CN112179690A - 一种重型压力离心机密封性能测试试验台 - Google Patents

Abstract

本发明属于化工装备领域，涉及一种重型压力离心机密封性能测试实验设备。该设备包括机械系统、控制系统、测试分析系统，机械系统与控制系统连接，控制系统与测试分析系统连接，测试分析系统对密封组件运行性能进行测试分析。本发明是一种集监控、诊断为一体的试验平台，对密封组件运行性能进行测试，可以实时监测组件的泄露情况、密封轴的振动，可以准确测量出轴承的振动、机械密封振动、温升失效参数，可以智能决策找出产生故障的原因。本发明为重型压力离心机的生产制造、密封性能质量检测、密封系统的性能技术升级提供了数据和理论参考依据，有重要的工程应用价值。

Description

一种重型压力离心机密封性能测试试验台

技术领域

本发明属于化工装备领域，涉及一种重型压力离心机密封性能测试实验设备。

背景技术

由于重型压力离心机可实现连续生产，能够不间断的处理多种浓度、不同流量、多种化学组分的介质，被广泛地应用到石油化工企业、煤炭、环保等部门，实现固液分离、混合物脱水、浆液浓缩等功能。重型压力离心机由于结构庞大、并且在带压的密闭生产线中运行，各零部件和整机的运行可靠性要求非常高。经过对中国石化、中国石油多家子公司PTA装置的离心机运行状况、故障原因进行调研得知，离心机的故障主要集中在振动和机械密封泄漏这两个方面，使得离心机在生产过程中故障停车检修比较频繁，严重影响了企业生产效率的提高。因此，必须提高重型压力离心机的研究制造生产水平，解决机器振动、密封泄漏等一系列故障问题，具备高水平的重型压力离心机生产和运行维护技术。

发明内容

发明目的：

为了检测和监控重型压力离心机密封件的密封性能、失效状态和失效程度，本发明提供了一种重型压力离心机密封性能检测试验台。

技术方案：

一种重型压力离心机密封性能测试试验台，包括机械系统、控制系统、测试分析系统；其中机械系统与控制系统连接，控制系统与测试分析系统连接，由测试分析系统对密封组件运行性能进行测试分析；其特征在于：机械系统包括：机械系统的两台变频调速数显电机分别通过传送带连接转子；轴承一端与转子连接，轴承的另一端与壳体密封及自锁卡盘结构连接，轴承上套有多工位轴承座和可调偏心激振环，多工位轴承座设置在减振单元上，自锁卡盘结构上安装有转子密封；

自锁卡盘结构安装在密封室内，转子通过壳体密封与密封室密封连接；壳体密封内安装机械密封，机械密封在由壳体密封所形成的密闭空间内运转。

控制系统包括压力调节器、温度调节器，压力调节器、温度调节器设置在密封室上。

测试分析系统包括振动传感器、压力传感器、温度传感器、数据采集系统、信号分析系统、智能决策系统；壳体密封通过振动传感器将振动数据传输给数据采集系统；压力调节器通过压力传感器将压力数据传送到数据采集系统；温度调节器通过温度传感器将温度数据传送到数据采集系统；数据采集系统将采集到的数据传送到信号分析系统，信号分析系统将分析后的数据传送到智能决策系统。

自锁卡盘结构为多连杆机构自锁卡盘，外壳的一侧设有短轴，外壳另一侧设有多连杆机构与自锁机构；

所述的多连杆机构包括两组内连杆和外连杆，内连杆和外连杆通过连接杆连接，连接杆与连接长杆的一端连接；连接长杆设置在通槽中，其结构是弯折状的连杆，与连接杆连接的一侧与水平面呈一定角度；

自锁机构包括连接长杆、滑块和内壳，内壳靠近法兰的外侧周向设有螺纹，螺纹与滑块内侧的矩形螺纹相匹配，滑块朝向活动卡爪的一侧与连接长杆连接；

外壳的内壁设有均匀分布的导轨，导轨与多连杆机构的滑块相匹配，用于安置滑块；外壳与内壳相配合，滑块上的螺纹与内壳上的螺纹相啮合；外壳上的短轴安装有小锥齿轮，小锥齿轮与大锥齿轮相互啮合，大锥齿轮安装在内壳一侧的阶梯上；

