CN114061852A - 一种模拟泥水工况的双浮动密封试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及密封试验技术领域，具体涉及一种模拟泥水工况的双浮动密封试验装置。本发明包括主轴、壳体和双浮动密封，双浮动密封为两组并对称套设在主轴两端；两组双浮动密封的静环座均向壳体壳壁处延伸并固定在壳壁上，从而将内腔划分为彼此隔离的左润滑腔、中工作腔以及右润滑腔；两组双浮动密封的动环座固定在主轴上，并通过动环座处动环与静环座处静环形成动静密封配合。本发明能够模拟双浮动密封在泥水环境下的运行工况，并且使密封处于良好的润滑环境；同时，也解决了大轴径双浮动密封安装困难，容易使轴变形，轴向力不平衡等问题。
Description
技术领域
本发明涉及密封试验技术领域，具体涉及一种模拟泥水工况的双浮动密封试验装置。
背景技术
双浮动端面密封一般是由一对端面硬度很高的金属浮动环及对应安装的橡胶O形圈和浮封座构成，通过O形圈轴向压力压紧形成端面密封。由于其特殊的结构可适用于泥水等恶劣工况条件，具有结构简单、耐磨损、耐振动冲击、密封性好以及寿命长等优点，目前已逐渐应用于如掘进机的滚刀、推土机履带负重轮两端及采煤机的滚筒和减速器等工程机械的密封，用于阻挡泥水等介质进入密封腔破坏轴承，从而保证设备处于良好运行环境。然而，任何设计在进入现场之前，必然需经过试验验证过程。特别是对于大轴径的双浮动密封的测试试验，由于密封组件重量大，安装存在很大困难，而且传统的单悬臂式试验结构特别容易使轴产生变形和回转摆动，随之影响到密封性能的实际测试结果，亟待解决。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理而实用的模拟泥水工况的双浮动密封试验装置，本装置能够模拟双浮动密封在泥水环境下的运行工况，并且使密封处于良好的润滑环境；同时，也解决了大轴径双浮动密封安装困难，容易使轴变形，轴向力不平衡等问题。本装置具有结构合理、可靠性高的优点，特别适用于模拟泥水工况的大轴径双浮动密封试验测试所使用。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种模拟泥水工况的双浮动密封试验装置，包括可产生自回转动作的主轴，其特征在于：该装置还包括具备封闭的内腔的壳体，主轴位于内腔中且两轴端均贯穿壳体的两端壳壁；该装置还包括布置在内腔处的双浮动密封，所述双浮动密封为两组并对称套设在主轴两端；两组双浮动密封的静环座均向壳体壳壁处延伸并固定在壳壁上，从而将内腔划分为彼此隔离的左润滑腔、中工作腔以及右润滑腔；两组双浮动密封的动环座固定在主轴上，并通过动环座处动环与静环座处静环形成动静密封配合；中工作腔处开设可供泥水进出的介质入口和介质出口，各润滑腔处相应的设置可供润滑液进出的进液孔及出液孔。
优选的，所述主轴包括贯穿壳体的轴身以及同轴套设在轴身上的轴套，轴套位于内腔中，且轴套与轴身间形成可供润滑液流通的中空腔道；轴套的外壁处贯穿布置有连通左润滑腔的左通孔和连通右润滑腔的右通孔；润滑液经左润滑腔处进液孔进入，经由左润滑腔处双浮动密封后进入左通孔，再依序经由中空腔道及右通孔进入右润滑腔处双浮动密封，最后由右润滑腔处出液孔导出。
优选的，左通孔布置于左润滑腔处双浮动密封的静环环腔所在的一段轴套外壁处；右通孔布置在右润滑腔处双浮动密封的静环环腔所在的一段轴套外壁处。
优选的，动环座通过同轴安装在主轴上的传动座固定在主轴上；动环座与传动座间形成轴向的止口配合，并依靠轴向螺钉紧固彼此；两组双浮动密封处的两个传动座之间夹设有同轴环，同轴环止转配合于主轴上，且同轴环上固定有起到搅拌中工作腔内泥水作用的搅拌叶。
优选的，主轴上布置中部键槽，同轴环及两个传动座上均相应布置配合键槽，主轴与同轴环及两个传动座之间通过一根连接键连接彼此。
