WO2014180152A1 - 一种机械密封性能试验装置 - Google Patents

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WO2014180152A1
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ring
sleeve
mechanical seal
moving ring
hole
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PCT/CN2013/090626
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孙见君
涂桥安
胡琼
马晨波
於秋萍
周敏
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南京林业大学
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    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G—PHYSICS
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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01M3/2869—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds for pipe joints or seals for seals not incorporated in a pipe joint

Definitions

  • the invention belongs to the technical field of sealing testing, and particularly relates to a mechanical sealing performance testing device without axial additional force and accurate torque measurement, which is suitable for a large-sized compressor, a centrifugal pump or a mixed reaction vessel containing a high-pressure medium for conveying a high-pressure medium. Performance testing of large diameter mechanical seals for rotating machinery.
  • the main shaft support structure of the mechanical seal performance test device is mainly in the form of a single cantilever shaft, a double cantilever shaft and a double support shaft, and the main shaft penetrates from the one-side end cover or the end covers of both sides penetrate and work. Cavity.
  • the main shaft penetrates into an end cover of the working chamber, and the mechanical seal to be tested is used as a seal for the working chamber, which is similar to the field, such as patent ZL 00220907. 1, but the spindle shaft end is in the working chamber.
  • a large axial force is generated, and at the same time, the dynamic and static rings of the mechanical seal to be tested are subjected to axial forces, and the axial force is generated, and the large axial force is detrimental to the bearing life and different axial directions.
  • the force causes different bearing resistance torques, which ultimately affects the measurement accuracy of the end face friction torque.
  • the end cap is passed through the working chamber and the end cap type mechanical seal test device is used to avoid the medium in the working cavity at the shaft end.
  • the axial force caused by the two sets of specifications and the uniform size of the mechanical seal to be tested are symmetrically arranged in the working cavity.
  • Double-support shaft mechanical seal test device such as patent CN201210126379. 1, the spindle is threaded into the end cover of both sides of the working cavity, and two sets of mechanical seals with the same specifications and dimensions are symmetrically arranged in the working cavity, solving the axial direction.
  • the balance problem of the afterburner and the influence of the winding of the cantilever shaft but it is very inconvenient to install the mechanical seal to be tested, especially it is difficult to meet the requirements of the type test for the assembly and disassembly speed.
  • the torque sensor measures the total torque on the main shaft in the test device.
  • the total torque includes the friction torque of the tested seal end face and the friction torque in the main shaft support, and the total torque is subtracted before the test. Measured master The shaft supports the friction torque and then the friction torque of the end face to be tested is obtained. Therefore, not only the test process is cumbersome, but also the accuracy of the test is reduced.
  • the torque sensor measures the total torque on the main shaft of the test device, and the total starting torque at the start is 5-7 times the total running torque, and thus the stress of the torque sensor provided.
  • this torque sensor is used to test the smaller end face friction torque of a normally operating mechanical seal, resulting in less axial strain and lower test accuracy.
  • the stressor diameter of the torque sensor is smaller, but the stress axis with smaller diameter is prone to plastic deformation or even fracture. So the two can't have both.
  • the purpose of the present technology is to provide an equal amount of adjustment of the automatic symmetrical seating position and the end face specific pressure of the two sets of mechanical seals to be tested with respect to the central section of the working cavity, avoiding the additional axial force caused by the medium during the test, and improving the on-site installation.
  • a mechanical seal performance test device for the accuracy of workability and end face friction torque measurement which can be used for performance study and type test of large diameter mechanical seals under high pressure conditions.
  • the mechanical sealing performance testing device of the present technology comprises a main shaft 4, a working cavity 18 with end caps at both ends, and 2 sets of mechanical seals to be tested; each mechanical seal to be tested comprises a static ring 0-ring 71, a stationary ring 72, a moving ring 73, the moving ring 0-ring 74, the bracket 75, the spring 76, the moving ring seat 77; the moving ring 73 and the moving ring seat 77 are axially slidably connected in the circumferential direction, between the moving ring seat 77 and the moving ring 73 A spring 76, a bracket 75, and a moving ring 0-ring 74 are disposed in sequence; the bracket 75 is slidably coupled to the moving ring seat 77 in the axial direction; the stationary ring 72 is passed through a stationary ring 0-shaped ring 71 disposed on the outer circumference of the stationary ring 72.