外壳远离法兰的外侧设有凹槽，凹槽内的周向外侧设有固定支板，凹槽内的周向内侧设有滑轨，滑轨与活动卡爪滑动连接，固定支板和活动卡爪与多连杆机构的一端连接，多连杆机构的另一端与自锁机构连接。

所述的多连杆机构与自锁机构为在外壳内部周向均匀设置的多组。

根据上述的重型压力离心机密封性能测试试验台的测试方法，其特征在于：该测试方法的步骤包括：

步骤一：通过两台变频调速数显电机分别驱动转子，利用压力调节器、温度调节器模拟实际生产工况，安装振动传感器、压力传感器和温度传感器实时采集数据转子运行状态数据；

步骤二：对采集到的数据进行分析，得到离心机异常停车时的瞬态信息，通过对振动传感器、压力传感器及温度传感器所测得的数据进行分析，得出离心机机械密封轴承的振动、机械密封振动、温升失效参数。

壳体密封工作相关参数可调，其中：压力：0～0.52*2＝1.04MPa；温度：0～185.0*1.2＝222℃；变频调速数显电机1电机转速：0～1200r/min。

优点及效果：

本发明具有以下优点和有益效果：

经过对重型压力离心机的结构型式、运行状态、动态性能、故障发生的频率、破坏形式和可能原因等因素进行比较深入的研究，综合应用理论分析、计算机模拟和实验验证等研究手段，充分利用现代科学技术，集成创新，探明重型压力离心机的机械密封运行稳定性机理及失稳发展规律，根据基于重型压力离心机的密封改造技术，发明了一种适合于重型压力离心机机械密封性能检测的试验台。

本发明是一种集模拟多种生产工况、监控、诊断、决策一体化的试验平台，对密封组件运行性能进行测试，可以实时监测组件的的振动、磨损、失效参数，可以及时发现故障征兆，通过智能决策找出产生故障的原因。本发明为重型压力离心机的生产制造、密封性能质量检测提供了实验、监测平台，也为重型压力离心机的密封系统的性能技术升级提供了数据和理论依据，有重要的工程应用价值。

附图说明

图1是性能测试试验台的整体示意图；

图2是本发明自锁卡盘结构连杆机构半剖结构示意图；

图3是本发明自锁卡盘结构卡爪一侧的结构示意图；

图4是本发明自锁卡盘结构齿轮一侧的结构示意图。

附图标记说明：

1)变频调速数显电机，2)多工位轴承座，3)可调偏心激振环，4)减振单元，5)壳体密封，6)自锁卡盘结构，6-1)活动卡爪；6-2)销轴；6-3)内连杆；6-4)外连杆；6-5)外壳；6-6)固定支架；6-7)连接杆；6-8)连接长杆；6-9)滑块；6-10)内壳；6-11)大锥齿轮；6-12)轴端挡圈；6-13)短轴；6-14)轴套；6-15)螺母；6-16)小锥齿轮；6-17)键；6-18)固定螺钉，7)转子密封，8)振动传感器，9)压力调节器，10)温度调节器，11)压力传感器，12)温度传感器，13)数据采集系统，14)信号分析系统，15)智能决策系统，16)密闭室，17)转子。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，一种重型压力离心机密封性能测试试验台，包括机械系统、控制系统、测试分析系统。机械系统与控制系统连接，控制系统与测试分析系统连接，由测试分析系统对密封组件运行性能进行测试分析。机械系统的两台变频调速数显电机1分别通过传送带连接并驱动转子17；轴承一端与转子17连接，轴承的另一端与壳体密封5及自锁卡盘结构6连接，轴承上套有多工位轴承座2和可调偏心激振环3，多工位轴承座2设置在减振单元4上，自锁卡盘结构6上安装转子密封7，自锁卡盘结构6安装在密封室16内，转子17通过壳体密封5与密封室16密封连接；壳体密封5内安装机械密封，机械密封在由壳体密封5所形成的密闭空间内运转；密封室16分别与调节压力调节器9和温度调节器10连接。

