708共线布置，且与旋转密封主轴2的轴线平行布置，此时两法兰盘的轴线不存在偏角，此时两个法兰盘的接触端面的法向719与法向709相平行布置，且二者与旋转密封主轴2的轴线间均形成偏角，且偏角相等，从而使静环01与动环02之间的轴线偏角处于初始第一状态，此时通常通过调整至偏角为零的状态；在测试过程中，通过调节固定螺栓34穿过调节法兰盘70上对应通孔700之后，从而使法兰盘70相对固定法兰盘71转过一定角度，即使固定法兰盘71的轴线718相对调节法兰盘70的轴线708偏转预定偏角，从而驱使机械密封安装法兰4的轴线相对旋转密封主轴2的轴线偏转预定偏角，即静环01的轴线与动环02的轴线相对偏转一定偏角。即在本实施例中，通过采用法兰设计来实现该原理，可以有效减少冲击，保证运转过程中模拟公差的稳定，增加试验台寿命。

由于在本实施中具有18根固定螺栓34，且在两个法兰盘上均设有与之匹配的18个通孔，这些通孔700、710环绕旋转密封主轴2的轴线均匀布置，在调节过程，当进行轴线偏角调节时，可以实现18个档位的调节，每档可通过将可旋转调节法兰18旋转一个螺栓的位置进行调节。上述的机械密封安装法兰4、静环座50、弹簧座53、静环01等与旋转密封主轴2耦合连接的部件都为静部件，与旋转的外轴套37之间均存在一定的间隙，从而不影响旋转部件的轴线角度，而动环02通过动环座60装夹在外轴套37上，轴线并没有改变，从而实现了动环02与静环01的轴线偏角可调的工况。

试验腔体11用于安装及测试不同型号的机械密封组件，采用可更换式机械密封安装法兰4与轴套35，包括更换内轴套36与外轴套37。当所测试的机械密封组件尺寸变动较小时，可以更换装夹静环01的静环座50、弹簧座53和装夹动环02的动环座60以及外轴套37。当尺寸变动较大时，则需更换上述部件以及内轴套36。通过上述设计，可以满足不同机械密封的安装要求。同时设有应急密封组件，在所测试机械密封失效的情况下，使用应急密封，避免更大的泄露以及其他安全隐患。

此外，通过设置介质压力变送器、电涡流位移传感器、温度变送器及端面泄露液收集装置，用于获得介质温度压力参数、动环位移窜动量及单位时间内密封泄露量参数，来指导试验条件设置及试验结果分析。温度变送器、电涡流位移传感器通过密封插头插在密封插座的方式，来实现带压密封工况下安装在试验腔体11内。压力变送器安装在进水口处。

轴承座12与试验腔体11相连，用于支撑旋转密封主轴2及试验腔体11，保证其稳定。设有循环水腔，用于调节设备温度，导走由于设备内压下运转摩擦产生的热量，保持设备材料及运转性能的稳定，减小系统误差。同时承受联轴器13多带来的重量，避免转速转矩仪193承受径向力，有效减少转速转矩仪193因为其他力产生的扭矩误差。同时设有振动传感器，安装在轴承座两处正交的位置，用于提取振动数据。

联轴器13连接在旋转密封主轴2与转速转矩仪193之间，保证待测机械密封运转数据与转速转矩仪193运转速度同步。

转速转矩仪193分别通过联轴器13及花键套、键连接与旋转密封主轴2及离合器机构14连接，用于获取设备转速及扭矩参数。因为花键可以轴向滑动，因此花键连接可以有效避免轴向力的传递，从而确保转速转矩仪不受轴向力。

离合器机构14采用湿式多片电磁离合器，可以提供大扭矩及转速传递，响应时间短、承受摩擦力高。用于通过快速接合断开过程来模拟设备快速开启与停车状态。同时设有油箱140，一方面用于给离合器供油，另一方面用于支撑设备重量。设备重量包括与转速转矩仪193连接的轴系重量以及与飞轮15连接的轴系重量和部分飞轮15的重量。通过支撑设备重量，可有效避免设备的径向力传递到转速转矩仪193上导致扭矩误差。有效减少系统误差。

飞轮15分别通过锥面过盈连接、圆键及花键套、平键连接与离合器机构14及旋转驱动电机16连接。用于提供转动惯量，在离合器结构14快速接合断开的过程中，辅助实现设备的快速启动，保护旋转驱动电机16，减少由于外部参数的变化对旋转驱动电机16的损伤。

可调支架18设置在试验腔体11的下部，与试验腔体11接触，用于平衡试验腔体11重量所引起的系统误差。

集成管路系统17设置在轴承座12一旁，通过液压管路与各设备连接，包括稳压罐、小型柱塞泵、换向阀、单向阀、截止阀、安全阀等各类所需阀门，安装有压力表等设备。用于控制试验腔体11内介质压力、轴承座12循环水流通以及供水、排水等其他功能。