  • the central hole on the end cap is sealingly connected; the stationary ring 72 and the moving ring 73
  • the sleeve 5 matched with the main shaft 4 is sleeved on the main shaft 4, and the sleeve 5 passes through the end caps at both ends of the working chamber 18.
  • the sleeve 5 protrudes from both ends of the end cover and has a U-shaped opening 23 on the same busbar.
  • a drive pin is disposed on the main shaft 4 corresponding to the U-shaped opening 23; the middle portion of the sleeve 5 has two threads of equal pitch and opposite rotation; the two nuts respectively cooperate with the thread; and the axis of the sleeve 5 is parallel
  • the short pin 10 simultaneously protrudes into the short pin hole opened in the two nuts; the back side of the two nuts are respectively the moving ring seat 77 of the two mechanical seals to be tested; the moving ring seat 77 and the sleeve are axially
  • the sliding is connected in the circumferential direction; the stationary ring 72 and the moving ring 73 are all around the sleeve;
  • a radial force sensor for detecting a force between the U-shaped opening side wall and the driving pin is disposed between the U-shaped opening side wall and the driving pin; and at least one end cover is provided with a process hole for the process shaft to pass through The process shaft passing through the process hole extends into the short pin hole; the process hole is closed by the detachable process hole plug 24.
  • the working chamber 18 is moved, the working chamber 18 is passed through the main shaft 4, and the sleeve 5 provided with two nuts, the moving ring 73 and the like is put on the main shaft 4, and the other end of the cover with the stationary ring 72 is attached.
  • the cover (such as the right end cover on the right side) connects the other end cover to the other end surface of the working chamber 18 (such as the right end surface on the right side); the main shaft 4 and the sleeve 5 respectively pass through the two end covers.
  • the initial position of the central cross section of the sleeve 5 does not coincide with the central cross section of the working chamber 18, that is, the initial position of the central cross section of the sleeve 5 and the static on the two end caps.
  • the rotating sleeve 5 drives the two nuts that are screwed back to move backward, and the moving ring seat 77 that pushes the two sets of mechanical seals is pressed against the moving ring 0-ring 74 by the spring 76 and the bracket 75, respectively.
  • a drive pin is attached to the U-shaped opening 23 of the spindle corresponding to the sleeve, the process shaft is removed, and the process hole is sealed by a process plug.
  • the test medium with a certain pressure is injected into the working chamber by using an external medium loading and circulation system.
  • the spindle is driven to rotate, and the spindle drives the sleeve to rotate through the driving pin. Because it can only move axially relative to the bushing and cannot rotate, the moving ring seat rotates with the bushing, and the moving ring is pressed against the stationary ring for rotation relative to the stationary ring. Since the frictional torque between the bushing and the main shaft which are set on the main shaft is small, the end face friction torque is transmitted to the main shaft substantially without loss through the bushing. The friction torque between the moving ring and the stationary ring can be obtained by measuring the torque received by the bushing or the main shaft (the end face friction torque of the mechanical seal).
  • a radial force sensor for detecting the magnitude of the force between the U-shaped opening side wall and the drive pin is provided between the U-shaped opening side wall and the drive pin.
  • the force between the U-shaped open side wall and the drive pin is measured by a radial force sensor, and the force is multiplied by the force arm (force)
  • the point at which the point of action is applied to the axis of the bushing is the torque received by the spindle or bushing.
  • the amount of leakage of the mechanical seal can be obtained by weighing the liquid flowing out of the center hole of the end cap.
  • Two sets of mechanical seals to be tested are installed through the bushings running through the working chamber, so that the axial force and the spring force caused by the pressure medium acting on the two sets of mechanical seals are self-balanced, avoiding the axial direction of the pressure medium at the shaft end.
  • Force suitable for all kinds of pressure conditions, various size series, including high-pressure working conditions large-diameter mechanical seal performance test.
