CN110887646A - 一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置，该装置包含动力输出及扭矩测量组件和机械密封试验容腔组件；动力输出及扭矩测量组件包含有伺服电机、扭矩传感器、固定支架、联轴器；机械密封试验容腔组件包含有传动轴、骨架油封、轴承、悬浮组件、O型密封圈；动力输出及扭矩测量组件用于提供旋转动力，使机械密封的动环能够相对静环做旋转运动，并测量机械密封的阻尼力矩。机械密封试验容腔组件用于为被测机械密封提供一定的压力空间，其悬浮组件用于使被测机械密封免受因同轴度无法精确控制而产生的机械压力，确保被测机械密封在试验过程中不因外部机械压力造成损伤。

Description

一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验 装置

技术领域

本发明涉及机械密封领域，特别涉及一种用于载人航天水处理系统的机械密封性能测试试验装置。

背景技术

机械密封广泛应用于水泵、油泵等旋转流体机械，机械密封已形成型谱化，作为标准件在流体机械设备中选用。机械密封的主要性能包括密封性能、摩擦阻力、使用寿命。

地面设备用的机械密封对密封性及动力要求相对较低，载人航天工程因空间站上能源宝贵，且对水处理系统的效率和质量有更高的要求，因此所用的机械密封需要比传统的机械密封有更低的功耗和更高的密封性。

传统的机械密封件在弹簧压力作用下动环与静环之间紧密贴合，旋转阻力较大，需要使用大功率动力设备才能驱动动环与静环的相对运动，比较适合地面设备的应用。通常情况下，弹簧压力越大，动环与静环之间的贴合度越好，密封性越好，所需的驱动力矩也越大，密封性与功耗消耗是一组矛盾。在一些低功耗要求的场合，如载人航天工程中，机械密封要求具有更高的密封能力和更小的功率消耗，以适应空间环境下能源有限的客观限制及载人航天对密封性的更高要求。为此，某研究所研制了一种低功耗且高密封性的载人航天专用机械密封，针对该类载人航天专用机械密封，本发明提供了一种性能测试的试验装置。

发明内容

本发明的目的在于为载人航天用机械密封提供一种扭矩及密封性测试的试验装置，该装置能够实现载人航天用机械密封的摩擦阻力及密封性测试，并能快速更换机械密封，操作简便。

本发明的技术解决方案是：

一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置，包括动力输出及扭矩测量组件和机械密封试验容腔组件；

所述的动力输出及扭矩测量组件包含有伺服电机、第一联轴器、扭矩传感器、第二联轴器、支架；支架上设有与机械密封试验容腔组件连接的安装板、伺服电机安装板、扭矩传感器安装板；伺服电机与扭矩传感器均安装在支架上，伺服电机转轴与扭矩传感器输入轴通过第一联轴器连接；扭矩传感器输出轴与第二联轴器连接；支架上设有与机械密封试验容腔组件连接的安装板；

所述的机械密封试验容腔组件包含有传动轴、螺母、轴承端盖、A轴承、上部腔体、骨架油封、B轴承、轴用卡簧、A密封圈、中部腔体、B密封圈、悬浮组件、下部腔体、橡胶垫圈、不锈钢垫圈、锁紧螺母、紧固螺钉；

A轴承安装在上部腔体的A轴承安装孔内，轴承端盖安装在上部腔体的A法兰安装面上，轴承端盖顶住A轴承的外圈，骨架油封安装在上部腔体的内腔内，骨架油封的端面与上部腔体内腔中的挡板接触；B轴承套接在传动轴的B轴承安装轴上，轴用卡簧安装在卡簧槽处，轴用卡簧用于固定B轴承；安装有B轴承和轴用卡簧的传动轴安装在已装有A轴承和骨架油封的上部腔体内，传动轴的A轴承安装轴安装进A轴承的内孔，光滑轴段穿过骨架油封的内孔；螺母旋拧到传动轴的A螺纹段处，螺母压紧A轴承的内圈；

A密封圈安装在中部腔体的密封圈槽内，八个螺钉穿过上部腔体的B法兰安装面上的八个通孔与中部腔体的上部法兰面上的八个螺纹通孔螺纹连接；B密封圈安装在悬浮组件的B密封圈安装槽内，中部腔体的下部法兰与悬浮组件的悬浮组件外圈粗轴段的八个螺纹通孔螺纹连接；

下部腔体通过锁紧螺母与悬浮组件的悬浮组件外圈粗轴段的下端面螺纹连接。

在上述的一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置中，所述的悬浮组件由悬浮组件外圈、悬浮组件内圈、四件挡轴、A橡胶环、B橡胶环、四件挡片、两件A环形限位垫片、两件B环形限位垫片、32件限位螺钉、四件密封圈构成。

悬浮组件内圈安装在悬浮组件外圈的中心通孔内，悬浮组件内圈的四个螺纹盲孔与悬浮组件外圈的四个通孔一一对应，悬浮组件内圈的通孔与悬浮组件外圈的宝塔型接头方向一致；四件挡轴分别穿过悬浮组件外圈的四个通孔与悬浮组件内圈的四个螺纹盲孔螺纹连接；

A橡胶环安装在悬浮组件外圈和悬浮组件内圈的上端面上，A环形限位垫片压住A橡胶环，A环形限位垫片的八个通孔与A橡胶环外侧的八个通孔一一对应，八只限位螺钉依次穿过A环形限位垫片的八个通孔和A橡胶环外侧的八个通孔与悬浮组件外圈上端面的八个螺纹盲孔螺纹连接；B环形限位垫片压住A橡胶环，B环形限位垫片的八个通孔与A橡胶环内侧的八个通孔一一对应，八只限位螺钉依次穿过B环形限位垫片的八个通孔和A橡胶环内侧的八个通孔与悬浮组件内圈上端面的八个螺纹盲孔螺纹连接；

