CN114486083A - 高速机械密封性能综合测试试验台 - Google Patents

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CN114486083A CN202111645682.8A CN202111645682A CN114486083A CN 114486083 A CN114486083 A CN 114486083A CN 202111645682 A CN202111645682 A CN 202111645682A CN 114486083 A CN114486083 A CN 114486083A
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陈润霖
唐杰
刘佳鑫
王建磊
崔亚辉
张延超
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01M13/00—Testing of machine parts

Abstract

本发明公开了高速机械密封性能综合测试试验台，解决了现有高速机械密封性能测试试验台由于测试指标单一而导致的劳动量及资金投入大的问题，本试验台结构简单，操作方便，与计算机的软硬件结合可以实现对试验台的编程式控制，并且采用模块化设计，便于装配及后期检修，同时具有一定的可重构性，大幅减轻了研究人员的劳动量及资金的投入，因此，该实验台具有一定的经济效益，为研究高速机械密封的密封性能提供了新型硬件支持。

Description

高速机械密封性能综合测试试验台
技术领域
本发明属于高速机械密封设备技术领域，涉及高速机械密封性能综合测试试验台。
背景技术
机械密封是指由至少一对垂直于旋转轴线端面在流体压力和补偿机构弹力(或磁力)的作用下以及辅助密封的配合下保持接触且相对滑动所构成的防止流体泄漏的装置，作为旋转设备中必不可少的密封装置，相较于普通的密封形式，其因结构可靠、泄漏量小、使用寿命长、功率消耗小等特点，而被广泛应用于泵、压缩机、搅拌器、离心机和过滤机等化工机械和动力机械设备中，但是在高转速工况下，由于设备线速度过大，会导致机械密封的零部件发生损坏，从而其密封性能会受到很大影响，甚至会产生介质泄漏的现象。针对此类现象，国内外学者设计了不同的试验台结构用于对高转速工况下机械密封的密封性能进行相关研究，然而现存的高速机械密封试验台往往局限于某一研究特性，根据研究内容的不同所设计的试验台结构也各不相同，这在一定程度上会增加研究人员的劳动量以及资金的投入。
发明内容
本发明的目的是提供高速机械密封性能综合测试试验台，解决了现有高速机械密封性能测试试验台局限于某一研究特性，而导致研究人员劳动量增加及资金投入的问题。
本发明所采用的技术方案是，高速机械密封性能综合测试试验台，包括提供转动动力的动力模块，动力模块连接转子，转子外通过角接触球轴承连接轴承座，轴承座连接底座，轴承座连接法兰盖，转子延伸至法兰盖内的部分固定套接轴套b，轴套b上固定连接动环，法兰盖另一端连接静环压盖，静环压盖朝向法兰盖的一面通过弹性组件连接静环，静环与动环接触连接形成密封端面，静环压盖与法兰盖之间还连接调整垫片c，静环压盖连接导线圈，导线圈连接加载模块，还包括连接在转子和加载模块上的测试模块。
本发明的特点还在于：
动力模块包括低速电机，低速电机连接变频器，低速电机输出端通过弹性套柱销联轴器连接增速箱，增速箱通过梅花型弹性联轴器连接转子，低速电机、增速箱均通过螺栓a连接底板，底座通过螺栓h连接底板。
转子靠近动力模块的一端套接端盖，端盖与轴承座之间设置调整垫片a，端盖、调整垫片a、轴承座通过螺栓d连接。
端盖与转子之间连接旋转唇形密封圈。
静环压盖、调整垫片c、法兰盖通过螺栓f连接。
轴承座与法兰盖通过螺栓e连接。
轴承座与法兰盖之间设置调整垫片b。
弹性组件包括连接静环一面的弹簧，弹簧连接定位销一端，定位销另一端连接静环压盖。
动环朝向静环的一面开设环形沟槽。