  • the above mechanical seal performance testing device for detecting at least two axial force sensors 14 of the magnitude of the axial force of the stationary ring 72 passing through the end cover and contacting the back surface of the stationary ring 72 opposite to the moving ring 73;
  • the axial force sensors 14 are evenly distributed in the circumferential direction of the stationary ring 72.
  • each axial force sensor 14 disposed on one end cover 13 supporting a static ring 72 axially receives the spring force of the supporting ring 73 and the stationary ring 72; the working chamber is filled with pressure
  • each axial force sensor 14 supporting a static ring 72 is axially subjected to spring force and the pressure medium is in a single mechanical seal. The sum of the axial forces caused.
  • the axial force sensor it is possible to accurately measure the initial spring specific pressure of the mechanical seal and monitor the change of the end face specific pressure during the operation after loading.
  • the short pin 10 and the short pin holes on the two nuts are gap-fitted to reduce the resistance of the two nuts to the axial movement of the short pin.
  • the nut is provided with a guide hole, and the axis of the guide hole is parallel to the axis of the sleeve; the process shaft passing through the process hole protrudes into the short pin hole or protrudes into the guide hole.
  • the process holes, pilot holes and short pin holes are all symmetrical about the sleeve axis.
  • the sleeve 5 is symmetric with its central cross section; the two mechanical seals to be tested are symmetrically arranged on both sides of the central cross section of the sleeve 5.
  • the sleeve and the two mechanical seals to be tested are symmetric with the central cross section of the sleeve 5, so that the axial force and the spring force caused by the pressure medium acting on the two sets of mechanical seals are self-balanced, and the pressure medium is avoided in the spindle or the shaft.
  • An axial force is generated on the sleeve.
  • the end cover is provided with a ring groove concentric with the center hole to form a leakage cavity 16, and a tangential direction guide hole 17 is formed at the bottom of the ring groove for collecting and discharging the leakage amount of the mechanical seal.
  • the radial force sensor is a wireless radial force sensor.
  • the main shaft 4 is connected to the motor 1 through the bearing housing 3 and the coupling 2, and the motor 1 is controlled by a frequency converter to realize speed adjustment.
  • 1 is a cross-sectional view of a shaft surface of a mechanical seal performance test device.
  • Figure 2 is an enlarged schematic view of the bushing, the mechanical seal to be tested, and the like in Figure 1.
  • Figure 3 is a cross-sectional view of a mechanical seal performance test device in the process of installing and adjusting the mechanical seal to be tested.
  • Fig. 4 is a cross-sectional view showing the mechanical seal performance test apparatus taken along the line A-A.
  • Figure 1, 2 shows a mechanical seal performance test device, including the motor 1, the coupling 2, the bearing housing 3, the main shaft 4, the drive pin 15, the sleeve 5, the left end cover 6, the process hole plug 24, the process Shaft 22, axial force sensor 14, mechanical seal to be tested (static ring 0-ring 71, static ring 72, moving ring 73, moving ring 0-ring 74, bracket 75, spring 76, moving ring seat 77), guiding Flat key 12, left nut 8, right nut 1 1 , short pin 10, short pin hole plug 9, working chamber 18, right end cover 13, carriage 19, bracket 20.
  • the sleeve 5 is a symmetrical structure about the central cross section, and two U-shaped openings 23 are respectively formed on the same bus bar at the two ends, and two single-thread threads with the same pitch and opposite rotation are arranged in the middle (the left-hand thread is screwed with the left nut 8). , the right-hand thread 11 is screwed to the right nut 11).
  • the sleeve 5 is provided with a left nut 8, a right nut 11, a short pin 10, a short pin hole plug 9, a guide flat key 12, and two sets of movable ring seats 77, springs 76, and brackets of the same size to be tested. 75.
  • the sleeve 5 and the spindle 4 are in a clearance fit and pass through the left end cover 6, the working chamber 18 and the right end cover 13 with the spindle 4.
  • the moving ring 73 on the sleeve 5 is opposite to the static ring 72 of the two sets of mechanical seals to be tested mounted on the left end cover 6 and the right end cover 13.