B橡胶环安装在悬浮组件外圈和悬浮组件内圈的下端面上，A环形限位垫片压住B橡胶环，A环形限位垫片的八个通孔与B橡胶环外侧的八个通孔一一对应，八只限位螺钉依次穿过A环形限位垫片的八个通孔和B橡胶环外侧的八个通孔与悬浮组件外圈下端面的八个螺纹盲孔螺纹连接；B环形限位垫片压住B橡胶环，B环形限位垫片的八个通孔与B橡胶环内侧的八个通孔一一对应，八只限位螺钉依次穿过B环形限位垫片的八个通孔和B橡胶环内侧的八个通孔与悬浮组件内圈下端面的八个螺纹盲孔螺纹连接；

四个密封圈分别安装在悬浮组件外圈圆柱面上的四个密封圈槽中，四件挡片分别安装在悬浮组件外圈圆柱面的四个通孔的外侧，四件挡片压住四件密封圈，实现对四个通孔的密封封堵。

一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置的整机装配过程为：将动力输出及扭矩测量组件的第二联轴器与机械密封试验容腔组件的传动轴连接，将动力输出及扭矩测量组件中支架的机械密封试验容腔组件连接板与机械密封试验容腔组件中的上部腔体的A安装法兰上的螺纹通孔螺纹连接。

测试设备运转过程中，被测机械密封需要注入润滑水，悬浮组件上的宝塔头接头用于为被测机械密封注入润滑水；

对机械密封测试的密闭腔体内，能够进行压力气体的输入，并能检测气压，设计了压力气体注入接口及气压计接口；中部腔体上的A宝塔型接口用于连接压力空气，B宝塔型接口用于连接气压计，测量密封腔里的气压值，C宝塔型接口用于连接水管，对密封腔通入一定量的水，通入水的液面高度应完全淹没被测试的机械密封，且液面高度低于A宝塔型接口和B宝塔型接口；

在机械密封的一端的密闭压力容腔里通过C宝塔型接口注入水，并对水施加气压，在测试设备运转过程中，监测机械密封另一端的水泄漏量；

在伺服电机与机械密封试验容腔组件之间连接有扭矩传感器，用于时时测量被测机械密封动环与静环之间的摩擦阻尼；

本发明具有以下优点：

(1)、本发明中，设计了悬浮组件用于安装被测试机械密封，保证被测机械密封不因同轴度难以控制产生的机械压力而损伤；

(2)、本发明中，悬浮组件采用四个挡轴对悬浮组件悬浮组件外圈与悬浮组件内圈在轴向与径向的相对运动范围进行了限制，确保上下两片橡胶密封环不因相对运动范围大而变形过度或损伤；

(3)、本发明中，拧下四个锁紧螺钉，即可取下下部腔体，拧下锁紧螺母即更换新的待测试机械密封，实现了被测机械密封的便捷更换；

(4)、本发明中，能够进行压力气体的输入及气压的测量，能够在不同压力环境下测试机械密封的密封性能；

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的结构图；

图2为本发明中的动力输出及扭矩测量组件1结构图；

图3为本发明中支架15的结构图；

图4A为本发明中上部腔体2e的剖面图；

图4B为本发明中上部腔体2e相对图4A的俯视图；

图5为本发明中传动轴的结构图；

图6A为本发明中悬浮组件外圈的结构图；

图6B为本发明中悬浮组件外圈相对图6A的仰视图；

图7A为本发明中悬浮组件内圈的结构图；

图7B为本发明中悬浮组件内圈相对图7A的仰视图；

图8为本发明的机械密封试验容腔组件的剖面图；

图9A为本发明的悬浮组件的半剖视图；

图9B为本发明的悬浮组件相对图9A的仰视图；

图9C为本发明的悬浮组件相对图9A的俯视图。

具体实施方式

本发明一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置，包括动力输出及扭矩测量组件1和机械密封试验容腔组件2；

所述动力输出及扭矩测量组件1包含有伺服电机11、第一联轴器12、扭矩传感器13、第二联轴器14、支架15；其中，伺服电机11、第一联轴器12、扭矩传感器13、第二联轴器14均为外购标准件；支架15上设有与机械密封试验容腔组件1连接的安装板、伺服电机安装板、扭矩传感器安装板；伺服电机11与扭矩传感器13均安装在支架15上，伺服电机转轴与扭矩传感器输入轴通过第一联轴器12连接；扭矩传感器输出轴与第二联轴器14连接；支架15上设有与机械密封试验容腔组件2连接的安装板；

所述机械密封试验容腔组件2包含有传动轴2a、螺母2b、轴承端盖2c、A轴承2d、上部腔体2e、骨架油封2f、B轴承2g、轴用卡簧2h、A密封圈2i、中部腔体2j、B密封圈2k、悬浮组件2l、下部腔体2m、锁紧螺母2p、紧固螺钉2q。

A轴承2d安装在上部腔体2e的A轴承安装孔内，轴承端盖2c安装在上部腔体2e的A法兰安装面上，轴承端盖2c顶住A轴承2d的外圈，骨架油封2f安装在上部腔体2e的内腔内，骨架油封2f的端面与上部腔体2e内腔中的挡板接触；B轴承2g套接在传动轴2a的B轴承安装轴上，轴用卡簧2h安装在卡簧槽处，用于固定B轴承2g；安装有B轴承2g和轴用卡簧2h的传动轴2a安装在已装有A轴承2d和骨架油封2f的上部腔体2e内，传动轴2a的A轴承安装轴安装进A轴承2d的内孔，光滑轴段穿过骨架油封2f的内孔；螺母2b旋拧到传动轴2a的A螺纹段处，螺母2b压紧A轴承2d的内圈；

A密封圈2i安装在中部腔体2j的密封圈槽内，八个螺钉穿过上部腔体2e的B法兰安装面上的八个通孔与中部腔体2j的上部法兰面上的八个螺纹通孔螺纹连接；B密封圈2k安装在悬浮组件2l的B密封圈安装槽内，中部腔体2j的下部法兰与悬浮组件2l的八个螺纹通孔螺纹连接；

下部腔体2m通过锁紧螺母2p与悬浮组件下端面螺纹连接。

悬浮组件2l不可悬浮组件外圈2la、悬浮组件内圈2lb、四件挡轴2lc、A橡胶环2ld、B橡胶环2le、四件挡片2lf、两件A环形限位垫片2lg、两件B环形限位垫片2lh、限位螺钉2li、四个密封圈2lj；

