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一种干气密封气膜厚度测量装置和方法 Download PDF

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Abstract

发明提供了一种干气密封气膜厚度测量装置和方法。该装置包括电涡流传感器、金属环和金属环支架，干气密封包括静环组件与动环组件，静环组件包括弹簧，其未运行时，静环组件与动环组件紧密接触，其运行时，动压效应产生的轴向力与弹簧力相互抵消，静环组件与动环组件脱离，产生轴向位移并形成气膜；金属环支架一端与静环组件固接，从而与静环组件同步产生轴向位移，金属环与金属环支架的另一端固接，从而与金属环支架和静环组件同步产生轴向位移，电涡流传感器的探头正对金属环，用以测量金属环的轴向位移，从而测量气膜厚度。本发明提供了一种干气密封气膜厚度测量装置和方法，无需对干气密封进行钻孔等损害结构强度的操作，具有较高的安全性。

Description

一种干气密封气膜厚度测量装置和方法
技术领域
本发明属于机械密封技术领域，尤其涉及一种干气密封气膜厚度测量装置和方法。
背景技术
干气密封作为非接触式机械密封的一种，目前已广泛用于过程工业的离心式压缩机中(高压、高温气体端面密封)，并逐渐扩展应用于汽轮机、核燃料发电机和反应釜等设备的气体轴封，具有功耗低、磨损小、操作可靠的优点。气膜厚度作为干气密封一项重要的运行参数，对干气密封运行状态判断、故障诊断及设备维护具有重要意义，传统测量方法多为在干气密封端面开孔，损害了干气密封结构，降低了设备安全性。
综上所述，如何提供一种结构简单、操作便捷、成本低廉的干气密封气膜厚度测量装置和方法，在不损害干气密封结构的情况下测量气膜厚度，以降低人工以及制造成本，已经成为亟需解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于针对上述问题，提供一种干气密封气膜厚度测量装置，其特征在于，所述干气密封7包括静环组件与动环组件，所述静环组件包括弹簧72，所述干气密封7未运行时，在所述弹簧72的作用下所述静环组件与动环组件紧密接触，所述干气密封7运行时，动压效应产生的轴向力与所述弹簧72产生的力相互抵消，所述静环组件与动环组件相互脱离，产生轴向位移并形成气膜，
所述测量装置包括电涡流传感器4、金属环10和金属环支架9，所述金属环支架9的一端与所述静环组件固接，从而与所述静环组件同步产生轴向位移，所述金属环10与所述金属环支架9的另一端固接，从而与所述金属环支架9和所述静环组件同步产生轴向位移，所述电涡流传感器4的探头正对金属环10，用以测量金属环10的轴向位移，从而测量气膜厚度。
优选的，所述金属环10与所述干气密封7同轴；所述电涡流传感器4沿圆周方向均匀固接于密封腔端盖5，通过旋转所述电涡流传感器4使探头与所述金属环10的距离处于其量程中段，以提高测量精度。
优选的，所述静环组件还包括静环底座71、静环弹簧座73和静环74，其中，所述静环74通过销轴固定在所述静环底座71上，仅可进行轴向位移，所述金属环10固接在所述静环弹簧座73的外端。
优选的，所述动环组件包括动环75、动环底座76和动环轴套77，所述动环组件通过防转销8固定在轴1上，不能进行轴向位移。
优选的，所述金属环10材质根据电涡流传感器4的型号进行适配。
优选的，所述金属环支架9由与金属环10同样材质的金属丝弯折而成，所述金属环支架9与金属环10之间，所述金属环支架9与所述静环弹簧座73的外端之间均通过钎焊连接固定。
优选的，所述测量装置还包括计算机11，所述电涡流传感器4均与计算机11相连，所述计算机11通过实时监测电涡流传感器4数据，以实现对干气密封7运行状态的实时监测。
一种干气密封气膜厚度测量方法，其特征在于，包含以下步骤：
准备步骤：干气密封7运行前，由于弹簧72的作用静环74与动环75紧密接触，设电涡流传感器4数量为n，此时各个电涡流传感器4测得初始距离数据；
运行采集步骤：干气密封7运行后，由于动压效应，静环74与动环之间形成气膜，静环74与动环75相互脱离，静环74与静环弹簧座73一起向外侧滑移，同时金属环10产生轴向位移，此时各个电涡流传感器4测得距离数据；
计算步骤：干气密封7运行时的气膜厚度等于所有电涡流传感器4距离变化的平均值，气膜厚度计算公式为：
Figure BDA0003026674690000021
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
1)本发明无需对干气密封进行钻孔等损害结构强度的操作，具有较高的安全性。
2)本发明使用的金属环及金属支架结构简单，制造方便，具有良好的经济性。
附图说明
图1为本发明提供的一种干气密封气膜厚度测量装置在干气密封系统中安装的结构示意图；