测试模块包括转速传感器、扭矩传感器、温度传感器、压力传感器、位移传感器及量杯，转速传感器、扭矩传感器均连接转子，所述温度传感器、压力传感器、位移传感器均连接静环压盖，量杯连接底座。
本发明的有益效果是：
本发明高速机械密封性能综合测试试验台，由低速调频电机及增速箱的共同作用作为试验台的动力源，可以满足不同机械密封性能测试实验的转速要求；测试模块可根据具体的实验要求进行传感器的选型及其合理布局，具有一定的可重构性，通过试验台各个模块的配合作用，解决了现有高速机械密封性能测试试验台监测指标单一的问题，为研究机械密封在高速工况下的密封性能测试实验提供了新型的硬件设备支持；
本发明综合测试试验台还具有结构简单，便于装配及后期维修，可结合计算机实现优化控制，便于各项指标的实时监测及数据处理，大幅减轻了研究人员的劳动强度，且零件材料采用常规加工材料，成本低，对于重要的零部件利用其他结构避免其发生严重磨损，便于节约成本，提高试验台的稳定性及其使用寿命，减少研究资金的投入的优点。
附图说明
图1为本发明高速机械密封性能综合测试试验台外观结构示意图；
图2为本发明中动力模块的结构示意图；
图3是本发明中密封模块转子系统的结构示意图；
图4是本发明中密封模块机械密封系统的结构示意图；
图5是本发明中法兰盖的结构示意图；
图6是本发明中静环压盖的结构示意图；
图7是本发明中静环压盖与导线圈连接位置结构图；
图8是本发明中测试模块的结构示意图。
图中，1.低速电机，2.弹性套柱销联轴器，3.增速箱，4.梅花型弹性联轴器，5.螺栓a，6.底板，7.变频器，8.螺栓b，9.螺栓c，10.转子，11.螺栓d，12.端盖，13.调整垫片a，14.旋转唇形密封圈，15.角接触球轴承，16.轴套a，17.轴承座，18.螺栓e，19.调整垫片b，20.法兰盖，21.轴套b，22.动环，23.静环，24.静环压盖，25.螺栓f，26.径向锁紧螺母，27.定位销，28.调整垫片c，29.弹簧，30.O型密封圈，31.螺栓g，32.导线圈，33.底座，34.螺栓h，35.温度传感器，36.压力传感器，37.位移传感器，38.扭矩传感器，39.转速传感器，40.量杯。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明高速机械密封性能综合测试试验台，如图1所示，包括动力模块、密封模块、测试模块。
动力模块如图2所示，包括低速电机1，低速电机1连接变频器7，利用变频器7对低速电机1的转速进行调节，低速电机1输出端通过弹性套柱销联轴器2连接增速箱3，由低速电机1及增速箱3的共同作用作为试验台的动力源，可以满足不同机械密封性能测试实验的转速要求，增速箱3通过梅花型弹性联轴器4连接转子10，梅花型弹性联轴器4与转子10均采用键连接方式，低速电机1、增速箱3均通过螺栓a5连接底板6，底座33通过螺栓h34连接底板6，低速电机1通过螺栓c9连接底板6上，变频器7通过螺栓b8连接在底板6上。采用变频器7对低速电机1转速进行调节，可以实现低速电机1的软启动及软停止，从而起到过载保护的作用，并且调速范围大、性价比高；采用传统传动机构增速箱3，达到实验转速要求，这种方式较高速电机直接驱动，具有性价比高、使用寿命长、传动平稳等优点；采用弹性套柱销联轴器4连接低速传动，结构简单，安装方便，具有一定的缓冲和吸振能力；采用梅花型弹性联轴器4连接高速传动，工作稳定可靠、无需润滑、可长期使用。
密封模块如图3及图4所示，包括转子系统(如图3所示)及机械密封系统(如图4所示)，其中转子系统包括通过键连接梅花型弹性联轴器4的转子10，转子10外通过角接触球轴承15连接轴承座17，轴承座17连接底座33，角接触球轴承15对转子10具有支撑作用，以便于转子10能够保持沿水平方向，转子10靠近动力模块的一端套接端盖12，端盖12与角接触球轴承15之间连接轴套a16，轴套a16及端盖12能够对角接触球轴承15位置进行限定，端盖12与转子10之间连接旋转唇形密封圈14，端盖12与轴承座17之间设置调整垫片a13，端盖12、调整垫片a13、轴承座17通过螺栓d11连接，转子系统部分密封性较好，能够有效减少转子系统对密封腔指标监测的干扰因素；机械密封系统包括连接轴承座17的法兰盖20，转子10延伸至法兰盖20的部分固定套接的轴套b21，法兰盖20结构如图5所示，连接时将有挡板的一侧与轴承座17连接，另一端连接静环压盖24，静压环盖24结构如图6所示，在法兰盖20能形成密闭空间。