以上设备均安装在试验台底座10上。试验台底座10用于支撑上述设备，保持各部件相对位置的稳定，减小设备振动，减小系统误差。同时设有振动传感器，用于提取振动数据。

试验台主体一旁放置有冷却循环水机192，通过液压管路与集成管路系统相连。用于调节循环介质温度，提供设定温度的循环介质。

试验台主体旁还设有控制主柜191，通过各种电器元件、电路与试验台相连。包括采集卡、PLC、工控机、打印机、显示屏、触摸屏等设备，内置试验台测试系统，用于试验台设备参数的采集及处理。

其具体工作内容如下：

步骤一：首先根据所需轴线偏角工况，将调节法兰组件组7中的调节法兰盘71旋转相应角度，放置定位销固定法兰盘相对位置，将实验设备安装完成。然后设定冷却循环水机192温度，启动冷却循环水机192，打开和关闭集成管路系统17中的相应开关及阀门，将轴承座12冷却腔与试验腔体11内充满介质。操作集成管路系统17，调节相应阀门，使得轴承座12冷却腔开始循环。然后启动集成管路系统17里的打压泵，给试验腔体11加压，达到预定压力后，调节集成管路系统17。确保离合器油箱140内润滑油达到预定位置后，将各传感器通电，确保试验测试系统可以工作，准备工作完成。

步骤二：首先将离合器机构14设置成处于断开状态，启动旋转驱动电机16，设定其稳定转速为瞬态启停试验中的最高转速；旋转驱动电机16带动飞轮15及离合器机构14以设定转速转动。当试验开始时，接通离合器机构14的电源，使离合器接合，离合器快速带动转速转矩仪193、旋转密封主轴2、及与主轴连接的动环02进行旋转，来模拟瞬态启动工况。

步骤三：停车时将离合器断开，主轴及密封件失去动力后停车。

在试验过程中，轴承座12的冷却腔内冷却水不断循环，维持温度稳定。集成管路系统17及稳压罐维持试验腔体内压力稳定。各传感器及控制主柜191内的PLC、单片机、工控机等不断获得各试验参数，以供分析检测结果用。

通过改变调节法兰盘71的旋转角度可以实现无轴线偏角到最大偏角的调节，来进行不同偏角下机械密封的性能测试。通过改变旋转驱动电机16转速以及飞轮15的转动惯量可以进行不同启动加速度下的机械密封瞬态性能测试。

如果进行传统稳定运行工况下的性能测试，只需在步骤二中启动旋转驱动电机15之前，接合离合器即可。

本实施例的有益效果是：

1、本发明所提供的是一种密封环轴线偏角可调的机械密封试验装置，系统误差极小，结构紧凑，功能丰富。可更换不同型号尺寸的机械密封而不更改试验腔体本身。

2、试验装置可以实现密封环轴线偏角调节的调节法兰，结构简单，可有效减少冲击及控制误差，保证试验台运转稳定，有效减少系统误差，确保偏角控制精确。

3、试验装置传动系统结构紧凑，连接牢靠，传动效果好，可以实现机械密封的快速启停工况。油箱的支撑可有效限制径向力传递给转速转矩仪，花键套允许轴向位移，因此不会将轴向力传递给转速转矩仪，确保转速转矩仪数据准确。

4、试验腔体可以承受不同介质种类，通过变频电机、集成管路系统、冷却循环水机控制设备转速、压力及温度，转速、压力及温度变化范围大，进而模拟机械密封最真实的工作条件，并通过各种传感器，反馈密封工况。

5、试验腔体设有应急密封组件，在所测试机械密封失效的情况下，使用应急密封，避免更大的泄露以及其他安全隐患。

6、轴承座具备循环冷却系统，可确保试验台工作性能稳定，不因为温度变化产生系统误差。

Claims (10)

1.一种密封环轴线偏角可调的机械密封试验装置，包括数据采集系统、设有密封试验腔室的试验腔体、旋转密封主轴及用于驱使所述旋转密封主轴转动的旋转驱动电机；所述旋转密封主轴套装在所述密封试验腔室内，且二者在腔室的伸入侧安装轴孔处由辅助机械密封组件密封，及在腔室的伸出侧安装轴孔处由待测机械密封组件密封；其特征在于：

在所述伸出侧安装轴孔的轴端处，通过多根环绕所述旋转密封主轴的轴线均布的固定螺栓而可拆卸地安装有机械密封安装法兰；所述机械密封安装法兰内可拆卸且水密地套装有静环座，用于安装待测静环；所述旋转密封主轴外可拆卸且水密地套装有动环座，用于安装待测动环；所述机械密封安装法兰与所述轴端的端面之间水密地压有用于调节所述轴线偏角的法兰盘组，所述法兰盘组中的两法兰盘在相对旋转至二者间的轴线偏角为零度时，相接触端面的法向与所述旋转密封主轴的轴线间存偏角，且法兰盘上均设有供固定螺栓穿过的通孔。

