CN204988696U - 一种多工况机械密封性能实验装置测控系统 - Google Patents

Abstract

一种多工况机械密封性能实验装置测控系统，主要由转矩转速传感器、密封端面间隙传感器、密封泄漏量传感器、密封端面温度传感器、密封端面流体膜压力传感器、转矩转速显示仪、端子板、数据采集卡、计算机、通讯转换器、变频器、电动调节阀组成，其特征是：所述转矩转速传感器通过转矩转速显示仪与端子板输入端相连接，所述端子板通过数据线与数据采集卡相连接，数据采集卡连接至计算机，所述电动调节阀由计算机通过数据采集卡及端子板发送的输出信号进行控制。可以方便地实现机械密封模拟工况的调节，实现计算机自动数据采集处理，解决现有流体机械用机械密封实验过程中存在的模拟工况变化频繁，需测试的密封性能参数多样、测试方法有限等问题。

Description

一种多工况机械密封性能实验装置测控系统

技术领域

本实用新型涉及一种机械密封性能实验装置测控系统，特别涉及一种可进行多工况机械密封性能实验的测控系统，属于流体动密封实验技术领域。

背景技术

机械密封作为一种关键通用机械零部件，具有密封效果优良、摩擦损耗小、稳定性强等突出优点，自实用新型以来被广泛地应用在各行业机械设备的旋转轴密封中。机械密封的实验研究，作为阐明密封机理、改进密封性能的重要手段，一直以来备受科研工作者关注。

机械密封的试验技术主要包括两个方面，第一，创造各种模拟试验条件；第二，测量各种参数。机械密封各种模拟实验条件的创造可通过设置提供密封流体、缓冲或阻塞流体的辅助系统实现。而机械密封实验装置的测控系统作为机械密封实验装置的重要组成部分，其设计从一定程度上反映了实验装置的先进性。

此外，各种密封变工况模拟试验条件，如密封流体、缓冲或阻塞流体温度、压力的改变，密封实验转速的改变，需要机械密封实验装置配备自动化程度较高的测控系统。而且，构建机械密封实验装置测控系统，可以减轻机械密封实验工作者的劳动强度；可以很方便地得到变工况实验条件下机械密封实验数据，为科研工作者深入研究机械密封运行状态参数、工作性能和使用寿命之间的关系提供方便。

本实用新型由转矩转速传感器、密封端面间隙传感器、密封泄漏量传感器、密封端面温度传感器、密封端面流体膜压力传感器、转矩转速显示仪、端子板、数据采集卡、计算机、通讯转换器、变频器、电动调节阀组成，可以方便地实现机械密封实验模拟工况的调节，可同时测量密封泄漏量、端面摩擦扭矩、端面温度、端面流体膜压力以及密封端面间隙等性能参数。

实用新型内容

为达到上述目的，本实用新型采取以下技术方案：

如图1所示，一种多工况机械密封性能实验装置测控系统由转矩转速传感器、密封端面间隙传感器、密封泄漏量传感器、密封端面温度传感器、密封端面流体膜压力传感器、转矩转速显示仪、端子板、数据采集卡、计算机、通讯转换器、变频器、电动调节阀组成，所述转矩转速传感器通过信号线连接转矩转速显示仪，转矩转速显示仪经信号线与端子板输入端相连接，所述密封端面间隙传感器、密封泄漏量传感器、密封端面温度传感器、密封端面流体膜压力传感器，通过信号线连接到端子板输入端，所述端子板输出端通过专用数据排线与数据采集卡相连接，数据采集卡插入计算机PCI插槽中以接入计算机，所述的电动调节阀由计算机的输出信号进行控制。

所述的密封端面间隙传感器为电涡流位移传感器、密封泄漏量传感器为称重传感器、密封端面温度传感器为热电偶、密封端面流体膜压力传感器为蓝宝石压力传感器。

所述的转矩转速传感器通过转矩转速显示仪与端子板输入端相连接，所述的端子板通过数据线与数据采集卡相连接，数据采集卡连接至计算机，所述的电动调节阀由计算机通过数据采集卡及端子板发送的输出信号进行控制。

所述的密封端面间隙传感器、密封端面温度传感器、密封端面流体膜压力传感器均可以为一个或者是多个，以实现密封静环不同半径处端面温度和压力分布，以及密封静环厚度方向温度分布的测试。所述电动调节阀可以通过调节密封辅助系统管路内流体流量实现密封在不同压力条件的模拟实验，可以通过调节载热流体的流量实现辅助系统流体温度的调节，模拟密封在不同温度条件的运行情况。