  • the static ring 72 is sealed with the left end cover 6 and the right end cover 13 by a static ring 0-shaped ring 71, and the three axial force sensors 14 disposed on the left end cover and the right end cover are respectively in contact with the back faces of the two stationary rings 72;
  • the static ring is supported in the axial direction.
  • the short pin holes are opened on the left nut 8 and the right nut 11; there are two short pin holes, which are symmetrical about the axis of the sleeve.
  • Two short pins 10 are respectively disposed in two short pin holes, each of which simultaneously protrudes into a short pin hole on the left nut 8 and the right nut 11, and the left nut 8 and the right nut 11 are connected with each other by the short pin 10.
  • the short pin 10 and the short pin hole are gap-fitted, and the short pin hole plug 9 is axially restrained to prevent the short pin from falling out of the short pin hole.
  • the guide hole 25 is opened on the left nut 8 and the right nut 11; there are two guide holes which are symmetrical about the axis of the sleeve.
  • the two end caps each have a process hole through which the process shaft 22 passes, and the two process holes are symmetrical about the axis of the bushing.
  • the process holes are closed by a detachable process hole plug 24.
  • the moving ring seat 77 of the mechanical seal to be tested is positioned circumferentially with the guide flat key 12 and the bushing 5.
  • the sleeve 5 is rotated clockwise.
  • the left nut 8 and the right nut 11 that are driven to rotate are respectively moved to the left and right at equal distances, and the moving ring seat 77 that pushes the two sets of mechanical seals is pressed against the moving ring 0-shaped ring 74 by the spring 76 and the bracket 75, respectively.
  • the moving ring 73 is pressed until the stationary ring 72 is pressed to obtain a certain end face specific pressure.
  • the driving pin 15 is fixed on the main shaft 4 at the U-shaped opening 23 at both ends of the sleeve 5, and the sleeve 5 is circumferentially positioned, and the force between the U-shaped opening side wall and the driving pin is measured by a radial force sensor. This force is multiplied by the force arm (the distance from the point of application of the force to the axis of the sleeve) to obtain the torque experienced by the sleeve (spindle).
  • the left end cover 6 and the right end cover 13 are provided with a ring groove concentric with the center hole to form a leakage cavity 16, and a tangential direction guide hole 17 is formed at the bottom of the ring groove for collecting and discharging the leakage amount of the mechanical seal.
  • Use 2 sets of mechanical seals in the leak cavity The average of the amount of leakage accumulated in 16 is used to characterize the amount of leakage of the mechanical seal.
  • the average force of the two sets of mechanical seal end face friction torques calculated by the radial force sensor is used as the end face friction torque of the single set of mechanical seals.
  • the three axial force sensors 14 on the left end cover 6 and the right end cover 13 which are uniformly disposed in the circumferential direction and whose force measuring points are equal to the corresponding end faces of the left and right end covers are used to measure the moving ring 73 and the stationary ring 72.
  • the end face is pressure proportional.
  • Rotating the sleeve 5 counterclockwise drives the left nut 8 and the right nut 11 that are screwed thereto to move to the right and left, respectively, equidistantly, and the spring 76 recovers from the compressed state to the free state, and the end face pressure is reduced until zero or moving or static ring
  • the left nut 8 and the right nut 11 move and do not rotate with respect to the main shaft 4.
  • the spindle 4 is operated at different speeds.
  • the structural dimensions of the sleeve 5 it is possible to perform performance tests on mechanical seals of different sizes.
  • Figure 3 is a cross-sectional view of a mechanical seal performance test device in the process of installing and adjusting the mechanical seal to be tested.
  • the sleeve 5, which is matched with the main shaft 4, has no axial positioning on the main shaft.