轴套b21通过锁紧螺母26连接在转子10上，可以保证轴套b21及动环22随转子10转动时不发生轴向窜动，轴套b21上通过螺栓g31连接动环22，还包括末端穿过转子10的静环压盖24，静环压盖24朝向动环22的一面通过定位销27连接弹簧29，弹簧29接触连接静环23，静环23与动环22接触连接形成密封端面，静环压盖24、调整垫片c28、法兰盖20通过螺栓f25连接，轴承座17与法兰盖20之间设置调整垫片b19，并通过螺栓e18连接，如图7所示，静环压盖24连接导线圈32，导线圈32采用排式缠绕的方式进行排列，不易发生窜动，使试验台的结构更为紧凑，导线圈32连接电磁加载模块，同时，转子10与轴套b21之间、轴套b21与动环22之间、静环23与静环压盖24之间、静环压盖24与法兰盖20之间均固定有尺寸不一的O型密封圈30；同时将转子系统与机械密封系统作为两个单独部分分别进行结构设计，便于试验台的装配及后期维修，可以有效减少转子系统对密封腔指标监测的干扰因素，测试模块可根据具体的实验要求进行传感器的选型及其合理布局，具有一定的可重构性，通过试验台各个模块的配合作用，解决了现有高速机械密封性能测试试验台监测指标单一的问题，为研究机械密封在高速工况下的密封性能测试实验提供了新型的硬件设备支持；还包括连接在转子10和电磁加载模块上的测试模块。
其中，利用轴套b21可以有效减少动环22与转子10之间的摩擦，从而提高动环22的使用寿命。
通过弹簧29的共同作用，可以减少离心力对静环23的影响，从而保证动环22与静环23密封端面比压稳定。
动环22朝向静环23的一面开设环形沟槽，有利于形成流体动压效应，从而保证机械密封的密封效果。
电磁加载模块采用了电磁加载方式，实现对静环23轴向位移量的加载，电磁加载方式即通过调节导线圈32的电流大小，从而改变电流产生的电磁场力大小，实现加载力的变化，从而通过监测静环23轴向位移的变化计算出动环22与静环23之间液膜刚度的变化；主要包括铁芯、导线圈32及受力盘，此处，铁芯即静环压盖24，受力盘即静环23，其中，导线圈21内嵌在静环压盖24中，静环压盖24的端面与静环23端面保持一定的间隙。
如图8所示，测试模块包括转速传感器39、扭矩传感器38、温度传感器35、压力传感器36、位移传感器37及量杯40。测试模块主要包括六项测试指标：转子转速、转子扭矩、密封腔的压力、温度、泄漏量及动静环之间的液膜刚度，根据不同具体的实验要求，可选取不同规格的传感器，其中，转速传感器39、扭矩传感器38与转子10伸出端连接，用于监测转子的工作状态，温度传感器35、压力传感器36、位移传感器37与静环压盖24连接，用于监测密封腔的工作状态，量杯40与底座33相连接，用于监测机械密封的泄漏量，合理布置传感器的位置布局，从而实现对各项监测数据的实时监测。
本发明高速机械密封性能综合测试试验台使用方法为：
使用时，调节导线圈32的电流大小，从而改变电流产生的电磁场力大小，调节静环压盖24上加载力的大小，开启低速电机1，低速电机1输出端转动带动弹性套柱销联轴器2、增速箱3、梅花型弹性联轴器4、转子10转动，与转子10相对固定的动环22同时转动，由于静环23固定连接在静止的静环压盖24上，因此，动环22能够相对静环23高速转动，由于静环23上受到静环压盖24施加的加载力，使动环22转动时能够始终与静环23形成密封端面，在动环22相对静环23转动过程中，通过测试模块采集六项测试指标：转子转速、转子扭矩、密封腔的压力、温度、泄漏量及动静环之间的液膜刚度，以便于工作人员根据不同具体的实验要求选取不同规格的传感器，并合理布置传感器的位置布局，从而实现对各项监测数据的实时监测。

