CN203858108U - 水润滑橡胶尾轴承与机械密封性能试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型水润滑橡胶尾轴承与机械密封性能试验装置是一种将后尾轴承（6）与机械密封耦合，能在一个实验台上同时做水润滑橡胶尾轴承和机械密封性能试验的装置，其包括驱动机构、机械密封、加载机构（5）、比压调节机构、供水机构，所述驱动机构位于实验台左端；加载机构（5）位于后尾轴承前面；供水机构单独布置在试验台旁边，高压水管（25）连接在高压水缸（8）上；机械密封安装在尾轴（4）末端；比压调节机构装于高压水缸末端。本实用新型操作简单，易于实现，而且精确可靠，可同时对水润滑橡胶尾轴承和尾轴机械密封进行不同航速、航向、潜深、水质和水温等复杂工况耦合实验，而且在改变水压的同时，不会在尾轴上产生任何轴向力。

Description

水润滑橡胶尾轴承与机械密封性能试验装置

技术领域

本实用新型涉及模拟试验装置，具体涉及一种水下航行器水润滑橡胶尾轴承以及尾轴机械密封的性能试验装置。 

技术背景

水下航行器的尾轴机械密封和尾轴承都属于关键部件，机械密封的密封性能直接关系到航行器航行安全性，当航行器在水下不同深度航行时，其尾轴机械密封处承受的水压力是变化的，密封端面的比压也不相同，其磨损及密封性能可能也不相同；航行器在水下操纵过程中，尾轴承的载荷发生改变，其润滑性能会受到影响。为模拟研究在变航速、航向、潜深、水质、水温等复杂工况耦合下的尾轴机械密封的密封性能和尾轴承润滑性能，设计了一种水下航行器尾轴机械密封与水润滑橡胶尾轴承综合性能试验装置，该装置能模拟航行器在不同水质、水深、航速及转向等复杂工况的耦合时，对尾轴机械密封和水润滑橡胶尾轴承进行性能实验。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种实验装置，该装置可以同时对水润滑橡胶尾轴承和尾轴机械密封做复杂工况耦合情况下的实验研究。 

本实用新型解决其技术问题采用以下的方案： 

本实用新型提供的水润滑橡胶尾轴承与机械密封性能试验装置，是一种将后尾轴承与机械密封耦合，能在一个实验台上同时做水润滑橡胶尾轴承和机械密封性能试验的装置，该装置包括驱动机构、机械密封、加载机构、比压调节机构、供水机构，所述驱动机构位于实验台左端；加载机构位于后尾轴承前面；供水机构单独布置在试验台旁边，高压水管连接在高压水缸上；机械密封安装在尾轴末端；比压调节机构安装于高压水缸末端。 

所述加载机构可以包括溢流阀、滚动轴承、竖直方向加载油缸、水平方向加载油缸、电液伺服阀，以及安置在试验台旁边的液压油泵、油箱和电机；所述竖直方向加载油缸、水平方向加载油缸，其一端与地面导轨上的托架铰接，其活塞杆与安装滚动轴承的滚动轴承座铰接，每个加载油缸都连接有两根加载高压油管；溢流阀安装在液压油泵的回油管上。 

所述比压调节机构可以包括液压油缸、压力表、放气螺钉、手动液压油泵，其中液压油缸通过液压油管与手动液压油泵相连，压力表与放气螺钉共用一个三通接头，该接头装在液压油缸的右端面上。 

所述的液压油缸，其活塞的外端面上可以开有安装O型密封环的槽，槽里安装一个O型密封圈。 

所述供水机构可以包含驱动电机、高压水泵、水箱、高压水缸，其中：驱动电机与高压水泵通过联轴器连接，高压水泵的吸口直接接在水箱底部，高压水泵的排出口通过高压水管与 高压水缸连接，高压水管与水箱之间安装有回水管，回水管上装有溢流阀。 

所述机械密封可以由动环座、动环、静环、静环座组成，所述动环和静环分别镶嵌在动环座和静环座端面，动环座套在尾轴末端的轴套上，静环座套在高压水缸内。静环座的外圆柱面和动环座的内圆柱面上均开有安装O型密封圈的槽。静环座右端面凸台上开有两个定位槽，与高压水缸右端法兰上的定位销钉配合，防止静环座转动。所述静环和静环座上均开有用于安装测量探头的孔。所述静环与动环的密封面均是平面或球面。 

