CN212254507U - 一种低温动密封试验台 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种低温动密封试验台属于机械密封领域，是由介质增压单元、介质储存单元、介质供应调节单元、试验器、动力系统、传动系统和测控系统构成，所述的介质增压单元的输出管路连接介质储存单元，介质储存单元的输出管路经介质供应调节单元与试验器的介质入口连接，传动系统为试验器提供动力，有测控系统的电路分别联接至介质增压单元、介质储存单元、介质供应调节单元、试验器、动力系统和传动系统。本实用新型的一种低温动密封试验台，解决了现有试验台试验能力的不足问题，克服了动密封件在高压状态下派生轴向力对工艺轴承的影响；通过对气液两相流的流量检测方法的改进，精确测量了动密封的漏量，为动密封的研制与改进提供了准确的数据依据。

Description

一种低温动密封试验台

技术领域

本实用新型属于机械密封领域，尤其涉及一种低温动密封试验台。

背景技术

机械密封元件按照使用状态分为动密封和静密封两类，动密封分为往复式动密封和旋转式动密封两类，其中旋转式密封技术难度最高。旋转式动密封有：运动件与静止件直接接触的接触式动密封，简称端面密封；而两者不直接接触的非接触式动密封，简称浮动环密封；这两种密封主要用于高速旋转机械上使用，尤其是航空航天发动机涡轮泵及各种高速泵上使用。

动密封是旋转机械所用的必须元件，其性能优劣直接关系到整个旋转设备的工作状态，当密封出现故障时，会造成整个装置的破坏，严重者会导致重大事故，尤其是在航空航天、化工等行业领域，动密封是泵上的重要元件，国内外火箭灾难性的事故统计，因密封失效而导致的站1/3左右；化工行业的灾难性事故中动密封失效也占比较高的比例。在动密封结构设计上，密封压比、材料、摩擦系数、温度、介质特性、转速、泄漏量等各种参数，除了对成品进行几何尺寸检测外，必须通过台架运转试验检测加以验证，尤其是在航空航天发动机上，每一个动密封件必须在试验台架上检测合格后才能安装到发动机上。试验台架试验检测是将动密封件安装在试验台架上，提供一定的转速、载荷、润滑条件，运转一定的时间，模拟实际工况，检测密封在运转过程中的真实状态，以获得动密封的性能、寿命等核心指标。动密封试验台是动密封研制和验证过程中重要的检测设备。

现在国内外都有各种相关的密封试验检测试验台和检测方法，主要是常温试验状态居多，对于低温介质动密封试验台较少，因为它设计难度大，技术含量高，建设成本高。国内的有些航天单位建设的低温动密封试验台，主要存在试验压力偏低，不超过6MPa；对于更高压力的试验，其试验器结构设计不合理，轴承无法承受在介质高压力下密封产生的较大轴向力；尤其是以液氮为工作介质的动密封漏率检测，经常出现泄漏介质为气液两相流状态，泄漏量无法准确测量，无法给动密封的改进设计提供准确的试验数据，只得通过多次摸索性试验逐步验证，这不仅耽误了研制周期，又造成了大量的经济损失。

发明内容

本实用新型旨在于克服现有技术的不足，提供一种低温动密封试验台。

本实用新型的一种低温动密封试验台，是由介质增压单元、介质储存单元、介质供应调节单元、试验器、动力系统、传动系统和测控系统构成，所述的介质增压单元的输出管路连接介质储存单元，介质储存单元的输出管路经介质供应调节单元与试验器的介质入口连接，传动系统为试验器提供动力，有测控系统的电路分别联接至介质增压单元、介质储存单元、介质供应调节单元、试验器、动力系统和传动系统。

作为本实用新型的进一步改进，所述的试验器是由中间壳体的两端分别对称封闭了前壳体和后壳体构成，在前壳体和后壳体的外侧面均设有环形延伸部使其中间形成空腔，前端盖和后端盖分别与其对应的延伸部固定密封空腔；在中间壳体的中间设有向内凸起的环形卡台，变径主轴轴向穿过后端盖、后壳体和前壳体，后壳体和前壳体的内侧与变径主轴的接触面上设有轴承腔密封件、外侧的接触面上安装有轴承，后端盖与变径主轴的接触面上设有后端盖密封件；变径主轴对称的扩径段上套装了浮动环轴套，前密封件组件和后密封件组件分别压紧对应的浮动环并与环形卡台的两侧相固定；在中间壳体上有径向贯穿环形卡台的密封介质总入口连通至试验器，在前壳体和后壳体的延伸部上分别设有前轴承介质排出口和后轴承介质排出口；在前壳体和后壳体的轴承腔密封件和轴承之间有孔道连接其外壁固定的前轴承介质进口和后轴承介质进口；在环形卡台两侧的中间壳体上分别设有前密封泄漏口和后密封泄漏口。