如图2所示，所述的密封端面间隙传感器、密封端面温度传感器、密封端面流体膜压力传感器均通过密封腔体压盖连接至密封静环。密封端面流体膜压力传感器通过引压管实现密封端面间流体膜压力的探测。为了不对密封端面间流场造成干扰，密封端面温度传感器安装在密封端面附近，而且不接触密封端面间流体。在密封动环内径镶嵌铜质圆环，在密封静环处设置铜质测标，通过电涡流位移传感器探测铜质圆环与铜质测标的相对距离，实现密封端面间间隙的测量。

如图3所示，密封端面温度传感器安装孔、密封端面流体膜压力传感器安装孔沿密封静环不同半径分布，以实现密封静环端面温度和压力的径向分布。

本实用新型具有以下有益效果：

1.整套系统可以方便地实现机械密封实验模拟工况的调节，自动化程度高；

2.可同时测量密封泄漏量、端面摩擦扭矩、端面温度、端面流体膜压力以及密封端面间隙等性能参数，具有测量控制精度高、可实现计算机自动数据采集处理等优点；

3.可以很方便地得到变工况实验条件下机械密封实验数据，为科研工作者深入研究机械密封运行状态参数、工作性能和使用寿命之间的关系提供方便。

附图说明

图1为机械密封实验装置测控系统总体图。

图2为测控系统传感器安装示意图。

图3为测控系统传感器安装左视图。

图4为实施例中循环油路辅助系统示意图。

图中：

1-1转矩转速传感器，1-2密封端面间隙传感器，1-3密封泄漏量传感器，1-4密封端面温度传感器，1-5密封端面流体膜压力传感器，1-6转矩转速显示仪，1-7端子板，1-8数据采集卡，1-9计算机，1-10通讯转换器，1-11变频器；

2-1密封腔体压盖，2-2引压管，2-3电涡流位移传感器1，2-4铜质圆环，2-5电涡流位移传感器2，2-6热电偶，2-7密封静环，2-8铜质测标，2-9密封动环；

3-1密封端面温度传感器安装孔，3-2密封端面流体膜压力传感器安装孔；

4-1冷却器，4-2油箱，4-3电动调节阀1，4-4齿轮泵，4-5稳压罐，4-6换热器，4-7电动调节阀2，4-8流量计。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本实用新型的具体实施方式：

如图1所示，通过在电机与轴承箱之间安装转速转矩传感器(1-1)实现机械密封实验装置主体转速和扭矩的测量，测量信号通过信号线传输至转速转矩显示仪(1-6)，经过端子板(1-7)传输至数据采集卡(1-8)，通过模数转换后在计算机(1-9)中实现显示和存储。在本实施例中，数据采集卡(1-8)选用美国国家仪器公司的PCI-6229数据采集卡，并配合两个接线盒-螺栓端子和两根屏蔽电缆。

密封泄漏量、端面温度、端面流体膜压力以及密封端面间隙性能参数通过称重传感器、热电偶(2-6)、蓝宝石压力传感器、电涡流位移传感器(2-3、2-5)进行非电信号至电信号的转换，各传感器的模拟电信号通过端子板(1-7)、数据采集卡(1-8)实现模拟信号至数字信号的转换后在计算机(1-9)中实现显示和存储。

密封实验主体部分的转速调节通过计算机(1-9)的RS232串行口连接通讯转换器(1-10)，在本实施例中采用RS232-RS485转换器实现计算机(1-9)与变频器(1-11)的连接，通过计算机(1-9)的操作即可实现密封实验主体的变转速调节。利用计算机(1-9)通过数据采集卡(1-8)及端子板(1-7)发出模拟输出信号，调节电动调节阀的开度，实现密封实验装置辅助系统流体压力和温度的调节。电动调节阀的数量根据辅助系统调节需求确定。

如图2所示，密封静环(2-7)与密封动环(2-9)构成机械密封的一对摩擦副，为了实现密封端面之间流体膜压力的测量，通过在密封静环上开设阶梯状的引压孔，设置引压管(2-2)，将蓝宝石压力传感器连接引压管(2-2)可实现流体膜压力的测量。为了在避免对密封端面间流体流场干扰的前提下实现密封端面间流体膜温度的测量，在密封静环(2-7)上开设盲孔埋设热电偶(2-6)实现流体膜温度的测量，在本实施例中，开设的盲孔距离静环(2-7)端面为1mm，在得到温度测量值后通过传热修正得到密封端面间流体膜的温度值。为了实现密封端面间流体膜厚度，即密封端面间间隙值的测量，在本实施例中，在密封动环(2-9)内径处镶嵌铜质圆环(2-4)，并且与动环(2-9)端面一起研磨平齐，在密封静环(2-7)内径处通过黏贴的方式设置半圆环状铜质测标(2-8)；在铜质圆环(2-4)前设置电涡流位移传感器1(2-3)，在铜质测标(2-8)前设置电涡流位移传感器2(2-5)，将电涡流位移传感器1(2-3)测得的位移值减去电涡流位移传感器2(2-5)测得的位移值，即可得到密封端面间间隙值。蓝宝石压力传感器的数量根据需要测量密封端面间流体膜压力点的数量确定，在本实施例中设置数量为四个。热电偶(2-6)的数量根据需要测量密封端面间流体膜温度的数量确定，在本实施例中设置数量为四个。电涡流位移传感器(2-3、2-5)、热电偶(2-6)、蓝宝石压力传感器均通过密封腔体压盖(2-1)与密封静环(2-7)相连接。