所述高压水缸两端法兰上都可以有定位凸台，与后尾轴承和比压调节机构的液压油缸法兰上的凹槽一起配合定位，保证后尾轴承、高压水缸和液压油缸中心线同轴。 

所述驱动机构可以为变频电机，其电机轴和尾轴通过联轴器连接中间轴，在中间轴上装有转矩转速仪，尾轴贯穿前尾轴承、加载机构和后尾轴承。 

所述变频电机、转速转矩仪、前尾轴承、加载机构和后尾轴承自左向右依次排列，并且通过各自的支座均用螺栓紧固在地面导轨上。 

所述高压水缸的底部可以安装有接漏瓶。 

本实用新型与现有的技术相比，其优点主要是：可同时对水润滑橡胶尾轴承和尾轴机械密封进行不同航速、航向、潜深、水质和水温等复杂工况耦合实验，而且在改变水压的同时，不会在尾轴上产生任何轴向力。用液压机构调节机械密封端面比压，操作简单，易于实现，而且精确可靠。 

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。 

图2为图1加载装置的结构示意图。 

图3为后尾轴承、机械密封、高压水缸、比压调节机构组合示意图。 

图中：1.变频电机；2.转矩转速仪；3.前尾轴承；4.尾轴；5.加载机构；6.后尾轴承；7.液压油泵；8.高压水缸；9.动环座；10.动环；11.静环；12.静环座；13.液压油缸；14.活塞；15.液压油管；16.压力表；17.放气螺钉；18.手动液压泵；19.水箱；20.油箱；21.溢流阀；22.溢流阀；23.高压水泵；24.驱动电机；25.高压水管；26.接漏瓶；27.滚动轴承；28.竖直方向加载油缸；29.加载高压油管；30.水平方向加载油缸；31.螺栓；32.地面导轨；34.液压油管接头；35.定位凸台；36～39.O型密封圈；40.定位销钉；41.回油管；42回油管；43.滚动轴承座；44.托架；45.回水管；46.电液伺服阀；47.电机；48.中间轴；49.活塞杆；50.活塞杆。 

具体实施方案

本实用新型使用变频电机作为尾轴的驱动电机，通过加载机构改变水润滑橡胶尾轴承的载荷；通过高压油泵向高压水腔提供高压水，溢流阀调节高压水腔内压力；通过高压水桶右侧液压油缸调节机械密封端面比压。 

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。 

本实用新型提供的水下航行器水润滑橡胶尾轴承与尾轴的密封性能试验装置，其结构如图1 所示，主要由驱动机构、机械密封、比压调节机构、供水机构和加载机构组成，其中：驱动机构位于试验台左端，转矩转速仪2在驱动机构后面；加载机构5位于后尾轴承6前面；供水机构单独布置在试验台旁边，高压水管25连接在高压水缸上；机械密封安装在尾轴4末端；比压调节机构安装于高压水缸8末端。 

在本实验装置组装时，参见图1和图2，变频电机1、转速转矩仪2、前尾轴承3、加载机构5和后尾轴承6自左向右依次排列，并且通过各自的支座均用螺栓紧固在地面导轨32上，可通过垫块调整高度。中间轴48通过联轴器连接变频电机1的电机轴和尾轴4。转矩转速仪2装在中间轴48上。尾轴4贯穿前尾轴承3、加载机构5和后尾轴承6。高压水缸8安装在后尾轴承6的后端，高压水缸8的底部安装有接漏瓶26，后尾轴承6的后端面上有用于安装O型密封圈36的槽。 

所述驱动机构为变频电机1，其转速可以在150～1500r/min内任意调节。 

所述机械密封由动环座9、动环10、静环11与静环座12组成，其按照下列先后顺序依次安装在尾轴4的末端：动环10和静环11分别镶嵌在动环座9和静环座12端面，动环座9套在尾轴末端的轴套上，静环座12的外圆柱面和动环座9的内圆柱面上开有槽，用于安装O型密封圈38、39，静环座12套在高压水缸8内，静环座12右端面凸台上开有两个定位槽，与高压水缸右端法兰上的定位销钉40配合，防止静环座12转动。静环11和静环座12上开有用于安装测量探头的孔；高压水缸8两端法兰上都有定位凸台35，与后尾轴承6和比压调节机构的液压油缸13法兰上的凹槽一起配合定位，保证后尾轴承6、高压水缸8和液压油缸13中心线同轴。液压油缸13内部有活塞14，活塞外面有用于安装O型密封环37的槽，液压油缸13端面安装有一个三通接头和一个液压管接头34，三通接头上安装有压力表16和放气螺钉17，液压油管接头34与液压油管15相连，液压油管15另一端连接手动液压泵18。液压油缸13安装之前，首先将缸内空气通过放气螺钉17排放干净，液压油缸13安装好之后，通过手动液压泵18将缸内压力升至0.3MPa，对机械密封进行预紧。 

所述比压调节机构置于高压水缸8的末端，包括液压油缸13、活塞14、压力表16、放气螺钉17、手动液压油泵18，其中：液压油缸13通过液压油管15与手动液压油泵18相连，压力表16与放气螺钉17共用一个接头，该接头装在液压油缸13的右端面上。 