作为本实用新型的进一步改进，所述的介质增压单元两条输出管路分别经减压器a和减压器b与介质储存单元的高压介质容器A和低压介质容器B的入口连接，高压介质容器A的出口管路经介质供应调节单元连接到试验器的密封介质总入口，前密封泄漏口和后密封泄漏口管路连接至气化器；低压介质管路经介质供应调节单元分别连接到试验器的前轴承介质进口和后轴承介质进口，轴承冷却介质从前轴承介质出口和后轴承介质出口排出。

作为本实用新型的进一步改进，在变径主轴上浮动环轴套由其外侧的压帽压紧固定。

作为本实用新型的进一步改进，在前端盖外壁上设有连通内腔的测温嘴。

作为本实用新型的进一步改进，所述的试验器是在壳体的轴线位贯穿了主轴，在主轴前端的缩径处套装了前轴承且嵌入壳体前端的环形卡台处，前轴承前端的主轴上依次套装有轴承压套和动环，动环压套压紧动环并与主轴螺纹紧固；静环组件与壳体的内壁固定、且其底部的密封环与动环的环面相抵；主轴的后端缩径处套装了后轴承并由压盖压紧，在壳体的前端由前端盖Ⅱ封闭，前端盖Ⅱ的外壁上设有连通内腔的密封泄漏口，壳体的后端由后端盖Ⅱ连接封闭，在壳体的前端的一侧壁上设有介质入口、其相对的另一侧壁上设有介质测压嘴，且均与其内腔相连通，在壳体的后端侧壁上设有连通内腔的介质出口。

作为本实用新型的进一步改进，所述的介质增压单元的输出管路经减压器a与介质储存单元的高压介质容器A入口连接，高压介质容器A的出口管路经介质供应调节单元连接到试验器的介质入口，密封泄漏口管路连接至气化器。

作为本实用新型的进一步改进，所述的静环组件与壳体内壁的接触面上设有垫片。

本实用新型的一种低温动密封试验台，可以实现浮动环动密封试验和端面密封试验，解决了以上低温密封试验台试验能力的不足问题，体现在：对适合不同结构密封件的试验器进行合理结构设计，克服了动密封件在高压状态下派生轴向力对工艺轴承的影响，最大可提供在15Mpa的环境下检测；通过对气液两相流的流量检测方法的改进，精确测量了动密封的漏量，为动密封的研制与改进提供了准确的数据依据，也节约了研制时间和研制成本。

附图说明

图1为本实用新型的系统组成流程图；

图2本实用新型的浮动环密封试验器结构示意图；

图3本实用新型的端面密封试验器结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本实用新型的一种低温动密封试验台，适用于浮动环密封试验，如图1、图2所示，是由介质增压单元1、介质储存单元2、介质供应调节单元3、试验器8、传动系统6、冷却润滑系统7、和测控系统5构成。所述的试验器是安装被试密封件的装置；传动系统6的输出轴与试验器的主轴用联轴器相连，为试验器主轴旋转提供动力，以高速变频电机或者普通变频电机拖动增速箱的传动方式，以实现试验转速要求；同时润滑系统7是为传动系统的高速电机或增速箱提供冷却润滑的设备，润滑系统通过油泵和进回油管路将润滑油输送到被润滑装置上，润滑油循环使用；介质供应系统是为试验器内的密封提供试验介质，和为试验器轴承提供冷却润滑介质；测量控制系统是对各分系统的测量参数数据进行采集和控制，是由传感器、数据采集器、计算机及其测控软件构成。介质容器用于储存工作介质，容器上安装有排气阀和安全阀，介质容器储存液氮，通过介质增压单元1向容器中充填气体将介质挤压出去，介质增压单元1包括增压气体的阀门、减压器、安全阀、管路、压力传感器等组成；介质供应调节单元3包括介质管路、阀门、流量计、压力与温度传感器等构成。