2.根据权利要求1所述的机械密封试验装置，其特征在于：

所述旋转密封主轴外可拆卸地套装有轴套，所述机械密封安装法兰可拆卸地套装在所述轴套外。

3.根据权利要求2所述的机械密封试验装置，其特征在于：

所述轴套包括可拆卸地套装在所述旋转密封主轴外的内轴套，及可拆卸地套装在所述内轴套外的外轴套；所述机械密封安装法兰可拆卸地套装在所述外轴套外；所述外轴套的厚度小于所述内轴套的厚度。

4.根据权利要求3所述的机械密封试验装置，其特征在于：

所述内轴套与所述旋转密封主轴上的轴肩之间压有第一密封套环，所述第一密封套环与所述旋转密封主轴的外周面之间压有弹性密封圈，所述第一密封套环与所述内轴套的内端面之间压有密封垫圈，所述旋转密封主轴的外端部旋合有压于所述内轴套的外端面上的锁紧螺母；所述外轴套的套筒腔的两端壁部为内凸结构的支撑套装部，两支撑套装部之间的筒壁面与所述内轴套的外周面之间存有安装间隙；所述外轴套与所述内轴套上的轴肩之间压有第二密封套环，所述第二密封套环与所述内轴套的外周面之间压有弹性密封圈，所述第二密封套环与所述外轴套的内端面之间压有密封垫圈；所述内轴套的外端部旋合有压于所述外轴套的外端面上的锁紧螺母。

5.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的机械密封试验装置，其特征在于：

所述法兰盘组中，固定法兰盘的环面与所述试验腔体的端面之间压有密封垫圈，调节法兰盘的环面与所述机械密封安装法兰的端面之间压有密封垫圈，两法兰盘的环面之间压有密封垫圈；所述固定法兰盘与密封垫圈的抵压处内凹地设有垫圈安装槽，所述机械密封安装法兰与密封垫圈的抵压处内凹地设有垫圈安装槽。

6.根据权利要求1至5任一项权利要求所述的机械密封试验装置，其特征在于：

所述固定螺栓的数量为十根以上；

以所述轴线为圆心角所在圆的过圆心法线，相邻两根固定螺栓的圆心角为法兰盘上相邻两通孔的圆心角的整数倍。

7.根据权利要求1至6任一项权利要求所述的机械密封试验装置，其特征在于：

所述旋转驱动电机与所述旋转密封主轴的内端部之间由依序布置的联轴器与离合器连接，所述离合器的输入轴与所述旋转驱动电机的转子轴之间布设有飞轮，所述联轴器与所述离合器的输出轴之间布设有转速转矩测试仪，所述旋转密封主轴在所述试验腔体的轴端侧安装有支撑轴承机构；所述支撑轴承机构包括套装在所述旋转密封主轴外的支撑轴承及与所述试验腔体连接的轴承座，所述轴承座内设有循环冷却水通道。

8.根据权利要求7所述的机械密封试验装置，其特征在于：

所述联轴器的输入轴端与所述离合器的输出轴端之间，和/或所述飞轮的输入轴端与所述旋转驱动电机的转子的输出轴端之间，由轴向位移隔离机构进行转动传动连接；

所述轴向位移隔离机构包括相匹配的内花键套与外花键套；在相邻接的输入轴端与输出轴端中，一者与所述内花键套固定连接，另一者与所述外花键套固定连接。

9.根据权利要求1至8任一项权利要求所述的机械密封试验装置，其特征在于：

所述试验腔体上水密地安装有检测端位于所述密封试验腔室内的温度监测传感器及水压监测传感器。

10.根据权利要求1至9任一项权利要求所述的机械密封试验装置，其特征在于：

在所述机械密封安装法兰的外端部与所述旋转密封主轴的外端部之间安装有备用密封组件；

通过压环与沿所述旋转密封主轴的轴向布置的紧固螺栓的配合，而将所述静环座可拆卸地安装在机械密封安装法兰上，所述静环座具有套装在所述机械密封安装法兰的内腔内的第一套装环部，所述第一套装环部的外周面与所述机械密封安装法兰之间压有弹性密封圈，所述静环座的内腔内凸地设有内轴肩，所述内轴肩与所述压环之间套装有调节环座与弹簧环座，所述弹簧环座与所述调节环座之间压有沿所述轴向布置的压缩弹簧，所述弹簧环座具有套装在所述静环座的内腔内的第二套装环部，所述待测机械密封组件的静环的固定部夹装在所述第二套装环部与所述第一套装环部之间，且与所述第一套装环部的内周面之间压有弹性密封圈；所述调节环座的外周面与所述静环座之间压有弹性密封圈；

所述备用密封组件包括所述调节环座，水密地套装在所述旋转密封主轴外的固定环座，卡装在所述调节环座上的弹性密封圈，及应急调节机构；所述应急调节机构用于拉动所述调节环座沿所述轴向移动，至驱使卡装在其上的弹性密封圈从与所述固定环座间隙配合的位置切换至紧压位置。