所述静环座12可轴向移动，从而带动静环11一起轴向移动，改变静环11与动环10密封面的比压。静环座12轴向移动所需的外力来自于安装在高压水缸末端的比压调节机构，该机构液压油缸13内的油压力可以通过手动液压泵18调整，从而改变活塞14对静环座12的推力。推力的大小等于油压力乘以活塞端面积，而机械密封端面的比压等于推力除以动环与静环密封面的面积。 

所述供水机构安装在实验台旁边，包含驱动电机24、高压水泵23、溢流阀22、水箱19。水箱19里的水质(含沙量)可以调整，调节溢流阀22可以设定高压水缸8内水压，保证水压在0～6MPa内任一值。电机24与高压水泵23通过联轴器连接，高压水泵23的吸口直接接 在水箱19底部，高压水泵23的排出口通过高压水管25与高压水缸8连接，向高压水缸8提供不同压力与温度的水。高压水管25与水箱19之间安装有回水管45，回水管45上安装有溢流阀22，可用于调整高压水缸8内压力。 

所述加载机构5位于后尾轴承6的前面。该加载机构包括液压油泵7、油箱20、溢流阀21、滚动轴承27、滚动轴承座43、竖直方向加载油缸28、水平方向加载油缸30、托架44、电液伺服阀46和电机47，其中：电机47、液压油泵7、油箱20安置在试验台旁边。竖直方向加载油缸28、水平方向加载油缸30分别放置在竖直方向和水平方向，每个加载油缸上都有两根加载高压油管29。滚动轴承27装在滚动轴承座43内。竖直方向加载油缸28和水平方向加载油缸30的一端均与托架44铰接，而竖直方向加载油缸28的活塞杆49和水平方向加载油缸30的活塞杆50均与滚动轴承座43铰接，可以改变后尾轴承6在竖直方向和水平方向的载荷，逼真地模拟水下航行器后尾轴承的受力状况。托架44通过螺栓31紧固在地面导轨32上。液压加载由电机47提供机械能，通过液压油泵7将机械能转化为压力能，向液压系统提供压力油，通过电液伺服阀46改变液压油的流向，从而推动液压缸动作并改变运动方向，溢流阀21安装在液压油泵7的回油管42，用于调节进入水平方向加载油缸30的油压，实现对后尾轴承的水平方向加载，竖直方向加载油缸28的加载机构与水平方向相同，图2中省略。通过计算机处理，不仅能实现静态加载，还可以实现自定义的交变载荷谱加载。 

实验前根据要求调配水箱19内的水质和水温，使水的含沙量和温度符合实验要求，然后将溢流阀22开启压力调到1bar，启动高压水泵23，同时打开后尾轴承和高压水缸顶部的放气螺钉17，直至有水渗出时关闭该放气螺钉。 

本实用新型提供的实验装置中，其机械密封端面比压通过液压机构调节，操作简便，不同于传统方法使用弹簧调节比压；加载机构放置于后尾轴承前，不仅能实现静态加载，而且能实现自定义的交变载荷谱加载；能在同一个实验台上同时做水润滑橡胶尾轴承和机械密封性能实验研究。 

本实用新型的工作过程如下： 

首先启动高压水泵23，根据实验要求设定溢流阀22，维持高压水腔内部有一定水压，启动液压油泵7，保证加载机构5的液压油在该系统循环，然后启动变频电机1，根据实验要求设定转速；待尾轴4的转速稳定后即可开始实验，实验内容包含两个部分： 

(1)水润滑橡胶尾轴承实验 

实验时，操作与水平方向加载油缸30相连的电液伺服阀46可以改变该油缸内的油压，从而改变后尾轴承的水平方向载荷。同理，操作与竖直方向加载油缸28相连的电液伺服阀(图2中没有画出)可以改变后尾轴承竖直方向载荷，通过在计算机中输入相应预设载荷谱，可以同时控制两个电液伺服阀的动作，实现尾轴承交变载荷加载，而安装在尾轴承底部的温度和压力传感器可以记录实验过程中尾轴承内表面润滑水膜的温度及压力与轴承载荷之间的关系。 

(2)机械密封实验 

实验时，通过手动液压泵18调节液压油缸13内的压力，从而改变活塞14对机械密封静环座12向左作用力，改变机械密封静环11与动环10密封端面的比压，安装在静环11上的温度、压力和位移传感器可以记录实验过程中静环11与动环10密封端面的润滑水膜的温度、压力和膜厚与端面比压之间的关系。实验过程中，可以改变变频电机1的转速、水箱19内的水温和含沙量、高压水缸8内的水压。 