控制系统包括压力调节器9、温度调节器10，压力调节器9、温度调节器10设置在密封室16上；通过测试系统测定密封室16内部及外部的一系列压力和温度数据，分析转子运行性能结果。测试分析系统包括振动传感器8、压力传感器11、温度传感器12、数据采集系统13、信号分析系统14、智能决策系统15；壳体密封5通过振动传感器8将振动数据传输给数据采集系统13；压力调节器9通过压力传感器11将压力数据传送到数据采集系统13；温度调节器10通过温度传感器12将温度数据传送到数据采集系统13；数据采集系统13将采集到的数据传送到信号分析系统14，信号分析系统14将分析后的数据传送到智能决策系统15。

重型压力离心机密封性能测试试验台的测试方法，该测试方法的步骤包括：

步骤一：通过两台变频调速数显电机1分别驱动转子转轴，利用压力调节器9、温度调节器10模拟实际生产工况，安装振动传感器8、压力传感器11和温度传感器12实时采集数据转子运行状态数据；

步骤二：对采集到的数据进行分析，得到离心机异常停车时的瞬态信息，通过对振动传感器8、压力传感器11及温度传感器12所测得的数据进行分析，得出离心机机械密封轴承的振动、机械密封振动、温升失效的参数。

壳体密封工作相关参数可调，其中：压力：0～0.52*2＝1.04MPa；温度：0～185.0*1.2＝222℃；变频调速数显电机1的转速：0～1200r/min。

本发明采用两台变频调速数显电机，分别驱动外转鼓、内转子转轴，模拟不同实际生产工况。

1)采用两台变频调速数显电机取代差速器，使外转鼓、内转子转轴的转速清晰、可读，可以获得不同的转速比，使得试验台具有很方便的监测性，也具有很好的通用性。每台电机转速：0～1200r/min。

2)采用自锁卡盘设计，可升降式、可拆装结构，多工位轴承座安装结构，使得轴承座间距、转轴高度可调，可以适应多种型号密封组件的试验。

多工位轴承座安装结构，通过在底座上设置滑轨，让轴承座固定于和滑轨相配合的滑块上，在滑块内部装有齿轮，同时在底座上安装有丝杠，丝杠螺母与丝杠相配合，在丝杠螺母上装有齿轮，使其与滑块内部的齿轮相啮合；通过转动位于滑块上的传动轴使轴承座实现位移，可以在一定范围内调解轴承跨距，以适应各种尺寸、不同型号的离心机试验要求，具有一定的通用性和公知性。

如图2、图3、图4所示，试验台自锁卡盘结构使夹紧快速而可靠，也为后续产品系列开发留有空间。这使得在此试验台上可以完成机械密封的修复、运行试验，成本低，使得试验台易推广。

如图2、3、4所示，自锁卡盘结构6为一种多连杆机构自锁卡盘，外壳6-5一侧设有短轴6-13，外壳6-5另一侧设有多组均匀分布的多连杆机构与自锁机构；外壳6-5内壁设有均匀分布的导轨，导轨与多连杆机构的滑块6-9相匹配，用于安置滑块6-9；外壳6-5与内壳6-10相配合，滑块6-9上的螺纹与内壳6-10上的螺纹相啮合；外壳6-5上的短轴6-13安装有小锥齿轮6-16，小锥齿轮6-16与大锥齿轮6-11相互啮合，大锥齿轮6-11安装在内壳6-10一侧的阶梯上。

外壳6-5和内壳6-10形成相对转动，通过转动带动外壳一侧的活动卡爪6-1径向运动，实现对工件的定心和自夹紧。也就是通过旋转短轴6-13使小锥齿轮6-16转动，与之相啮合的大锥齿轮6-11发生转动；内壳6-10和大锥齿轮6-11相连，大锥齿轮6-11的转动带动了内壳6-10转动；与内壳6-10配合的滑块6-9在螺纹传动的作用下发生轴向位移，并带动与之相连的连杆机构；连杆机构的运动推动活动卡爪6-1径向位移，从而完成对工件的自定心和夹紧。