图2为本发明提供的一种干气密封气膜厚度测量装置的整体结构示意图；
图中附图标记为：
1-轴，2-轴承盖，3-轴承，4-电涡流传感器，5-密封腔端盖，6-密封腔外壳，7-干气密封，8-防转销，9-金属环支架，10-金属环，11-计算机；
71-静环底座，72-弹簧，73-静环弹簧座，74-静环，75-动环，76-动环底座，77-动环轴套。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的一个宽泛实施例中，一种干气密封气膜厚度测量装置，其特征在于，所述干气密封7包括静环组件与动环组件，所述静环组件包括弹簧72，所述干气密封7未运行时，在所述弹簧72的作用下所述静环组件与动环组件紧密接触，所述干气密封7运行时，动压效应产生的轴向力与所述弹簧72产生的力相互抵消，所述静环组件与动环组件相互脱离，产生轴向位移并形成气膜，
所述测量装置包括电涡流传感器4、金属环10和金属环支架9，所述金属环支架9的一端与所述静环组件固接，从而与所述静环组件同步产生轴向位移，所述金属环10与所述金属环支架9的另一端固接，从而与所述金属环支架9和所述静环组件同步产生轴向位移，所述电涡流传感器4的探头正对金属环10，用以测量金属环10的轴向位移，从而测量气膜厚度。
优选的，所述金属环10与所述干气密封7同轴；所述电涡流传感器4沿圆周方向均匀固接于密封腔端盖5，通过旋转所述电涡流传感器4使探头与所述金属环10的距离处于其量程中段，以提高测量精度。
优选的，所述静环组件还包括静环底座71、静环弹簧座73和静环74，其中，所述静环74通过销轴固定在所述静环底座71上，仅可进行轴向位移，所述金属环10固接在所述静环弹簧座73的外端。
优选的，所述动环组件包括动环75、动环底座76和动环轴套77，所述动环组件通过防转销8固定在轴1上，不能进行轴向位移。
优选的，所述金属环10材质根据电涡流传感器4的型号进行适配。
优选的，所述金属环支架9由与金属环10同样材质的金属丝弯折而成，所述金属环支架9与金属环10之间，所述金属环支架9与所述静环弹簧座73的外端之间均通过钎焊连接固定。
优选的，所述测量装置还包括计算机11，所述电涡流传感器4均与计算机11相连，所述计算机11通过实时监测电涡流传感器4数据，以实现对干气密封7运行状态的实时监测。
一种干气密封气膜厚度测量方法，其特征在于，包含以下步骤：
准备步骤：干气密封7运行前，由于弹簧72的作用静环74与动环75紧密接触，设电涡流传感器4数量为n，此时各个电涡流传感器4测得初始距离数据；
运行采集步骤：干气密封7运行后，由于动压效应，静环74与动环之间形成气膜，静环74与动环75相互脱离，静环74与静环弹簧座73一起向外侧滑移，同时金属环10产生轴向位移，此时各个电涡流传感器4测得距离数据；
计算步骤：干气密封7运行时的气膜厚度等于所有电涡流传感器4距离变化的平均值，气膜厚度计算公式为：
Figure BDA0003026674690000041
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合优选实施例和附图，对本发明进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不限制本发明。
如图1-2所示，一种干气密封气膜厚度测量装置，包括电涡流传感器4、金属环10、金属环支架9；金属环10与多个金属环支架9相连与干气密封7同轴，固定在干气密封静环弹簧座73的外端；多个电涡流传感器4沿圆周均布于密封腔端盖5并将其探头正对金属环10以便测量金属环10的轴向位移。
本优选实施例测量的干气密封7由多组静环组件与动环组件组合而成，本优选实施例选择了其中一组静环组件与动环组件的气膜厚度进行测量，静环组件包括静环底座71、弹簧72、静环弹簧座73和静环74，静环底座71与密封腔外壳6通过销轴及子口连接固定，静环74在静环底座71上经销轴固定不能旋转，仅可进行轴向位移。动环组件包括动环75、动环底座76和动环轴套77，动环组件通过防转销8和螺母固定在轴1上，随轴1共同旋转，不能进行轴向位移，而轴1穿过轴承盖2与轴承3连接。干气密封7未运行时，由于弹簧72的作用使静环74与动环75紧密接触，而干气密封7运行时，由于动压效应产生轴向力，与弹簧72产生的力相互抵消，静环74与动环75相互脱离，形成气膜。
本优选实施例选用多个高精度电涡流传感器4，通过自带的螺纹沿圆周方向均匀固定于密封腔端盖5，电涡流传感器4的探头正对金属环10，通过旋转电涡流传感器4使其探头与金属环10距离处于电涡流传感器4量程中段，此时的电涡流传感器4测量精度最高。