优选的，所述壳体包括外形呈直圆筒状的外筒体，外筒体的两端通过法兰结构的端盖加以封闭；外筒体的筒端同轴凹设有沉孔，端盖处同轴凸设有环形凸起，外筒体与端盖形成法兰配合时，所述环形凸起与沉孔彼此配合夹紧静环座的外缘。
优选的，端盖上贯穿布置有可供主轴穿过的安装孔，主轴与安装孔之间通过配做密封形成动密封配合。
优选的，以外筒体的轴线为对称轴，所述介质入口与介质出口轴对称的分布在外筒体的筒壁上。
本发明的有益效果在于：
1)、针对传统的单悬臂式结构容易使轴产生变形和工作摆动量大的问题，本发明提出了一种双端对称式的双浮动密封结构。一方面，壳体的内腔自成密封环境，既保证了主轴的正常回转；又确保了内部润滑液和泥水的对外的独立运作试验功能。另一方面，对称布置的两组双浮动密封，避免了腔体内因应力不均引起的轴系窜动以及主轴挠度的增大，确保了双浮动密封在设计工况下运行，保证了大轴径的主轴的工作稳定性及可靠性，最大化的降低了试验误差。在上述结构的基础上，本装置还利用了双浮动密封中动环座与壳体内壁的紧固密封配合，使得静环座自然配合动环座形成了隔断体系，最终确保了润滑液和泥水彼此之间的独立运作目的，一举多得。
综上，本装置能够模拟双浮动密封在泥水环境下的运行工况，并且使密封处于良好的润滑环境；同时，也解决了大轴径双浮动密封安装困难，容易使轴变形，轴向力不平衡等问题。本装置具有结构合理、可靠性高的优点，特别适用于模拟泥水工况的大轴径双浮动密封试验测试所使用。
2)、考虑到主轴的大轴径需求，本发明进一步的将主轴拆分为轴套以及常规轴体也即轴身，从而利用了两者的可拆装式设计，实现了主轴的模块化装配需求，以提升试验的前期准备效率。同时，巧妙的将轴套内部挖空，或自身形成中空腔道，或与轴身配合形成中空腔道，从而实现了润滑液的依序流通效果，而且还更大程度地减小了轴系的重量，加大了轴系的散热面积；此时，润滑液一方面仍然起到润滑的固有功能，同时，润滑液在经过中空腔道时，其起到了对中工作腔内部件以及旁侧部件的类似水冷套的自降温效果，成效显著，尤其利于长时间工作的大轴径的泥水试验环境所使用。
3)、实际上，在传统的大轴径的泥水工况的密封测试中，密封是否泄漏是测试的关键点之一；而密封在进行测试之前是需要进行装配，以及之前乃至之后是需要进行其他各部件的逐个安装的，安装过程中是否存在泄漏而影响到后续试验，也是人们一直关注却始终无法解决的难题。传统测试时，微量泄漏可以允许，而较多泄漏则是通过系统压力的浮动来判断，延时性强，且系统安装和操作复杂。本装置由于隔离中工作腔和各润滑腔的恰恰就是双浮动密封本身，同时中工作腔被左润滑腔和右润滑腔夹持并包围；这使得在试验之前，可以直接通入润滑液，并依靠介质出口处是否流出润滑液来判断密封是否泄漏和润滑液是否经由密封进入中工作腔内，操作极为方便可靠，性价比极高。
4)、模拟工况试验，需要的是越贴近实际工况越好；显然，传统泥水工况下，必然伴随搅拌操作以混合泥水的。鉴于此，本发明在主轴上还安装有同轴环，并依靠在同轴环上布置搅拌叶，来起到进一步的模拟泥水工况的功能，从而提升实际数据与现实数据的吻合性。此外，同轴环由于是通过连接键安装在主轴上的，也即具备了可换性；当需要调整双浮动密封处动环与静环的密封间隙时，可以通过更换不同轴向长度的同轴环来解决，拆装灵活便捷。
5)、无论是各润滑腔还是中工作腔，对外的密封性必不可少。因此，本发明的壳体为外筒体与端盖的配合构造，一方面，利用了外筒体与端盖的法兰配合，确保了内腔的对外封闭性；另一方面，外筒体与端盖彼此配合又夹紧了双浮动密封的静环座，保证了作为静环座的位置恒定性，这不仅保证了双浮动密封的工作可靠性，同时也为各润滑腔和中工作腔的独立工作提供了先决条件。
附图说明
图1为本发明的剖视图；
图2为轴身的局部结构示意图；
图3为端盖的剖视图。
本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：