本发明整体结构简单，通过多连杆机构和自锁机构与内壳6-10之间传动，实现自定心和夹紧。大大简化了自锁卡盘结构，安装和拆解简单，更有利于后期的维护。

如图3和图4所示，外壳6-5远离法兰的外侧设有凹槽，凹槽内的周向外侧设有固定支板6-6，凹槽内的周向内侧设有滑轨，滑轨与活动卡爪6-1滑动连接，固定支板6-6和活动卡爪6-1与多连杆机构的一端连接，多连杆机构的另一端与自锁机构连接。

如图2所示，在滑块6-9发生轴向位移时，会带动多连杆机构动作，由于此多连杆机构的特性，固定支板6-6与活动卡爪6-1间的位移始终保持平行关系。由于活动卡爪6-1受滑轨的约束，活动卡爪6-1只能径向滑动，进而实现自定心和夹紧。

外壳6-5内部周向均匀设置了三组多连杆机构，每个多连杆机构与对应的滑块6-9连接，三个滑块6-9与内壳6-10通过螺纹连接。

如图2所示，本发明的多连杆结构可以设置三组、四组或者多组，一般以三组为最优，每组多连杆机构都设有对应的滑块6-9，实现在传动过程中滑块6-9同时转动，进而同时带动多连杆机构，保证多组连杆机构同时运动，实现自定心。

多连杆机构包括两组内连杆6-3和外连杆6-4，内连杆6-3和外连杆6-4通过连接杆6-7连接，连接杆6-7与连接长杆6-8的一端连接，连接长杆6-8的另一端与滑块6-9连接。

如图2所示，连接杆6-7为两端分别设有连接孔的直杆，每个连接孔同时与内连杆6-3和外连杆6-4连接，连接杆6-7在与连接长杆6-8连接的一端另一设有与连接长杆连接的孔。连接长杆6-8设置在通槽中，其结构是弯折状的连杆，与连接杆6-7连接的一侧与水平面呈一定角度，在到达内壳6-10上方时与内壳平行，保证内壳6-10与滑块是通过螺纹传动，保证传动稳定。

外壳6-5内的固定支板6-6通过销轴6-2与多连杆机构连接，固定支板6-6上设有两个连接座，连接座通过销轴6-2与外连杆6-4连接，活动卡爪6-1上设有与固定支架6-6上的连接座相对应的连接支座，连接支座通过销轴6-6与内连杆6-3的一端连接，内连杆6-3的另一端与外连杆6-4连接，内连杆6-3和外连杆6-4连接处与连接杆6-7的一端连接，连接杆6-7的另一端与滑块6-9连接。

多连杆机构的两组内连杆6-3和外连杆6-4同时随着连接杆6-7移动，使活动卡爪6-1进行径向运动。多连杆结构十分简单，同时能够实现活动卡爪6-1的径向运动，不产生偏斜，避免了现有的卡盘容易出现的问题。

自锁机构包括连接长杆6-8、滑块6-9和内壳6-10，内壳6-10靠近法兰的外侧周向设有螺纹，螺纹与滑块6-9内侧的矩形螺纹相匹配，滑块6-9朝向活动卡爪6-1的一侧与连接长杆6-8连接。

通过连接长杆6-8实现内壳6-10和外壳6-5之间两侧的联动，保证内壳6-10和外壳6-5发生相对转动时，带动活动卡爪6-1，结构简单，更加高效。

如图2所示，内壳6-10的阶梯处通过键6-17与大锥齿轮6-11连接，大锥齿轮6-11外侧设有轴端挡圈6-12。

如图2和图4所示，内壳6-10的法兰一侧设有阶梯状结构，用于安装大椎齿轮6-11，大椎齿轮6-11通过键6-17与内壳6-10连接，同时大椎齿轮6-11靠近法兰的外侧还设有轴端挡圈6-12，用于固定大椎齿轮6-11。本发明直接将转动结构设置在了内壳6-10和外壳6-5上，进一步节约空间，简化结构，同时卡盘外侧并不复杂结构，保证整体不会受到外部的打击造成损坏，进一步保证了卡盘运行的安全性。