其中，所述悬浮组件外圈2la分为圆柱形的粗轴段和细轴段；悬浮组件外圈2la的粗轴段圆柱面上开有通孔，通孔外侧焊接有宝塔形接头2laa，粗轴段的上端面开有B密封圈安装槽2lab，粗轴段的上端面设有定位凸缘2lad和八个螺纹通孔2lai，粗轴段的下端面设有定位凸缘2lae和限位槽2lac，悬浮组件外圈2la的细轴段圆柱面上均布开有四个通孔2laf，环绕四个通孔2laf的外侧分别开有开有密封圈槽2lag，悬浮组件外圈2la细轴段的上端面均布开有8个螺纹盲孔2lah，悬浮组件外圈2la的细轴段下端面均布开有8个螺纹盲孔2laj；其中，悬浮组件内圈2lb的圆柱面上开有通孔2lba，悬浮组件内圈2lb外圆柱面的四周均布有四个螺纹盲孔2lbb，用于安装四个挡轴2lc；悬浮组件内圈2lb的外圆柱面直径小于悬浮组件外圈的中心圆筒直径；悬浮组件内圈2lb安装在悬浮组件外圈的中心圆筒内，四个挡轴2lc的螺纹段分别与悬浮组件内圈2lb的四个螺纹盲孔2lbb螺纹连接，四个挡轴2lc的光滑段伸入悬浮组件外圈2la的四个通孔2laf内；悬浮组件内圈2lb设有螺纹段2lbc和光滑段2lbd，螺纹段2lbc与光滑段2lbd之间为过度斜坡2lbe；悬浮组件内圈的上端面均布开有8个螺纹盲孔2lbf，悬浮组件内圈的下端面均布开有8个螺纹盲孔2lbg。

所述上部腔体2e上设有A轴承安装孔2e1和内腔2e4，二者之间由挡板2e3分界；挡板2e3上端面用于支撑A轴承2d的外圈，挡板下端面用于支撑骨架油封2f的端面；上部腔体2e的A轴承安装孔一侧设有A安装法兰2e2，A安装法兰2e2上开有螺纹通孔2e2-1和螺纹盲孔2e2-2；其中，螺纹通孔2e2-1用于与支架15机械连接，螺纹盲孔2e2-2用于固定轴承端盖2c，上部腔体2e下部设有B安装法兰2e5，B安装法兰2e5上设有通孔2e5-1。

所述传动轴2a上设有A轴段2aa，用于与第一联轴器12固定连接，A轴段2aa下部为第一过度轴2ab，第一过度轴2ab中部开有通孔2ab-1，第一过度轴2ab下部为A螺纹段2ac，A螺纹段2ac下部为A轴承安装轴2ad，A轴承安装轴2ad下部为A光滑轴段2ae上，A光滑轴段2ae表面光洁度为0.08，A光滑轴段2ae用于与骨架油封2f的内圈紧密接触，在旋转时实现密封；A光滑轴段2ae的下部为B轴承安装轴2ag，B轴承安装轴2ag的端部设有卡簧槽2af；B轴承安装轴2ag的下部为第二过度轴2ah，第二过度轴2ah下部为凸缘2ai，凸缘2ai用于限位被测机械密封；凸缘2ai下部为B光滑轴段2aj，B光滑轴段2aj用于穿过被测机械密封，并与被测机械密封中间孔内的密封圈紧密接触，实现B光滑轴段2aj与被测机械密封中间孔之间的密封；B光滑轴段2aj下部为第三过度轴2ak，第三过度轴2ak下部为B螺纹段2al。

所述中部腔体2j上焊接有A宝塔型接口2ja，B宝塔型接口2jb，C宝塔型接口2jc，A宝塔型接口2ja用于连接压力空气，对密封腔形成一定的气压值，B宝塔型接口2jb用于连接气压计，用于测量密封腔里的气压值，C宝塔型接口2jc用于连接水管，对密封腔通入一定量的液体，通入液体的液面高度应完全淹没被测试的机械密封，且液面高度低于A宝塔型接口2ja，B宝塔型接口2jb；中部腔体2j的上部法兰面2jd开有密封圈槽2jd-1及八个螺纹通孔2jd-2；中部腔体2j的下部法兰2je上开有密封圈槽2je-1及八个螺纹通孔2je-2。

所述骨架油封2f的外圈安装在上部腔体2e的内腔2e4中，骨架油封2f的内圈套在传动轴2a的A光滑轴段2ae上，传动轴2a转动时其光滑轴段2ae与骨架油封2f的内圈摩擦接触，实现密封；上部腔体2e、中部腔体2j、骨架油封2f、A密封圈2i、B密封圈2k、悬浮组件2l、传动轴2a、被测机械密封共同构成上部气密空间。

被测试的机械密封通过其自身的外螺纹与悬浮组件2l的内螺纹连接，被测试机械密封的内圈与传动轴2a之间通过被测机械密封自带的O型密封圈实现密封，被测机械密封的外圈通过其自带的O型密封圈与悬浮组件2l之间实现密封。

动力输出及扭矩测量组件1的装配过程为：

伺服电机11通过螺钉固定在支架15的电机安装面151上，第一联轴器12的一端与伺服电机11的转轴连接，第一联轴器12的另一端与扭矩传感器13的输入轴连接，扭矩传感器13通过螺钉固定在支架15的扭矩传感器安装面152上，第二联轴器14的一端与扭矩传感器13的输出轴连接。

悬浮组件2l的装配过程为：将悬浮组件内圈2lb放入悬浮组件外圈2la的中心通孔内，悬浮组件内圈2lb的四个螺纹盲孔2lbb与悬浮组件外圈2la的四个通孔2laf一一对应，悬浮组件内圈2lb的通孔2lba与悬浮组件外圈2la的宝塔型接头2la1方向一致；将四件挡轴2lc分别穿过悬浮组件外圈2la的四个通孔2laf与悬浮组件内圈2lb的四个螺纹盲孔2lbb螺纹连接，挡轴2lc的光轴段直径小于四个通孔2laf的孔径，且光轴段的长度大于悬浮组件外圈2la与悬浮组件内圈2lb之间的间隙；四件挡轴2lc安装于悬浮组件内圈2lb的四个螺纹盲孔2lbb后，悬浮组件内圈2lb可相对于悬浮组件外圈2la活动，但不会从悬浮组件外圈2la上脱落；