该试验台的试验器8固定在一个固定基座上，是由中间壳体202的两端分别对称安装封闭了前壳体203和后壳体204构成，在前壳体203和后壳体204的外侧面均设有环形延伸部使其中间形成空腔，前端盖211和后端盖213分别与其对应的延伸部固定密封空腔；在中间壳体202的中间设有向内凸起的环形卡台222，变径主轴201轴向穿过后端盖213、后壳体204和前壳体203，后壳体204和前壳体203的内侧与变径主轴201的接触面上设有轴承腔密封件210、外侧的接触面上安装有轴承209，后端盖213与变径主轴201的接触面上设有后端盖密封件214；中间壳体202内的变径主轴201对称的扩径段上套装了浮动环轴套207，压帽208压紧浮动环轴套207使其固定，在浮动环轴套207上分别安装了一组浮动环223，前密封件组件205和后密封件组件206分别压紧对应的浮动环223并与环形卡台222的两侧相固定；在中间壳体202上有径向贯穿环形卡台222的密封介质总入口215连通至试验器8，在前壳体203和后壳体204的延伸部上分别设有前轴承介质排出口220和后轴承介质排出口221与空腔连通；在前壳体203和后壳体204的轴承腔密封件210和轴承209之间有孔道224连接其外壁固定的前轴承介质进口218和后轴承介质进口219；在环形卡台222两侧的中间壳体202上分别设有前密封泄漏口216和后密封泄漏口217。前端盖211外壁上设有连通内腔的测温嘴212。

具体来说，介质增压单元1两条输出管路分别经减压器a和减压器b与介质储存单元2的高压介质容器A和低压介质容器B的入口连接，介质容器有两个组成，高压介质容器用于浮动环密封试验介质供应，低压介质容器用于工艺轴承冷却介质供应；高压介质容器A的出口管路经介质供应调节单元3连接到试验器8的密封介质总入口215，低压介质管路经介质供应调节单元3分别连接到试验器8的前轴承介质进口218和后轴承介质进口219，前密封泄漏口216和后密封泄漏口217管路连接至气化器。该试验器有一个密封介质入口，介质出口与浮动环数量对应。

该浮动环密封试验器，通过两组浮动环面对面安装的结构设计，在两密封之间进高压介质，两密封产生的轴向力平衡掉，使试验器轴承不受额外的轴向力，解决了轴承承载问题。通过密封泄漏口安装的气化器，有效的将气液两相流气化，并通过流量计进行精确测量。

如图2所示，本实用新型的一种低温动密封试验台浮动环密封试验器，它由主轴201 、轴承209、浮动环轴套207组成一个轴系；前密封件组件205和后密封件组件206对称安装在中间壳体202上，二者之间进试验介质，介质压力对密封环所产生的轴向力相互抵消；试验器壳8上安装有冷却介质前轴承介质进口218和后轴承介质进口219，以及冷却轴承后的前轴承介质排出口220和后轴承介质排出口221；试验器上设有密封介质总入口215，及前密封泄漏口216和后密封泄漏口217；浮动环组件用螺栓固定在试验器壳体上，浮动环密封轴套用压帽208固定在主轴上。其介质流程路为：浮动环密封的进介质通过密封介质总入口215进入，然后通过对称的一组浮动环，到达泄漏腔，泄漏介质一般为气液两相，泄漏介质通过前密封泄漏口216和后密封泄漏口217管路进入气化器，将液氮完全加热到气态，然后再通过流量计测量泄漏量。试验器各腔内均进行压力和温度指标的测量。

利用本实用新型的一种低温动密封试验台，进行浮动环密封试验，其操作步骤如下：

（1）安装试验器：将浮动环轴套安装在主轴上；将浮动环组件安装在试验器上，将试验器的三部分组装成一个整体，安装进介质接嘴和测压测温接嘴；

（2）试验前准备：将试验器安装在试验台架上，并调整主轴与传动系统的输出轴的同轴度，并用联轴器连接；连接进出介质管路；将润滑系统的管路连接到传动系统的电机或增速箱用油点；连接各温度压力等测点传感器与接线；

（3）系统吹除和介质加注阶段：将介质供应系统中的容器、管路系统、阀门系统用干燥压缩空气或者氮气吹除干净；

（4）加注阶段：给密封试验高压容器、和轴承冷却介质低压容器加注满介质；

（5）试验器预冷阶段：启动增压配气单元对介质容器加压，通过供介质管路上的阀门调节进介质的流量，对试验器进行预冷；用高压容器中的低温介质对试验器预冷，用低压容器中的低温介质对试验器轴承预冷；调节供介质管路上的调节阀，达到试验所需的流量和压力；