短轴6-13外侧通过轴套6-14与外壳6-5连接；短轴6-13的内侧套有小锥齿轮6-16，小锥齿轮6-16两侧设有螺母6-15，小锥齿轮6-16与内壳6-10上的大锥齿轮6-11啮合。

小锥齿轮6-16和大椎齿轮6-11相互啮合，通过旋转短轴6-13使小锥齿轮6-16转动，进而带动大椎齿轮6-11，其转动可以通过短轴6-13的转动方向和转动速度进行调节，十分简单，便于操作。

如图4所示，外壳6-5设有法兰的一侧设有用于安装短轴6-13的通孔，法兰上均匀设置有多个用于固定的螺栓孔，外壳6-5的内壁上设有与多连杆机构对应的通槽，通槽的一侧设有滑轨，外壳6-5一侧的腔体内设有内壳10，内壳6-10与外壳通过大椎齿轮6-11和小锥齿轮6-16啮合形成相对转动。

通过壳体密封5、压力调节器9，温度调节器10、可调偏心激振环3，可以使试验台具备在不同温度、不同压力下运转功能，可以模拟重型压力离心机真实生产环境，使试验台具有更广泛的实用性。

壳体密封其相关参数如下：设计压力：0～0.52*2＝1.04MPa；设计温度：0～185.0*1.2＝222℃。

3)可调偏心激振环3，用于模拟不同使用环境中的振动情况。

4)减振单元4安装于多工位轴承座2下方，起缓冲作用，避免试验台受到冲击。在试验台的轴承座处下面安装减振单元，缓冲径向平面内的振动激振力，可以有效减小试验台的振动，保护试验台。

5)壳体密封5和转子密封7，可使试验台具备模拟带压生产环境功能。

6)压力调节器9和温度调节器10，用于实现模拟不同生产环境下离心机内的压力和温度。

7)搭载数据采集系统13、信号分析系统14，用于接收设备的运行数据并进行分析。

试验台的信号采集系统，能够对含弱信息特征参量进行提取识别，对设备启、停、运转时的振动、温升等信息进行探测和识别，及时发现故障征兆。防止因为两个转子之间存在转速差导致的当两个转子发生了明显的不平衡时周期性振动的合成而形成拍振。

如图1所示，重型压力离心机机械密封性能测试试验台，由机械系统、控制系统、测试分析系统三个部分构成，各系统之间、系统各要素之间相互联系、相互作用。通过设计计算系统的临界转速、系统的固有频率，确定了重型压力离心机试验台壳体的转轴、内转子转轴的安全工作转速，从设计上避开临界转速区、避免拍振产生的不利结构、加设减振单元，防止机械密封系统部件振动、变形、磨损。

通过在试验台上安装的传感器，对重型压力离心机机械密封的运行情况进行真实模拟和实时监测，得到了大量的可供参考的监测数据，并对双转子的振动情况进行了分析，通过分析可以解决双转子动平衡试验分析问题。通过实验数据反映重型压力离心机运行状态，为及时发现和处理机器运行振动、泄露等故障提供参考，保证安全稳定生产。

该设备能够完全模拟重型压力离心机机械密封工作时的真实工况环境，通过对传感器所测得的数据进行分析，准确得出离心机机械密封轴承的振动、机械密封振动、温升失效等工况参数。

Claims (7)

1.一种重型压力离心机密封性能测试试验台，包括机械系统、控制系统、测试分析系统；其中机械系统与控制系统连接，控制系统与测试分析系统连接，由测试分析系统对密封组件运行性能进行测试分析；其特征在于：机械系统包括：机械系统的两台变频调速数显电机(1)分别通过传送带连接转子(17)；轴承一端与转子(17)连接，轴承的另一端与壳体密封(5)及自锁卡盘结构(6)连接，轴承上套有多工位轴承座(2)和可调偏心激振环(3)，多工位轴承座(2)设置在减振单元(4)上，自锁卡盘结构(6)上安装有转子密封(7)；