将A橡胶环2ld放在悬浮组件外圈2la和悬浮组件内圈2lb的上端面上，用A环形限位垫片2lg压住A橡胶环2ld，A环形限位垫片2lg的八个通孔与A橡胶环2ld外侧的八个通孔一一对应，将八只限位螺钉2li依次穿过A环形限位垫片2lg的八个通孔和A橡胶环2ld外侧的八个通孔与悬浮组件外圈2la上端面的八个螺纹盲孔2la8螺纹连接；用B环形限位垫片2lh压住A橡胶环2ld，B环形限位垫片2lh的八个通孔与A橡胶环2ld内侧的八个通孔一一对应，将八只限位螺钉2li依次穿过B环形限位垫片2lh的八个通孔和A橡胶环2ld内侧的八个通孔与悬浮组件内圈2lb上端面的八个螺纹盲孔2lbf螺纹连接；

将B橡胶环2le放在悬浮组件外圈2la和悬浮组件内圈2lb的下端面上，用A环形限位垫片2lg压住B橡胶环2le，A环形限位垫片2lg的八个通孔与B橡胶环2le外侧的八个通孔一一对应，将八只限位螺钉2li依次穿过A环形限位垫片2lg的八个通孔和B橡胶环2le外侧的八个通孔与悬浮组件外圈2la下端面的八个螺纹盲孔2la9螺纹连接；用B环形限位垫片2lh压住B橡胶环2le，B环形限位垫片2lh的八个通孔与B橡胶环2le内侧的八个通孔一一对应，将八只限位螺钉2li依次穿过B环形限位垫片2lh的八个通孔和B橡胶环2le内侧的八个通孔与悬浮组件内圈2lb下端面的八个螺纹盲孔2lbg螺纹连接；

将四个密封圈2lj分别放入悬浮组件外圈2la的四个密封圈槽2la7中，用螺钉将四件挡片2lf分别按装在悬浮组件外圈2la的四个通孔2la6的外侧，四件挡片2lf压住四件密封圈2lj，实现对四个通孔2la6的密封封堵。

机械密封试验容腔组件2的装配过程为：

A轴承2d安装在上部腔体2e的A轴承安装孔2e1内，轴承端盖2c安装在上部腔体2e的A法兰安装面2e2上，轴承端盖2c顶住A轴承2d的外圈，骨架油封2f安装在上部腔体2e的内腔2e4内，骨架油封2f的端面与上部腔体2e内腔中的挡板2e3接触；B轴承2g套接在传动轴2a的B轴承安装轴2ag上，并将轴用卡簧2h安装在卡簧槽2af处，轴用卡簧2h用于固定B轴承2g；将安装有B轴承2g和轴用卡簧2h的传动轴2a安装进已装有A轴承2d和骨架油封2f的上部腔体2e内，传动轴2a的A轴承安装轴2ad安装进A轴承2d的内孔，光滑轴段2ae穿过骨架油封2f的内孔；将螺母2b旋拧到传动轴2a的A螺纹段2ac处，螺母2b压紧A轴承2d的内圈；

将A密封圈2i放在中部腔体2j的密封圈槽2jd-1内，用八个螺钉穿过上部腔体2e的B法兰安装面2e5上的八个通孔2e5-1与中部腔体2j的上部法兰面2jd上的八个螺纹通孔2jd-2螺纹连接；

将B密封圈2k放在悬浮组件2l的B密封圈安装槽2la2内，将中部腔体2j的下部法兰2je与悬浮组件2l的悬浮组件外圈粗轴段的八个螺纹通孔螺纹连接；将橡胶垫圈2n、不锈钢垫圈2o依次穿过传动轴2a的B螺纹段2al，将锁紧螺母2p旋拧在B螺纹段2al；

下部腔体2m通过锁紧螺钉2q与悬浮组件2l的悬浮组件外圈粗轴段的下端面螺纹连接。

为使本发明的方案更加明了，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示，一种用于载人航天水处理系统的机械密封性能测试试验装置，包括动力输出及扭矩测量组件1和机械密封试验容腔组件2。

如图2所示，动力输出及扭矩测量组件1包含有伺服电机11、第一联轴器12、扭矩传感器13、第二联轴器14、支架15；其中，伺服电机11、第一联轴器12、扭矩传感器13、第二联轴器14均为外购标准件，支架15为机加件；支架15用于固定伺服电机11和扭矩传感器13，并用于与机械密封试验容腔组件2实现机械连接。

如图3所示，支架3上设有私服电机安装板151、扭矩传感器安装板152、与机械密封试验容腔组件2连接板153：伺服电机11安装在私服电机安装板151上，扭矩传感器13安装在扭矩传感器安装板152上。

如图4A～4B所示，上部腔体2e上设有A轴承安装孔2e1和内腔2e4，二者之间由挡板2e3分隔；挡板2e3上端面用于支撑A轴承2d的外圈，挡板下端面用于支撑骨架油封2f的端面；上部腔体2e的A轴承安装孔一侧设有A安装法兰2e2，A安装法兰2e2上开有螺纹通孔2e2-1和螺纹盲孔2e2-2；其中，螺纹通孔2e2-1用于与支架15机械连接，螺纹盲孔2e2-2用于固定轴承端盖2c；上部腔体2e下部设有B安装法兰2e5，B安装法兰2e5上设有通孔2e5-1。