（6）运转阶段：先启动传动系统的润滑系统，再启动传动系统电机，达到试验所要求的转速，测量控制系统采集试验参数，通过气化器将泄漏的气液两相液氮加热气化，用流量计测量泄漏量；

（7）试验结束阶段：停止电机，使试验器停转；再停止润滑系统，和供介质系统。待试验器恢复常温后，分解试验器，检测密封运转后的状况。

实施例2

本实用新型的一种低温动密封试验台，适用于端面密封实验，是由介质增压单元1、介质储存单元2、介质供应调节单元3、试验器8、传动系统6、冷却润滑系统7、和测控系统5构成，介质增压单元1的输出管路连接介质储存单元2，介质储存单元2的输出管路经介质供应调节单元3与试验器8的介质入口连接，传动系统6为试验器8提供动力，有测控系统5的电路分别联接至介质增压单元1、介质储存单元2、介质供应调节单元3、试验器8和传动系统6。各单元的功能用途同实施例1。

所述的试验器8是在壳体301的轴线位贯穿了主轴302，如图3所示，在主轴302前端的缩径处套装了前轴承303且嵌入壳体301前端的卡台处，前轴承303前端的主轴上依次套装有轴承压套304和动环305，动环压套307压紧动环305并与主轴302螺纹紧固；静环组件306与壳体301的内壁固定、且其底部的密封环318与动环305的上端面相抵；主轴302的后端缩径处套装了后轴承310并由压盖压紧，在壳体301的前端由前端盖Ⅱ308封闭，前端盖Ⅱ308的外壁上设有连通内腔的密封泄漏口315，壳体301的后端由后端盖Ⅱ313连接封闭，主轴302穿过后端盖Ⅱ313并由主轴密封件312密封、且由压盖311压紧。在壳体301的前端的一侧壁上设有介质入口314、其相对的另一侧壁上设有介质测压嘴316，且均与其内腔相连通，在壳体301的后端侧壁上设有连通内腔的介质出口317。

本装置中介质增压单元1的输出管路经减压器a与介质储存单元2的高压介质容器A入口连接，高压介质容器A的出口管路经介质供应调节单元3连接到试验器8的介质入口314，密封泄漏口315管路连接至气化器。对端面密封试验器的进介质，只使用高压介质一路进出介质即可，低压介质容器不参与工作。

本实用新型的一种低温动密封试验台的端面密封试验器，它由主轴302、前轴承303、后轴承3010、动环305组成一个轴系；端面密封静环组件306安装在试验器壳体301上，并通过调整垫片309调整静环的压缩量；通过介质测压嘴316测量试验介质的压力和温度；试验介质通过端面密封后的泄漏通过密封泄漏口315排出，并通过流量计进行测量泄漏量，当泄漏介质是气液两相流时，泄漏介质通过气化器变成气相，然后再通过流量计精确测量漏量。该试验器有一个介质入口和出口，和一个检漏测量口。通过密封泄漏口安装的气化器，有效的将气液两相流气化，并通过流量计进行精确测量。

利用上述一种低温动密封试验台，进行端面密封试验，其操作步骤如下：

（1）安装试验器：将端面密封动环安装在主轴上，将静环组件安装在试验器壳体上，并通过调整垫片的厚度调整静环的压缩量；

（2）试验前准备：将试验器安装在试验台架上，并调整主轴与传动系统的输出轴的同轴度，并用联轴器连接；连接进出介质管路；将润滑系统的管路连接到传动系统的电机或增速箱用油点；连接各温度压力等测点传感器与接线；

（3）系统吹除和介质加注阶段：将介质供应系统中的容器、管路系统、阀门系统用干燥压缩空气或者氮气吹除干净；

（4）加注阶段：给容器加注满介质；

（5）试验器预冷阶段：启动增压配气单元对介质容器加压，通过供介质管路上的阀门调节进介质的流量，对试验器进行预冷；用低温介质对试验器预冷，达到试验介质温度后，调节供介质管路上的调节阀，达到试验所需的流量和压力；

（6）运转阶段：先启动传动系统的润滑系统，再启动传动系统电机，达到试验所要求的转速，测量控制系统采集试验参数，通过气化器将泄漏的气液两相液氮加热气化，用流量计测量泄漏量；

（7）试验结束阶段：停止电机，使试验器停转；再停止润滑系统，和供介质系统。待试验器恢复常温后，分解试验器，检测密封运转后的状况。

Claims (8)