a-左润滑腔 b-中工作腔 c-右润滑腔 d-中空腔道
10-主轴 11-轴身 12-轴套
13a-进液孔 13b-出液孔 14a-介质入口 14b-介质出口
20-壳体 20a-左通孔 20b-右通孔 21-外筒体
22-端盖 22a-环形凸起 22b-安装孔
30-双浮动密封 31-静环座 31a-静环 32-动环座 32a-动环
40-传动座 50-轴向螺钉 60-同轴环 70-搅拌叶
80-连接键 90-配做密封 100-轴向螺母
具体实施方式
为便于理解，此处对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：
本发明的具体实施结构参照图1-3所示，主要结构包括壳体20以及位于壳体20的内腔中的两组对称分布的双浮动密封30，其中：
主轴10由轴身11以及键连接在轴身11上的轴套12组合而成，轴套12套设并抵紧在图2所示的轴身11的轴肩处后，再依靠轴向螺母100的拧紧作用来将轴套12轴向压紧在该轴肩处；在必要时，也可以在轴向螺母100的外侧额外布置卡环或卡圈等，来起到防松功能；当然，实际操作时也可以采用其他的固定配合方式。而壳体20则包括外筒体21以及左右对称的端盖22，主轴10可转动地穿设在壳体20内。从图1中可看出，轴身11伸出在壳体20两侧的部位安装在外部的相应轴承座上，轴身11的其中一端再通过联轴器等连接减速器及电机实现转动。主轴10与端盖22处的安装孔22b之间布置配做密封90，如普通机械密封等常用轴端密封形式，使得壳体20的内腔与外界隔离形成独立的腔体。
双浮动密封30设置在壳体20内，且套设在轴套12上，此时内腔被划分为：左润滑腔a、中工作腔b、右润滑腔c以及轴套12内的中空腔道d。其中，左润滑腔a、右润滑腔c以及中空腔道d依次通过相应的左通孔20a及右通孔20b贯通彼此。
当电机通过减速器带动主轴10转动时，轴套12通过键连接被同步带动产生随动，进一步通过连接键80再带动传动座40同步转动，随后再通过轴向螺钉50带动动环座32转动。当动环座32转动时，动环32a由双浮动密封30处O形圈的摩擦力实现与动环座32的同步转动。而对于静环座31而言，其安装在所述端盖22与所述外筒体21之间，也即被外筒体21处沉孔形成的孔肩以及端盖22处的环形凸起22a所夹持固定。静环31a通过相应的O形圈的压紧摩擦力实现与所述静环座31的静止，静环31a再与动环32a实现动密封配合。
由图1可知，中工作腔b内还布置有搅拌叶70。搅拌叶70安装在同轴环60上，同轴环60在通过连接键80装配在轴套12上的同时，本身也起到轴向抵紧动环座32的功能，以保证动环座32的轴向位置稳定性。
在试验条件下进行密封工作时，润滑油通过外部的循环装置由外筒体21底部的进液孔13a进入左润滑腔a内，再通过轴套12上的左通孔20a进入轴套12内的中空腔道d内，再由轴套12另一端上的右通孔20b进入到右润滑腔c，最后润滑油由出液孔13b流出，实现循环流动。上述循环过程同时能够对中工作腔b产生的搅拌热起到冷却降温作用。搅拌叶70随主轴10同步转动，确保对中工作腔b内的泥水介质的搅拌混合功能。
密封安装完成后，首先在中工作腔b内不添加任何介质，通过对进液孔13a通入润滑油并进行加压，以实现对各密封的静压和运转测试。通过观察出液孔13b是否有润滑液流出，判断各密封尤其是双浮动密封30是否存在泄漏。试验开始前，首先，将泥水混合介质通过外筒体21处上方的介质入口14a加入，试验完成后由下方的介质出口14b放出。
密封在运行过程中润滑油侧与泥水介质侧始终保持一定压力的正压差，若密封损坏，也可以通过压差的改变及时发现，停止试验。
当然，对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (8)