如图5所示，传动轴2a上设有A轴段2aa，用于与第一联轴器12固定连接，A轴段2aa下部为第一过度轴2ab，第一过度轴2ab中部开有通孔2ab-1，第一过度轴2ab下部为A螺纹段2ac，A螺纹段2ac下部为A轴承安装轴2ad，A轴承安装轴2ad下部为A光滑轴段2ae上，A光滑轴段2ae表面光洁度为0.08，A光滑轴段2ae用于与骨架油封2f的内圈紧密接触，在旋转时实现密封；A光滑轴段2ae的下部为B轴承安装轴2ag，B轴承安装轴2ag的端部设有卡簧槽2af；B轴承安装轴2ag的下部为第二过度轴2ah，第二过度轴2ah下部为凸缘2ai，凸缘2ai用于限位被测机械密封；凸缘2ai下部为B光滑轴段2aj，B光滑轴段2aj用于穿过被测机械密封，并与被测机械密封中间孔内的密封圈紧密接触，实现B光滑轴段2aj与被测机械密封中间孔之间的密封；B光滑轴段2aj下部为第三过度轴2ak，第三过度轴2ak下部为B螺纹段2al。

如图6A～6B所示，悬浮组件外圈2la的粗轴段圆柱面上开有通孔，通孔外侧焊接有宝塔形接头2laa，粗轴段的上端面开有B密封圈安装槽2lab，粗轴段的上端面设有定位凸缘2lad和八个螺纹通孔2lai，粗轴段的下端面设有定位凸缘2lae和限位槽2lac，悬浮组件外圈的细轴段圆柱面上均布开有四个通孔2laf，环绕四个通孔2laf的外侧分别开有开有密封圈槽2lag，悬浮组件外圈2la细轴段的上端面均布开有8个螺纹盲孔2lah，悬浮组件外圈2la的细轴段下端面均布开有8个螺纹盲孔2laj。

如图7A～7B所示，悬浮组件内圈2lb的圆柱面上开有通孔2lba，悬浮组件内圈2lb外圆柱面的四周均布有四个螺纹盲孔2lbb、四个螺纹盲孔2lbb用于安装四个挡轴2lc、悬浮组件内圈2lb的外圆柱面直径小于悬浮组件外圈的中心圆筒直径；悬浮组件内圈2lb安装在悬浮组件外圈的中心圆筒内，四个挡轴2lc的螺纹段分别与悬浮组件内圈2lb的四个螺纹盲孔2lbb螺纹连接，四个挡轴2lc的光滑段伸入悬浮组件外圈2la的四个通孔2laf内；悬浮组件内圈2lb设有螺纹段2lbc、光滑段2lbd，螺纹段2lbc与光滑段2lbd之间为过度斜坡2lbe；悬浮组件内圈的上端面均布开有8个螺纹盲孔2lbf，悬浮组件内圈的下端面均布开有8个螺纹盲孔2lbg。

如图4A、4B、5、6A、6B、7A、7B、8所示，机械密封试验容腔组件2包含有传动轴2a、螺母2b、轴承端盖2c、A轴承2d、上部腔体2e、骨架油封2f、B轴承2g、轴用卡簧2h、A密封圈2i、中部腔体2j、B密封圈2k、悬浮组件2l、下部腔体2m、橡胶垫圈2n、不锈钢垫圈2o、锁紧螺母2p、紧固螺钉2q。

A轴承2d安装在上部腔体2e的A轴承安装孔2e1内，轴承端盖2c安装在上部腔体2e的A法兰安装面2e2上，轴承端盖2c顶住A轴承2d的外圈，骨架油封2f安装在上部腔体2e的内腔2e4内，骨架油封2f的端面与上部腔体2e内腔中的挡板2e3接触；B轴承2g套接在传动轴2a的B轴承安装轴2ag上，并将轴用卡簧2h安装在卡簧槽2af处，轴用卡簧2h用于固定B轴承2g；将安装有B轴承2g和轴用卡簧2h的传动轴2a安装进已装有A轴承2d和骨架油封2f的上部腔体2e内，传动轴2a的A轴承安装轴2ad安装进A轴承2d的内孔，光滑轴段2ae穿过骨架油封2f的内孔；将螺母2b旋拧到传动轴2a的A螺纹段2ac处，螺母2b压紧A轴承2d的内圈。

将A密封圈2i放在中部腔体2j的密封圈槽2jd-1内，用八个螺钉穿过上部腔体2e的B法兰安装面2e5上的八个通孔2e5-1与中部腔体2j的上部法兰面2jd上的八个螺纹通孔2jd-2螺纹连接。

将B密封圈2k放在悬浮组件2l的B密封圈安装槽2la2内，将中部腔体2j的下部法兰2je与悬浮组件2l的悬浮组件外圈粗轴段的八个螺纹通孔螺纹连接；

下部腔体2m通过锁紧螺钉2q与悬浮组件2l的悬浮组件外圈粗轴段的下端面螺纹连接。

如图6A、6B、7A、7B、9A～9C所示，悬浮组件内圈2lb安装在悬浮组件外圈2la的中心通孔内，悬浮组件内圈2lb的四个螺纹盲孔2lbb与悬浮组件外圈2la的四个通孔2laf一一对应，悬浮组件内圈2lb的通孔2lba与悬浮组件外圈2la的宝塔型接头2la1方向一致；四件挡轴2lc分别穿过悬浮组件外圈2la的四个通孔2laf与悬浮组件内圈2lb的四个螺纹盲孔2lbb螺纹连接，四件挡轴2lc的光轴段直径小于四个通孔2laf的孔径，且光轴段的长度大于悬浮组件外圈2la与悬浮组件内圈2lb之间的间隙；四件挡轴2lc安装于悬浮组件内圈2lb的四个螺纹盲孔2lbb后，悬浮组件内圈2lb可相对于悬浮组件外圈2la活动，但不会从悬浮组件外圈2la上脱落；

将A橡胶环2ld放在悬浮组件外圈2la和悬浮组件内圈2lb的上端面上，用A环形限位垫片2lg压住A橡胶环2ld，A环形限位垫片2lg的八个通孔与A橡胶环2ld外侧的八个通孔一一对应，将八只限位螺钉2li依次穿过A环形限位垫片2lg的八个通孔和A橡胶环2ld外侧的八个通孔与悬浮组件外圈2la上端面的八个螺纹盲孔2la8螺纹连接；用B环形限位垫片2lh压住A橡胶环2ld，B环形限位垫片2lh的八个通孔与A橡胶环2ld内侧的八个通孔一一对应，将八只限位螺钉2li依次穿过B环形限位垫片2lh的八个通孔和A橡胶环2ld内侧的八个通孔与悬浮组件内圈2lb上端面的八个螺纹盲孔2lbf螺纹连接；