自锁卡盘结构(6)安装在密封室(16)内，转子(17)通过壳体密封(5)与密封室(16)密封连接；壳体密封(5)内安装机械密封，机械密封在由壳体密封(5)所形成的密闭空间内运转。

2.根据权利要求1所述的重型压力离心机密封性能测试试验台，其特征在于：控制系统包括压力调节器(9)、温度调节器(10)，压力调节器(9)、温度调节器(10)设置在密封室(16)上。

3.根据权利要求1所述的重型压力离心机密封性能测试试验台，其特征在于：测试分析系统包括振动传感器(8)、压力传感器(11)、温度传感器(12)、数据采集系统(13)、信号分析系统(14)、智能决策系统(15)；壳体密封(5)通过振动传感器(8)将振动数据传输给数据采集系统(13)；压力调节器(9)通过压力传感器(11)将压力数据传送到数据采集系统(13)；温度调节器(10)通过温度传感器(12)将温度数据传送到数据采集系统(13)；数据采集系统(13)将采集到的数据传送到信号分析系统(14)，信号分析系统(14)将分析后的数据传送到智能决策系统(15)。

4.根据权利要求1所述的重型压力离心机密封性能测试试验台，其特征在于：自锁卡盘结构(6)为多连杆机构自锁卡盘，外壳(6-5)的一侧设有短轴(6-13)，外壳(6-5)另一侧设有多连杆机构与自锁机构；

所述的多连杆机构包括两组内连杆(6-3)和外连杆(6-4)，内连杆(6-3)和外连杆(6-4)通过连接杆(6-7)连接，连接杆(6-7)与连接长杆(6-8)的一端连接；连接长杆(6-8)设置在通槽中，其结构是弯折状的连杆，与连接杆6-7连接的一侧与水平面呈一定角度；

自锁机构包括连接长杆(6-8)、滑块(6-9)和内壳(6-10)，内壳(6-10)靠近法兰的外侧周向设有螺纹，螺纹与滑块(6-9)内侧的矩形螺纹相匹配，滑块(6-9)朝向活动卡爪(6-1)的一侧与连接长杆(6-8)连接；

外壳(6-5)的内壁设有均匀分布的导轨，导轨与多连杆机构的滑块(6-9)相匹配，用于安置滑块(6-9)；外壳(6-5)与内壳(6-10)相配合，滑块(6-9)上的螺纹与内壳(6-10)上的螺纹相啮合；外壳(6-5)上的短轴(6-13)安装有小锥齿轮(6-16)，小锥齿轮(6-16)与大锥齿轮(6-11)相互啮合，大锥齿轮(6-11)安装在内壳(6-10)一侧的阶梯上；

外壳(6-5)远离法兰的外侧设有凹槽，凹槽内的周向外侧设有固定支板(6-6)，凹槽内的周向内侧设有滑轨，滑轨与活动卡爪(6-1)滑动连接，固定支板(6-6)和活动卡爪(6-1)与多连杆机构的一端连接，多连杆机构的另一端与自锁机构连接。

5.根据权利要求4所述的重型压力离心机密封性能测试试验台，其特征在于：所述的多连杆机构与自锁机构为在外壳(6-5)内部周向均匀设置的多组。

6.根据权利要求1所述的重型压力离心机密封性能测试试验台的测试方法，其特征在于：该测试方法的步骤包括：

步骤一：通过两台变频调速数显电机(1)分别驱动转子(17)，利用压力调节器(9)、温度调节器(10)模拟实际生产工况，安装振动传感器(8)、压力传感器(11)和温度传感器(12)实时采集数据转子运行状态数据；

步骤二：对采集到的数据进行分析，得到离心机异常停车时的瞬态信息，通过对振动传感器(8)、压力传感器(11)及温度传感器(12)所测得的数据进行分析，得出离心机机械密封轴承的振动、机械密封振动、温升失效参数。

7.根据权利要求6所述的重型压力离心机密封性能测试试验台的测试方法，其特征在于：壳体密封工作相关参数可调，其中：压力：0～0.52*2＝1.04MPa；温度：0～185.0*1.2＝222℃；变频调速数显电机(1)电机转速：0～1200r/min。

Images