本优选实施例使用的金属环10材质根据电涡流传感器4的型号进行适配，金属环支架9由与金属环10同样材质的金属丝弯折而成，一端沿圆周均布于金属环10上，且与金属环10通过钎焊连接固定，另一端与静环弹簧座73外端通过钎焊连接固定。金属环10及金属环支架9在满足刚性要求和电涡流传感器4最小测量面积要求的同时应尽量缩小尺寸，以减小对静环74的径向偏载。
本优选实施例中，干气密封气膜厚度测量装置还包含计算机11，多个所述电涡流传感器4与计算机11相连，可通过计算机11实时监测电涡流传感器4数据，对干气密封7运行状态进行实时监测。
本优选实施例还包括一种干气密封气膜厚度测量装方法，该方法包含以下步骤：
准备步骤：干气密封7运行前，由于弹簧72的作用，静环74与动环75紧密接触，设电涡流传感器4数量为n，电涡流传感器4数量越多，测量精度越高，此时各个电涡流传感器4测得初始距离数据b1～bn；
运行采集步骤：干气密封7运行后，由于动压效应，静环74与动环75之间形成气膜，静环74与动环75相互脱离，静环74连带与之相互固定的静环弹簧座73向外侧滑移，使与其连接的金属环10产生轴向位移，此时电涡流传感器4测得距离数据b1t～bnt；
计算步骤：干气密封7运行时的气膜厚度等于所有电涡流传感器4距离变化的平均值，气膜厚度计算公式为：
Figure BDA0003026674690000051
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种干气密封气膜厚度测量装置，其特征在于，所述干气密封(7)包括静环组件与动环组件，所述静环组件包括弹簧(72)，所述干气密封(7)未运行时，在所述弹簧(72)的作用下所述静环组件与动环组件紧密接触，所述干气密封(7)运行时，动压效应产生的轴向力与所述弹簧(72)产生的力相互抵消，所述静环组件与动环组件相互脱离，产生轴向位移并形成气膜；
所述测量装置包括电涡流传感器(4)、金属环(10)和金属环支架(9)，所述金属环支架(9)的一端与所述静环组件固接，从而与所述静环组件同步产生轴向位移，所述金属环(10)与所述金属环支架(9)的另一端固接，从而与所述金属环支架(9)和所述静环组件同步产生轴向位移，所述电涡流传感器(4)的探头正对金属环(10)，用以测量金属环(10)的轴向位移，从而测量气膜厚度。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述金属环(10)与所述干气密封(7)同轴；所述电涡流传感器(4)沿圆周方向均匀固接于密封腔端盖(5)，通过旋转所述电涡流传感器(4)使探头与所述金属环(10)的距离处于其量程中段，以提高测量精度。
3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述静环组件还包括静环底座(71)、静环弹簧座(73)和静环(74)，其中，所述静环(74)通过销轴固定在所述静环底座(71)上，仅可进行轴向位移，所述金属环(10)固接在所述静环弹簧座(73)的外端。
4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述动环组件包括动环(75)、动环底座(76)和动环轴套(77)，所述动环组件通过防转销(8)固定在轴1上，不能进行轴向位移。
5.根据权利要求4所述的一种干气密封气膜厚度测量装置，其特征在于，所述金属环(10)材质根据电涡流传感器(4)的型号进行适配。
6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述金属环支架(9)由与金属环(10)同样材质的金属丝弯折而成，所述金属环支架(9)与金属环(10)之间，所述金属环支架(9)与所述静环弹簧座(73)的外端之间均通过钎焊连接固定。
7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括计算机(11)，所述电涡流传感器(4)均与计算机(11)相连，所述计算机(11)通过实时监测电涡流传感器(4)数据，以实现对干气密封(7)运行状态的实时监测。
8.一种干气密封气膜厚度测量方法，其特征在于，包含以下步骤：
准备步骤：干气密封(7)运行前，由于弹簧(72)的作用静环(74)与动环(75)紧密接触，设电涡流传感器(4)数量为n，此时各个电涡流传感器(4)测得初始距离数据；
运行采集步骤：干气密封(7)运行后，由于动压效应，静环(74)与动环之间形成气膜，静环(74)与动环(75)相互脱离，静环(74)与静环弹簧座(73)一起向外侧滑移，同时金属环(10)产生轴向位移，此时各个电涡流传感器(4)测得距离数据；
计算步骤：干气密封(7)运行时的气膜厚度等于所有电涡流传感器(4)距离变化的平均值，气膜厚度计算公式为：
Figure FDA0003026674680000021
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