将B橡胶环2le放在悬浮组件外圈2la和悬浮组件内圈2lb的下端面上，用A环形限位垫片2lg压住B橡胶环2le，A环形限位垫片2lg的八个通孔与B橡胶环2le外侧的八个通孔一一对应，将八只限位螺钉2li依次穿过A环形限位垫片2lg的八个通孔和B橡胶环2le外侧的八个通孔与悬浮组件外圈2la下端面的八个螺纹盲孔2la9螺纹连接；用B环形限位垫片2lh压住B橡胶环2le，B环形限位垫片2lh的八个通孔与B橡胶环2le内侧的八个通孔一一对应，将八只限位螺钉2li依次穿过B环形限位垫片2lh的八个通孔和B橡胶环2le内侧的八个通孔与悬浮组件内圈2lb下端面的八个螺纹盲孔2lbg螺纹连接；

将四个密封圈2lj分别放入悬浮组件外圈2la的四个密封圈槽2la7中，用螺钉将四件挡片2lf分别按装在悬浮组件外圈2la的四个通孔2la6的外侧，四件挡片2lf压住四件密封圈2lj，实现对四个通孔2la6的密封封堵；

如图1所示，动力输出及扭矩测量组件1的第二联轴器14与机械密封试验容腔组件2的传动轴2a连接，动力输出及扭矩测量组件1中支架15的机械密封试验容腔组件2连接板153与机械密封试验容腔组件(2)中的上部腔体2e的A安装法兰2e2上的螺纹通孔2e2-1螺纹连接。

一种用于载人航天水处理系统的机械密封性能测试试验装置，使用方法为：将固定下部腔体2m的四个锁紧螺钉2q拧下，取下下部腔体2m；将锁紧螺母2p拧下，取下不锈钢垫圈2o和橡胶垫圈2n；将被测试机械密封拧到悬浮组件2l的螺纹段2lbc，被测试机械密封自带的密封圈与悬浮组件2l的光滑段2lbd形成密封，传动轴2a的凸缘2ai对被测试机械密封进行限位，传动轴2a的B光滑轴段2aj穿过被测试机械密封的中心孔，并与被测试机械密封中心孔内自带的密封圈形成密封；将橡胶垫圈2n、不锈钢垫圈2o依次穿过传动轴2a的B螺纹段2al，将锁紧螺母2p旋拧在B螺纹段2al，橡胶垫圈2n、不锈钢垫圈2o及锁紧螺母2p共同压住被测试的机械密封；将下部腔体2m与悬浮组件2l连接，并用四件锁紧螺钉2q对二者进行固定。

对悬浮组件外圈2la宝塔形接头2laa注入润滑水，对中部腔体2j上的A宝塔型接口2ja连接压力空气，对中部腔体2j上的B宝塔型接口2jb连接气压计，对C宝塔型接口2jc连接输水管，注入水，通入水的液面高度应完全淹没被测试的机械密封，且液面高度低于A宝塔型接口2ja，B宝塔型接口2jb；下部腔体2m底部的宝塔接口连接量杯。

启动伺服电机即可测试被测机械密封的旋转力矩和密封性能。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置，其特征在于：包括动力输出及扭矩测量组件(1)和机械密封试验容腔组件(2)；

所述动力输出及扭矩测量组件(1)包含有伺服电机(11)、第一联轴器(12)、扭矩传感器(13)、第二联轴器(14)、支架(15)；其中，伺服电机(11)、第一联轴器(12)、扭矩传感器(13)、第二联轴器(14)均为外购标准件；支架(15)上设有与机械密封试验容腔组件(1)连接的安装板、伺服电机安装板、扭矩传感器安装板；伺服电机(11)与扭矩传感器(13)均安装在支架(15)上，伺服电机转轴与扭矩传感器输入轴通过第一联轴器(12)连接；扭矩传感器输出轴与第二联轴器(14)连接；支架(15)上设有与机械密封试验容腔组件(2)连接的安装板；

所述机械密封试验容腔组件(2)包含有传动轴(2a)、螺母(2b)、轴承端盖(2c)、A轴承(2d)、上部腔体(2e)、骨架油封(2f)、B轴承(2g)、轴用卡簧(2h)、A密封圈(2i)、中部腔体(2j)、B密封圈(2k)、悬浮组件(2l)、下部腔体(2m)、锁紧螺母(2p)、紧固螺钉(2q)。

A轴承(2d)安装在上部腔体(2e)的A轴承安装孔内，轴承端盖(2c)安装在上部腔体(2e)的A法兰安装面上，轴承端盖(2c)顶住A轴承(2d)的外圈，骨架油封(2f)安装在上部腔体(2e)的内腔内，骨架油封(2f)的端面与上部腔体(2e)内腔中的挡板接触；B轴承(2g)套接在传动轴(2a)的B轴承安装轴上，轴用卡簧(2h)安装在卡簧槽处，用于固定B轴承(2g)；安装有B轴承(2g)和轴用卡簧(2h)的传动轴(2a)安装在已装有A轴承(2d)和骨架油封(2f)的上部腔体(2e)内，传动轴(2a)的A轴承安装轴安装进A轴承(2d)的内孔，光滑轴段穿过骨架油封(2f)的内孔；螺母(2b)旋拧到传动轴(2a)的A螺纹段处，螺母(2b)压紧A轴承(2d)的内圈；

A密封圈(2i)安装在中部腔体(2j)的密封圈槽内，八个螺钉穿过上部腔体(2e)的B法兰安装面上的八个通孔与中部腔体(2j)的上部法兰面上的八个螺纹通孔螺纹连接；B密封圈(2k)安装在悬浮组件(2l)的B密封圈安装槽内，中部腔体(2j)的下部法兰与悬浮组件(2l)的八个螺纹通孔螺纹连接；

下部腔体(2m)通过锁紧螺母(2p)与悬浮组件下端面螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置，其特征在于：悬浮组件(2l)不可悬浮组件外圈(2la)、悬浮组件内圈(2lb)、四件挡轴(2lc)、A橡胶环(2ld)、B橡胶环(2le)、四件挡片(2lf)、两件A环形限位垫片(2lg)、两件B环形限位垫片(2lh)、限位螺钉(2li)、四个密封圈(2lj)；