1.一种模拟泥水工况的双浮动密封试验装置，包括可产生自回转动作的主轴(10)，其特征在于：该装置还包括具备封闭的内腔的壳体(20)，主轴(10)位于内腔中且两轴端均贯穿壳体(20)的两端壳壁；该装置还包括布置在内腔处的双浮动密封(30)，所述双浮动密封(30)为两组并对称套设在主轴(10)两端；两组双浮动密封(30)的静环座(31)均向壳体(20)壳壁处延伸并固定在壳壁上，从而将内腔划分为彼此隔离的左润滑腔(a)、中工作腔(b)以及右润滑腔(c)；两组双浮动密封(30)的动环座(32)固定在主轴(10)上，并通过动环座(32)处动环(32a)与静环座(31)处静环(31a)形成动静密封配合；中工作腔(b)处开设可供泥水进出的介质入口(14a)和介质出口(14b)，各润滑腔处相应的设置可供润滑液进出的进液孔(13a)及出液孔(13b)。
2.根据权利要求1所述的一种模拟泥水工况的双浮动密封试验装置，其特征在于：所述主轴(10)包括贯穿壳体(20)的轴身(11)以及同轴套(12)设在轴身(11)上的轴套(12)，轴套(12)位于内腔中，且轴套(12)与轴身(11)间形成可供润滑液流通的中空腔道(d)；轴套(12)的外壁处贯穿布置有连通左润滑腔(a)的左通孔(20a)和连通右润滑腔(c)的右通孔(20b)；润滑液经左润滑腔(a)处进液孔(13a)进入，经由左润滑腔(a)处双浮动密封(30)后进入左通孔(20a)，再依序经由中空腔道(d)及右通孔(20b)进入右润滑腔(c)处双浮动密封(30)，最后由右润滑腔(c)处出液孔(13b)导出。
3.根据权利要求2所述的一种模拟泥水工况的双浮动密封试验装置，其特征在于：左通孔(20a)布置于左润滑腔(a)处双浮动密封(30)的静环环腔所在的一段轴套(12)外壁处；右通孔(20b)布置在右润滑腔(c)处双浮动密封(30)的静环环腔所在的一段轴套(12)外壁处。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种模拟泥水工况的双浮动密封试验装置，其特征在于：动环座(32)通过同轴安装在主轴(10)上的传动座(40)固定在主轴(10)上；动环座(32)与传动座(40)间形成轴向的止口配合，并依靠轴向螺钉(50)紧固彼此；两组双浮动密封(30)处的两个传动座(40)之间夹设有同轴环(60)，同轴环(60)止转配合于主轴(10)上，且同轴环(60)上固定有起到搅拌中工作腔(b)内泥水作用的搅拌叶(70)。
5.根据权利要求4所述的一种模拟泥水工况的双浮动密封试验装置，其特征在于：主轴(10)上布置中部键槽，同轴环(60)及两个传动座(40)上均相应布置配合键槽，主轴(10)与同轴环(60)及两个传动座(40)之间通过一根连接键(80)连接彼此。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种模拟泥水工况的双浮动密封试验装置，其特征在于：所述壳体(20)包括外形呈直圆筒状的外筒体(21)，外筒体(21)的两端通过法兰结构的端盖(22)加以封闭；外筒体(21)的筒端同轴凹设有沉孔，端盖(22)处同轴凸设有环形凸起(22a)，外筒体(21)与端盖(22)形成法兰配合时，所述环形凸起(22a)与沉孔彼此配合夹紧静环座(31)的外缘。
7.根据权利要求6所述的一种模拟泥水工况的双浮动密封试验装置，其特征在于：端盖(22)上贯穿布置有可供主轴(10)穿过的安装孔(22b)，主轴(10)与安装孔(22b)之间通过配做密封(90)形成动密封配合。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种模拟泥水工况的双浮动密封试验装置，其特征在于：以外筒体(21)的轴线为对称轴，所述介质入口(14a)与介质出口(14b)轴对称的分布在外筒体(21)的筒壁上。
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