  • the initial position of the central cross section of the sleeve 5 does not coincide with the central cross section of the working chamber 18, that is, the initial position of the central cross section of the sleeve 5 is not equal to the end surface distance of the stationary ring 72 on the left end cover 6 and the right end cover 13,
  • the process shaft 22 is inserted into the short pin hole of the left nut 8 and the right nut 11 and the process hole of the left end cover 6 and the right end cover 13, and the clockwise rotation of the sleeve 5 drives the left nut 8 and the right nut 11 which are screwed thereto equidistantly Moving to the left and right, the moving ring seat 77 pushing the two sets of mechanical seals is pressed against the moving ring 0-ring 74 and
  • the test operation first screw the left nut 8 and the right nut 11 to the thread in the middle of the sleeve 5, insert the short pin 10 into the hole in the left nut 8 and the right nut 11, and then screw the short pin hole plug 11
  • the left nut 8 and the right nut 11 are arranged to be circumferentially positioned with each other. Then, the guiding flat key 12, the mechanically sealed moving ring seat 77, the spring 76, the bracket 75, the moving ring 0-ring 74, and the moving ring 73 are symmetrically attached to the sleeve 5; the static ring 0-ring 71 is provided.
  • the static ring 72 is respectively inserted into the left end cover 6 and the right end cover 13, and the left end cover 6 with the axial force sensor 14 and the static ring 72 is bolted to the left end surface of the working chamber 18, and the working chamber 18 is moved to the left end.
  • the cover 6, the working chamber 18 passes through the main shaft 4, and then the sleeve 5 with the left nut 8, the right nut 11, the guiding flat key 12 and the mechanical sealing ring 73 is sleeved on the main shaft 4, and the cover has an axial direction.
  • the force sensor 14 and the right end cover 13 of the stationary ring 72 are bolted to the right end surface of the working chamber 18; at this time, the main shaft 4 and the sleeve 5 pass through the right end cover 13.
  • the torque measured indirectly by the radial force sensor (the force measured by the radial force sensor multiplied by the force arm (the distance of the force acting from the axis of the sleeve)) is transmitted to the sleeve through the spring 76 and the moving ring seat 77.
  • the frictional torques of the end faces of the mechanical seal moving ring 73 and the stationary ring 72 are equal, and the average value of the frictional torques of the two sets of mechanical seal end faces measured indirectly by the radial force sensor is used as the end face friction torque of the single mechanical seal. If a radial force sensor is provided on only one drive pin, the torque measured indirectly by the radial force sensor divided by 2 is the end face friction torque of a single set of mechanical seals. If a radial force sensor is placed on each of the two drive pins, then the sum of the indirect measured torques of the two radial force sensors is divided by 2, which is the end face friction torque of the single set of mechanical seals.
  • the sleeve is matched with the clearance of the main shaft, and there is no axial positioning on the shaft, which realizes the automatic adjustment alignment of the mechanical seal mounted on the sleeve in the working chamber.
  • the rotating bushing drives and rotates
  • the left nut and the right nut are respectively moved to the left and right at equal distances, and the moving ring seat of the two sets of mechanical seals is pressed against the moving ring 0-ring and the moving ring by the spring and the supporting ring, respectively, and is pressed to a group of the stationary ring.
  • the mechanical seal pushes the sleeve to move toward the other set of mechanical seals until the end faces of the two sets of mechanical seals are the same as the pressure.
  • the axial force sensor provided on the left and right end caps can accurately measure the initial spring specific pressure of the loaded mechanical seal and the change of the end face specific pressure during the monitoring operation.