其中，所述悬浮组件外圈(2la)分为圆柱形的粗轴段和细轴段；悬浮组件外圈(2la)的粗轴段圆柱面上开有通孔，通孔外侧焊接有宝塔形接头(2laa)，粗轴段的上端面开有B密封圈安装槽(2lab)，粗轴段的上端面设有定位凸缘(2lad)和八个螺纹通孔(2lai)，粗轴段的下端面设有定位凸缘(2lae)和限位槽(2lac)，悬浮组件外圈(2la)的细轴段圆柱面上均布开有四个通孔(2laf)，环绕四个通孔(2laf)的外侧分别开有开有密封圈槽(2lag)，悬浮组件外圈(2la)细轴段的上端面均布开有8个螺纹盲孔(2lah)，悬浮组件外圈(2la)的细轴段下端面均布开有8个螺纹盲孔(2laj)；其中，悬浮组件内圈(2lb)的圆柱面上开有通孔(2lba)，悬浮组件内圈(2lb)外圆柱面的四周均布有四个螺纹盲孔(2lbb)，用于安装四个挡轴(2lc)；悬浮组件内圈(2lb)的外圆柱面直径小于悬浮组件外圈的中心圆筒直径；悬浮组件内圈(2lb)安装在悬浮组件外圈的中心圆筒内，四个挡轴(2lc)的螺纹段分别与悬浮组件内圈(2lb)的四个螺纹盲孔(2lbb)螺纹连接，四个挡轴(2lc)的光滑段伸入悬浮组件外圈(2la)的四个通孔(2laf)内；悬浮组件内圈(2lb)设有螺纹段(2lbc)和光滑段(2lbd)，螺纹段(2lbc)与光滑段(2lbd)之间为过度斜坡(2lbe)；悬浮组件内圈的上端面均布开有8个螺纹盲孔(2lbf)，悬浮组件内圈的下端面均布开有8个螺纹盲孔(2lbg)。

3.根据权利要求1所述的一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置，其特征在于：所述上部腔体(2e)上设有A轴承安装孔(2e1)和内腔(2e4)，二者之间由挡板(2e3)分界；挡板(2e3)上端面用于支撑A轴承(2d)的外圈，挡板下端面用于支撑骨架油封(2f)的端面；上部腔体(2e)的A轴承安装孔一侧设有A安装法兰(2e2)，A安装法兰(2e2)上开有螺纹通孔(2e2-1)和螺纹盲孔(2e2-2)；其中，螺纹通孔(2e2-1)用于与支架(15)机械连接，螺纹盲孔(2e2-2)用于固定轴承端盖(2c)，上部腔体(2e)下部设有B安装法兰(2e5)，B安装法兰(2e5)上设有通孔(2e5-1)。

4.根据权利要求1所述的一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置，其特征在于：所述传动轴(2a)上设有A轴段(2aa)，用于与第一联轴器(12)固定连接，A轴段(2aa)下部为第一过度轴(2ab)，第一过度轴(2ab)中部开有通孔(2ab-1)，第一过度轴(2ab)下部为A螺纹段(2ac)，A螺纹段(2ac)下部为A轴承安装轴(2ad)，A轴承安装轴(2ad)下部为A光滑轴段(2ae)上，A光滑轴段(2ae)表面光洁度为0.08，A光滑轴段(2ae)用于与骨架油封(2f)的内圈紧密接触，在旋转时实现密封；A光滑轴段(2ae)的下部为B轴承安装轴(2ag)，B轴承安装轴(2ag)的端部设有卡簧槽(2af)；B轴承安装轴(2ag)的下部为第二过度轴(2ah)，第二过度轴(2ah)下部为凸缘(2ai)，凸缘(2ai)用于限位被测机械密封；凸缘(2ai)下部为B光滑轴段(2aj)，B光滑轴段(2aj)用于穿过被测机械密封，并与被测机械密封中间孔内的密封圈紧密接触，实现B光滑轴段(2aj)与被测机械密封中间孔之间的密封；B光滑轴段(2aj)下部为第三过度轴(2ak)，第三过度轴(2ak)下部为B螺纹段(2al)。

5.根据权利要求1所述的一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置，其特征在于：所述中部腔体(2j)上焊接有A宝塔型接口(2ja)，B宝塔型接口(2jb)，C宝塔型接口(2jc)，A宝塔型接口(2ja)用于连接压力空气，对密封腔形成一定的气压值，B宝塔型接口(2jb)用于连接气压计，用于测量密封腔里的气压值，C宝塔型接口(2jc)用于连接水管，对密封腔通入一定量的液体，通入液体的液面高度应完全淹没被测试的机械密封，且液面高度低于A宝塔型接口(2ja)，B宝塔型接口(2jb)；中部腔体(2j)的上部法兰面(2jd)开有密封圈槽(2jd-1)及八个螺纹通孔(2jd-2)；中部腔体(2j)的下部法兰(2je)上开有密封圈槽(2je-1)及八个螺纹通孔(2je-2)。

6.根据权利要求1所述的一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置，其特征在于：所述骨架油封(2f)的外圈安装在上部腔体(2e)的内腔(2e4)中，骨架油封(2f)的内圈套在传动轴(2a)的A光滑轴段(2ae)上，传动轴(2a)转动时其光滑轴段(2ae)与骨架油封(2f)的内圈摩擦接触，实现密封；上部腔体(2e)、中部腔体(2j)、骨架油封(2f)、A密封圈(2i)、B密封圈(2k)、悬浮组件(2l)、传动轴(2a)、被测机械密封共同构成上部气密空间。

7.根据权利要求1所述的一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置，其特征在于：被测试的机械密封通过其自身的外螺纹与悬浮组件(2l)的内螺纹连接，被测试机械密封的内圈与传动轴(2a)之间通过被测机械密封自带的O型密封圈实现密封，被测机械密封的外圈通过其自带的O型密封圈与悬浮组件(2l)之间实现密封。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置，其特征在于：动力输出及扭矩测量组件(1)的装配过程为：