如图3所示，密封静环(2-7)端面上设置密封端面温度传感器安装孔(3-1)、密封端面流体膜压力传感器安装孔(3-2)，为了得到密封端面间流体膜温度、压力沿径向的分布情况，在本实施例中四个密封端面温度传感器安装孔(3-1)沿不同半径分布，周向每隔90°均匀分布，密封端面流体膜压力传感器安装孔(3-2)沿不同半径分布，周向每隔90°均匀分布。

如图4所示，在本实施例中，由冷却器(4-1)、油箱(4-2)、电动调节阀1(4-3)、齿轮泵(4-4)、稳压罐(4-5)、换热器(4-6)、电动调节阀2(4-7)、流量计(4-8)及管路附件构成机械密封实验装置油路辅助系统，电动调节阀1(4-3)设置在回流油路中，电动调节阀1(4-7)设置在载热流体管路中，电动调节阀(4-3、4-7)接收来自计算机(1-9)通过数据采集卡(1-8)及端子板(1-7)发送的输出信号实现其开度的调节，以达到辅助系统油路流量和温度调节的目的。此外，机械密封实验装置辅助系统的配备可根据具体使用情况设置，如设置水介质循环系统、空气介质系统等，其压力与温度的调节与所述的油路辅助系统调节相类似。

以上以举例方式对本实用新型进行了说明，但本实用新型不限于上述具体实施例，凡基于本实用新型所做的任何改动或变型均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种多工况机械密封性能实验装置测控系统，主要由转矩转速传感器(1-1)、密封端面间隙传感器(1-2)、密封泄漏量传感器(1-3)、密封端面温度传感器(1-4)、密封端面流体膜压力传感器(1-5)、转矩转速显示仪(1-6)、端子板(1-7)、数据采集卡(1-8)、计算机(1-9)、通讯转换器(1-10)、变频器(1-11)、电动调节阀组成，其特征是：所述转矩转速传感器(1-1)通过信号线连接转矩转速显示仪(1-6)，转矩转速显示仪(1-6)经信号线与端子板(1-7)输入端相连接，所述密封端面间隙传感器(1-2)、密封泄漏量传感器(1-3)、密封端面温度传感器(1-4)、密封端面流体膜压力传感器(1-5)，通过信号线连接到端子板(1-7)输入端，所述的端子板(1-7)输出端通过专用数据排线与数据采集卡(1-8)相连接，数据采集卡(1-8)插入计算机的PCI插槽中以接入计算机，所述电动调节阀由计算机的输出信号进行控制。

2.根据权利要求1所述的多工况机械密封性能实验装置测控系统，其特征是：所述密封端面间隙传感器(1-2)为电涡流位移传感器，所述密封泄漏量传感器(1-3)为称重传感器，所述密封端面温度传感器(1-4)为热电偶，所述密封端面流体膜压力传感器(1-5)为蓝宝石压力传感器。

3.根据权利要求1所述的多工况机械密封性能实验装置测控系统，其特征是：所述转矩转速传感器(1-1)通过转矩转速显示仪(1-6)与端子板(1-7)输入端相连接，所述的端子板(1-7)通过数据线与数据采集卡(1-8)相连接，数据采集卡(1-8)连接至计算机，所述的电动调节阀由计算机通过数据采集卡(1-8)及端子板(1-7)发送的输出信号进行控制。

4.根据权利要求2所述的多工况机械密封性能实验装置测控系统，其特征是：所述密封端面间隙传感器(1-2)、密封端面温度传感器(1-4)、密封端面流体膜压力传感器(1-5)，均可为一个或多个。

5.根据权利要求2所述的多工况机械密封性能实验装置测控系统，其特征是：所述密封端面间隙传感器(1-2)、密封端面温度传感器(1-4)、密封端面流体膜压力传感器(1-5)，均通过密封腔体压盖连接至密封静环。