Abstract

一种机械密封性能试验装置，包括主轴（4）、两端具有端盖（6，13）的工作腔（18）、两组待测机械密封（7）；轴套（5）与主轴（4）间隙配合，并一同穿过工作腔（18）两端的端盖（6，13）；轴套（5）伸出端盖（6，13）的两端开设有在同一母线上的U形开口（23），在对应于U形开口（23）处的主轴（4）上设置有传动销（15）；轴套（5）中部有两段螺距相等、旋向相反的螺紋，其上旋合的两个螺母（8，11）的背侧分别是两个待测机械密封（7）中的动环座（77）；动环座（77）与轴套（5）在轴向滑动在周向定位相连；传动销（15）上设置径向力传感器用来间接测量端面摩擦扭矩，在静环（72）背侧和工作腔端盖（6，13）间设置轴向力传感器（14）用来测量端面比压；端盖（6，13）上开设有与中心孔同心的环槽，构成泄漏腔（16），用于泄漏量的收集。该装置适用于各种压力工况、各种尺寸系列，包括高压工况大直径机械密封的性能试验。

Description

说明书
一种机械密封性能试验装置
技术领域
本发明属于密封测试技术领域， 特别涉及一种无轴向附加力、 扭矩精确测定的机械密 封性能试验装置， 适用于包括输送高压介质的大型压缩机、 离心泵、 或混合高压介质的搅 拌反应釜等旋转机械的大直径机械密封的性能测试。
背景技术
生产装置的大型化、集成化， 以及长周期运行， 要求匹配性能稳定的机械密封， 为此， 需要设计制造工作参数宽泛、 测试方便的机械密封性能试验装置， 以适应新型机械密封的 开发和测试。
从公知技术中可以看到， 机械密封性能试验装置的主轴支承结构主要为单悬臂轴、 双 悬臂轴和双支承轴形式， 主轴从单侧端盖穿入或两侧端盖穿入穿出工作腔。 对于单悬臂轴 式机械密封试验装置， 主轴穿入工作腔的一个端盖， 待测机械密封用作工作腔的密封件， 与现场相近， 如专利 ZL 00220907. 1 , 但主轴轴端处于工作腔的介质中， 产生较大的轴向 力， 同时待测机械密封的动、 静环承受介质作用的面积不等也产生轴向力， 而大的轴向力 有损于轴承寿命，不同轴向力引起不同的轴承阻力矩，最终影响端面摩擦扭矩的测量精度； 对于单悬臂、 采用主轴穿入穿出工作腔两侧端盖式机械密封试验装置， 避开了工作腔内介 质在轴端不会引起的轴向力， 2 组规格、 尺寸一致的待测机械密封对称布置在工作腔内， 采用一端加工有两段螺距相等、 螺旋线方向相反螺纹的轴套， 旋转轴套带动与其旋合的左 螺母和右螺母等距离地向左、 向右移动， 推动左、 右二个动环座通过弹簧分别压紧二个动 环， 实现了端面比压等量加载， 如专利 CN201210037262. 6， 但要使 2组机械密封在初始布 置时对称于工作腔的中心截面非常困难。 对于双悬臂式机械密封试验装置， 如专利 ZL88214684. X, 介质压力在单个轴端引起的轴向力以及因待测机械密封的动、 静环承受介 质作用的面积不等引起的轴向力， 会被其整体对称结构所平衡， 但其主轴与动力装置连接 结构比较复杂。 双支承轴式机械密封试验装置， 如专利 CN201210126379. 1， 采用主轴穿入 穿出工作腔两侧端盖， 2 组规格、 尺寸一致的待测机械密封对称布置在工作腔内， 解决了 轴向加力的平衡问题， 以及悬臂轴的绕度影响， 但安装待测机械密封时十分不便， 特别是 难以满足型式试验对装拆速度的要求。
以上各现有技术， 试验时， 扭矩传感器测出的是试验装置中的主轴上的总扭矩， 总扭 矩包括被测密封端面的摩擦扭矩和主轴支承中的摩擦扭矩， 将总扭矩减去试验前测出的主 轴支承中摩擦扭矩， 然后才能得到被测密封端面的摩擦扭矩。 因此不但试验过程繁琐， 而 且降低了测试的准确性。
另外， 以上各现有技术中， 扭矩传感器所测的是试验装置中主轴上的总扭矩， 而启动 时的启动总扭矩是正常运行总扭矩的 5-7倍，因而所配备的扭矩传感器的应力轴直径较大， 利用这一扭矩传感器测试正常运行的机械密封的较小的端面摩擦扭矩， 产生的轴应变较 小， 测试的准确度较低。 为了提高测量的精度， 扭矩传感器的应力轴直径就要较小， 但直 径较小的应力轴又容易产生塑性变形， 甚至断裂。 所以两者不可兼得。