伺服电机(11)通过螺钉固定在支架(15)的电机安装面(151)上，第一联轴器(12)的一端与伺服电机(11)的转轴连接，第一联轴器(12)的另一端与扭矩传感器(13)的输入轴连接，扭矩传感器(13)通过螺钉固定在支架(15)的扭矩传感器安装面(152)上，第二联轴器(14)的一端与扭矩传感器(13)的输出轴连接。

9.根据权利要求8所述的一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置，其特征在于：悬浮组件(2l)的装配过程为：将悬浮组件内圈(2lb)放入悬浮组件外圈(2la)的中心通孔内，悬浮组件内圈(2lb)的四个螺纹盲孔(2lbb)与悬浮组件外圈(2la)的四个通孔(2laf)一一对应，悬浮组件内圈(2lb)的通孔(2lba)与悬浮组件外圈(2la)的宝塔型接头(2la1)方向一致；将四件挡轴(2lc)分别穿过悬浮组件外圈(2la)的四个通孔(2laf)与悬浮组件内圈(2lb)的四个螺纹盲孔(2lbb)螺纹连接，挡轴(2lc)的光轴段直径小于四个通孔(2laf)的孔径，且光轴段的长度大于悬浮组件外圈(2la)与悬浮组件内圈(2lb)之间的间隙；四件挡轴(2lc)安装于悬浮组件内圈(2lb)的四个螺纹盲孔(2lbb)后，悬浮组件内圈(2lb)可相对于悬浮组件外圈(2la)活动，但不会从悬浮组件外圈(2la)上脱落；

将A橡胶环(2ld)放在悬浮组件外圈(2la)和悬浮组件内圈(2lb)的上端面上，用A环形限位垫片(2lg)压住A橡胶环(2ld)，A环形限位垫片(2lg)的八个通孔与A橡胶环(2ld)外侧的八个通孔一一对应，将八只限位螺钉(2li)依次穿过A环形限位垫片(2lg)的八个通孔和A橡胶环(2ld)外侧的八个通孔与悬浮组件外圈(2la)上端面的八个螺纹盲孔(2la8)螺纹连接；用B环形限位垫片(2lh)压住A橡胶环(2ld)，B环形限位垫片(2lh)的八个通孔与A橡胶环(2ld)内侧的八个通孔一一对应，将八只限位螺钉(2li)依次穿过B环形限位垫片(2lh)的八个通孔和A橡胶环(2ld)内侧的八个通孔与悬浮组件内圈(2lb)上端面的八个螺纹盲孔(2lbf)螺纹连接；

将B橡胶环(2le)放在悬浮组件外圈(2la)和悬浮组件内圈(2lb)的下端面上，用A环形限位垫片(2lg)压住B橡胶环(2le)，A环形限位垫片(2lg)的八个通孔与B橡胶环(2le)外侧的八个通孔一一对应，将八只限位螺钉(2li)依次穿过A环形限位垫片(2lg)的八个通孔和B橡胶环(2le)外侧的八个通孔与悬浮组件外圈(2la)下端面的八个螺纹盲孔(2la9)螺纹连接；用B环形限位垫片(2lh)压住B橡胶环(2le)，B环形限位垫片(2lh)的八个通孔与B橡胶环(2le)内侧的八个通孔一一对应，将八只限位螺钉(2li)依次穿过B环形限位垫片(2lh)的八个通孔和B橡胶环(2le)内侧的八个通孔与悬浮组件内圈(2lb)下端面的八个螺纹盲孔(2lbg)螺纹连接；

将四个密封圈(2lj)分别放入悬浮组件外圈(2la)的四个密封圈槽(2la7)中，用螺钉将四件挡片(2lf)分别按装在悬浮组件外圈(2la)的四个通孔(2la6)的外侧，四件挡片(2lf)压住四件密封圈(2lj)，实现对四个通孔(2la6)的密封封堵。

10.根据权利要求1所述的一种用于载人航天水处理系统的机械密封的性能测试试验装置，其特征在于：机械密封试验容腔组件(2)的装配过程为：

A轴承(2d)安装在上部腔体(2e)的A轴承安装孔(2e1)内，轴承端盖(2c)安装在上部腔体(2e)的A法兰安装面(2e2)上，轴承端盖(2c)顶住A轴承(2d)的外圈，骨架油封(2f)安装在上部腔体(2e)的内腔(2e4)内，骨架油封(2f)的端面与上部腔体(2e)内腔中的挡板(2e3)接触；B轴承(2g)套接在传动轴(2a)的B轴承安装轴(2ag)上，并将轴用卡簧(2h)安装在卡簧槽(2af)处，轴用卡簧(2h)用于固定B轴承(2g)；将安装有B轴承(2g)和轴用卡簧(2h)的传动轴(2a)安装进已装有A轴承(2d)和骨架油封(2f)的上部腔体(2e)内，传动轴(2a)的A轴承安装轴(2ad)安装进A轴承(2d)的内孔，光滑轴段(2ae)穿过骨架油封(2f)的内孔；将螺母(2b)旋拧到传动轴(2a)的A螺纹段(2ac)处，螺母(2b)压紧A轴承(2d)的内圈；

将A密封圈(2i)放在中部腔体(2j)的密封圈槽(2jd-1)内，用八个螺钉穿过上部腔体(2e)的B法兰安装面(2e5)上的八个通孔(2e5-1)与中部腔体(2j)的上部法兰面(2jd)上的八个螺纹通孔(2jd-2)螺纹连接；

将B密封圈(2k)放在悬浮组件(2l)的B密封圈安装槽(2la2)内，将中部腔体(2j)的下部法兰(2je)与悬浮组件(2l)的悬浮组件外圈粗轴段的八个螺纹通孔螺纹连接；将橡胶垫圈(2n)、不锈钢垫圈(2o)依次穿过传动轴(2a)的B螺纹段(2al)，将锁紧螺母(2p)旋拧在B螺纹段(2al)；

下部腔体(2m)通过锁紧螺钉(2q)与悬浮组件(2l)的悬浮组件外圈粗轴段的下端面螺纹连接。

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