1.一种低温动密封试验台，是由介质增压单元（1）、介质储存单元（2）、介质供应调节单元（3）、试验器（8）和测控系统（5）构成，其特征在于介质增压单元（1）的输出管路连接介质储存单元（2），介质储存单元（2）的输出管路经介质供应调节单元（3）与试验器（8）的介质入口连接，传动系统（6）为试验器（8）提供动力，有测控系统（5）的电路分别联接至介质增压单元（1）、介质储存单元（2）、介质供应调节单元（3）、试验器（8）和传动系统（6）。

2.如权利要求1所述的一种低温动密封试验台，其特征在于试验器（8）是由中间壳体（202）的两端分别对称封闭了前壳体（203）和后壳体（204）构成，在前壳体（203）和后壳体（204）的外侧面均设有环形延伸部使其中间形成空腔，前端盖（211）和后端盖（213）分别与其对应的延伸部固定密封空腔；在中间壳体（202）的中间设有向内凸起的环形卡台（222），变径主轴（201）轴向穿过后端盖（213）、后壳体（204）和前壳体（203），后壳体（204）和前壳体（203）的内侧与变径主轴（201）的接触面上设有轴承腔密封件（210）、外侧的接触面上安装有轴承（209），后端盖（213）与变径主轴（201）的接触面上设有后端盖密封件（214）；中间壳体（202）内的变径主轴（201）对称的扩径段上套装了浮动环轴套（207），前密封件组件（205）和后密封件组件（206）分别压紧对应的浮动环（223）并与环形卡台（222）的两侧相固定；在中间壳体（202）上有径向贯穿环形卡台（222）的密封介质总入口（215）连通至试验器（8），在前壳体（203）和后壳体（204）的延伸部上分别设有前轴承介质排出口（220）和后轴承介质排出口（221）与空腔连通；在前壳体（203）和后壳体（204）的轴承腔密封件（210）和轴承（209）之间有孔道（224）连接其外壁固定的前轴承介质进口（218）和后轴承介质进口（219）；在环形卡台（222）两侧的中间壳体（202）上分别设有前密封泄漏口（216）和后密封泄漏口（217）。

3.如权利要求2所述的一种低温动密封试验台，其特征在于介质增压单元（1）两条输出管路分别经减压器a和减压器b与介质储存单元（2）的高压介质容器A和低压介质容器B的入口连接，高压介质容器A的出口管路经介质供应调节单元（3）连接到试验器（8）的密封介质总入口（215），前密封泄漏口（216）和后密封泄漏口（217）管路连接至气化器，低压介质管路经介质供应调节单元（3）分别连接到试验器（8）的前轴承介质进口（218）和后轴承介质进口（219）。

4.如权利要求2所述的一种低温动密封试验台，其特征是在变径主轴（201）上浮动环轴套（207）由其外侧的压帽（208）压紧固定。

5.如权利要求2所述的一种低温动密封试验台，其特征是前端盖（211）外壁上设有连通内腔的测温嘴（212）。

6.如权利要求1所述的一种低温动密封试验台，其特征在于试验器（8）是在壳体（301）的轴线位贯穿了主轴（302），在主轴（302）前端的缩径处套装了前轴承（303）且嵌入壳体（301）前端的卡台处，前轴承（303）前端的主轴上依次套装有轴承压套（304）和动环（305），动环压套（307）压紧动环（305）并与主轴（302）螺纹紧固；静环组件（306）与壳体（301）的内壁固定、且其底部的密封环（318）与动环（305）的上端面相抵；主轴（302）的后端缩径处套装了后轴承（310）并由压盖压紧，在壳体（301）的前端由前端盖Ⅱ（308）封闭，前端盖Ⅱ（308）的外壁上设有连通内腔的密封泄漏口（315），壳体（301）的后端由后端盖Ⅱ（313）连接封闭，在壳体（301）的前端的一侧壁上设有介质入口（314）、其相对的另一侧壁上设有介质测压嘴（316），且均与其内腔相连通，在壳体（301）的后端侧壁上设有连通内腔的介质出口（317）。

7.如权利要求6所述的一种低温动密封试验台，其特征在于介质增压单元（1）的输出管路经减压器a与介质储存单元（2）的高压介质容器A入口连接，高压介质容器A的出口管路经介质供应调节单元（3）连接到试验器（8）的介质入口（314），密封泄漏口（315）管路连接至气化器。

8.如权利要求6所述的一种低温动密封试验台，其特征在于静环组件（306）与壳体（301）内壁的接触面上设有垫片（309）。

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