Claims (10)

1.高速机械密封性能综合测试试验台，其特征在于，包括提供转动动力的动力模块，所述动力模块连接转子(10)，所述转子(10)外通过角接触球轴承(15)连接轴承座(17)，轴承座(17)连接底座(33)，所述轴承座(17)连接法兰盖(20)，所述转子(10)延伸至法兰盖(20)内的部分固定套接轴套b(21)，所述轴套b(21)上固定连接动环(22)，所述法兰盖(20)另一端连接静环压盖(24)，所述静环压盖(24)朝向法兰盖(20)的一面通过弹性组件连接静环(23)，所述静环(23)与动环(22)接触连接形成密封端面，所述静环压盖(24)与法兰盖(20)之间还连接调整垫片c(28)，所述静环压盖(24)连接导线圈(32)，导线圈(32)连接电磁加载模块，还包括连接在转子(10)和电磁加载模块上的测试模块。
2.根据权利要求1所述高速机械密封性能综合测试试验台，其特征在于，所述动力模块包括低速电机(1)，所述低速电机(1)连接变频器(7)，所述低速电机(1)输出端通过弹性套柱销联轴器(2)连接增速箱(3)，所述增速箱(3)通过梅花型弹性联轴器(4)连接转子(10)，所述低速电机(1)、增速箱(3)均通过螺栓a(5)连接底板(6)，所述底座(33)通过螺栓h(34)连接底板(6)。
3.根据权利要求1所述高速机械密封性能综合测试试验台，其特征在于，所述转子(10)靠近动力模块的一端套接端盖(12)，所述端盖(12)与轴承座(17)之间设置调整垫片a(13)，所述端盖(12)、调整垫片a(13)、轴承座(17)通过螺栓d(11)连接。
4.根据权利要求3所述高速机械密封性能综合测试试验台，其特征在于，所述端盖(12)与转子(10)之间连接旋转唇形密封圈(14)。
5.根据权利要求1所述高速机械密封性能综合测试试验台，其特征在于，所述静环压盖(24)、调整垫片c(28)、法兰盖(20)通过螺栓f(25)连接。
6.根据权利要求1所述高速机械密封性能综合测试试验台，其特征在于，所述轴承座(17)与法兰盖(20)通过螺栓e(18)连接。
7.根据权利要求1所述高速机械密封性能综合测试试验台，其特征在于，所述轴承座(17)与法兰盖(20)之间设置调整垫片b(19)。
8.根据权利要求1所述高速机械密封性能综合测试试验台，其特征在于，所述弹性组件包括连接静环(23)一面的弹簧(29)，所述弹簧(29)连接定位销(27)一端，所述定位销(27)另一端连接静环压盖(24)。
9.根据权利要求1所述高速机械密封性能综合测试试验台，其特征在于，所述动环(22)朝向静环(23)的一面开设环形沟槽。
10.根据权利要求1所述高速机械密封性能综合测试试验台，其特征在于，所述测试模块包括转速传感器(39)、扭矩传感器(38)、温度传感器(35)、压力传感器(36)、位移传感器(37)及量杯(40)，所述转速传感器(39)、扭矩传感器(38)均连接转子(10)，所述温度传感器(35)、压力传感器(36)、位移传感器(37)均连接静环压盖(24)，所述量杯(40)连接底座(33)。
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