重复以上对水润滑橡胶尾轴承和尾轴机械密封的实验，直至完成实验大纲要求的内容。 

Claims (10)

1.一种水润滑橡胶尾轴承与机械密封性能试验装置，其特征是一种将后尾轴承(6)与机械密封耦合，能在一个实验台上同时做水润滑橡胶尾轴承和机械密封性能试验的装置，该装置包括驱动机构、机械密封、加载机构(5)、比压调节机构、供水机构，所述驱动机构位于实验台左端；加载机构(5)位于后尾轴承(6)前面；供水机构单独布置在试验台旁边，高压水管(25)连接在高压水缸(8)上；机械密封安装在尾轴(4)末端；比压调节机构安装于高压水缸(8)末端。 

2.根据权利要求1所述的水润滑橡胶尾轴承与机械密封性能试验装置，其特征在于所述加载机构(5)包括溢流阀(21)、滚动轴承(27)、竖直方向加载油缸(28)、水平方向加载油缸(30)、电液伺服阀(46)，以及安置在试验台旁边的液压油泵(7)、油箱(20)和电机(47)；所述竖直方向加载油缸(28)、水平方向加载油缸(30)，其一端与地面导轨上的托架(44)铰接，其活塞杆与安装滚动轴承(27)的滚动轴承座(43)铰接，每个加载油缸都连接有两根加载高压油管(29)；溢流阀(21)安装在液压油泵(7)的回油管(42)上。 

3.根据权利要求1所述的水润滑橡胶尾轴承与机械密封性能试验装置，其特征在于所述比压调节机构包括液压油缸(13)、活塞(14)、压力表(16)、放气螺钉(17)、手动液压油泵(18)，液压油缸(13)通过液压油管接头(34)、液压油管(15)与手动液压油泵(18)相连，压力表(16)与放气螺钉(17)共用一个三通接头，该接头装在液压油缸(13)的右端面上。 

4.根据权利要求3所述的水润滑橡胶尾轴承与机械密封性能试验装置，其特征在于所述的液压油缸(13)，其活塞(14)的外端面上开有安装O型密封环的槽，槽里安装一个O型密封圈。 

5.根据权利要求1所述的水润滑橡胶尾轴承与机械密封性能试验装置，其特征在于所述供水机构包含驱动电机(24)、高压水泵(23)、水箱(19)、高压水缸(8)，驱动电机(24)与高压水泵(23)通过联轴器连接，高压水泵(23)的吸口直接接在水箱(19)底部，高压水泵(23)的排出口通过高压水管(25)与高压水缸(8)连接，高压水管(25)与水箱(19)之间安装有回水管(45)，回水管(45)上装有溢流阀。 

6.根据权利要求1所述的水润滑橡胶尾轴承与机械密封性能试验装置，其特征在于所述机械密封由动环座(9)、动环(10)、静环(11)、静环座(12)组成，所述动环(10)和静环(11)分别镶嵌在动环座(9)和静环座(12)端面，动环座(9)套在尾轴(4)末端的轴套上，静环座(12)套在高压水缸(8)内，静环座(12)的外圆柱面和动环座(9)的内圆柱面上均开有安装O型密封圈的槽，静环座(12)右端面凸台上开有两个定位槽，与高压水缸右端法兰上的定位销钉配合，防止静环座(12)转动；所述静环(11)和静环座(12)上均开有用于安装测量探头的孔；所述静环(11)与动环(10)的密封面均是平面或球面。 

7.根据权利要求6所述的水润滑橡胶尾轴承与机械密封性能试验装置，其特征在于所述高压水缸(8)两端法兰上都有定位凸台(35)，与后尾轴承(6)和比压调节机构的 液压油缸(13)法兰上的凹槽一起配合定位，保证后尾轴承(6)、高压水缸(8)和液压油缸(13)中心线同轴。 

8.根据权利要求1所述的水润滑橡胶尾轴承与机械密封性能试验装置，其特征在于所述驱动机构为变频电机(1)，其电机轴和尾轴(4)通过联轴器连接中间轴(48)，在中间轴(48)上装有转矩转速仪(2)，尾轴(4)贯穿前尾轴承(3)、加载机构(5)和后尾轴承(6)。 

9.根据权利要求8所述的水润滑橡胶尾轴承与机械密封性能试验装置，其特征在于所述变频电机(1)、转速转矩仪(2)、前尾轴承(3)、加载机构(5)和后尾轴承(6)自左向右依次排列，并且通过各自的支座均用螺栓紧固在地面导轨(32)上。 

10.根据权利要求1所述的水润滑橡胶尾轴承与机械密封性能试验装置，其特征在于所述高压水缸(8)的底部安装有接漏瓶(26)。