发明内容
本技术的目的是提供一种能够实现 2组待测机械密封关于工作腔中心截面的自动对称 就位、 端面比压的等量调节， 避免试验时介质引起的附加轴向力， 同时提高现场安装作业 性和端面摩擦扭矩测量的精确性的机械密封性能试验装置， 它能够用于高压工况下大直径 机械密封的性能研究及型式试验。
本技术的机械密封性能试验装置， 包括主轴 4、 两端具有端盖的工作腔 18、 2组待测 机械密封； 每个待测机械密封包括静环 0形圈 71、 静环 72、 动环 73、 动环 0形圈 74、 托 环 75、 弹簧 76、 动环座 77; 动环 73与动环座 77在轴向滑动在周向定位相连， 在动环座 77与动环 73之间依次设置有弹簧 76、 托环 75、 动环 0形圈 74; 托环 75与动环座 77在 轴向滑动连接； 静环 72通过设置在静环 72外周上的静环 0形圈 71与端盖上的中心孔密 封相连； 静环 72与动环 73在轴向相对；
与主轴 4间隙配合的轴套 5套装在主轴 4上， 轴套 5穿过工作腔 18两端的端盖； 轴 套 5伸出端盖的两端开设有在同一母线上的 U形开口 23， 在对应于 U形开口 23处的主轴 4上设置有传动销； 轴套 5中部有两段螺距相等、 旋向相反的螺纹； 两个螺母分别与所述 螺纹配合； 与轴套 5轴线平行的短销 10同时伸入在两个螺母上所开的短销孔内； 两个螺 母的背侧分别是两个待测机械密封中的动环座 77; 动环座 77与轴套在轴向滑动在周向定 位相连； 静环 72、 动环 73均环绕轴套；
在 U形开口侧壁与传动销之间设置有用于检测 U形开口侧壁与传动销之间作用力大小 的径向力传感器； 在至少一个端盖上开有供工艺轴穿过的工艺孔， 穿过工艺孔的工艺轴伸 入短销孔内； 工艺孔被可拆卸的工艺孔堵头 24封闭。
试验操作时， 先将两个螺母旋合至轴套上的两段螺纹处， 把短销 10插入左螺母 8、 右 螺母 11上的短销孔内， 使得两个螺母互为周向定位； 然后将 2组机械密封的动环座 77、 弹簧 76、 托环 75、 动环 0形圈 74、 动环 73对称装至轴套 5上； 将两个带静环 0形圈 71 的静环 72分别装入 2个端盖的中心孔， 再将带有静环 72的一个端盖 （如左侧的左端盖） 连接于工作腔 18的一端面（如左侧的左端面）上， 移动工作腔 18， 使工作腔 18穿过主轴 4， 再将装有两个螺母、 动环 73等的轴套 5穿套在主轴 4上， 盖上带有静环 72的另一个 端盖（如右侧的右端盖），把该另一个端盖连接于工作腔 18的另一端面（如右侧的右端面）； 主轴 4及轴套 5分别穿出两个端盖。
将工艺轴穿过端盖上的工艺孔插入螺母上的短销孔， 防止螺母转动， 然后转动轴套 5， 带动与轴套旋合的两个螺母相背而行 （两个螺母之间的距离逐渐增大）， 推动 2 组机械密 封的动环座 77通过弹簧 76、 托环 75分别压向动环 0形圈 74和动环 73， 直至动环 73压 紧静环 72， 获得一定的端面比压； 当然， 如果反方向旋转轴套 5带动与其旋合的两个螺母 相向而行 （两个螺母之间的距离逐渐减小）， 弹簧 76从压缩状态向自由状态恢复， 端面比 压降低直至零或动、 静环脱开； 旋转轴套 5时， 两个螺母相对于主轴 4只轴向移动、 不转 动。
由于轴套 5在主轴上无轴向定位， 当轴套 5中心横截面的初始位置与工作腔 18中心 横截面不重合， 即轴套 5中心横截面的初始位置与两个端盖上的静环 72端面距离不等时， 旋转轴套 5带动与其旋合的两个螺母相背移动， 推动 2组机械密封的动环座 77通过弹簧 76、 托环 75分别压向动环 0形圈 74和动环 73， 先压至静环 72的一组机械密封将推动轴 套 5向另一组机械密封方向移动， 直至另一组机械密封的动环 73、 静环 72接触， 然后， 两组机械密封的端面比压一同增加。 因此， 旋转轴套 5， 能够使轴套 5 自动对中， 并使 2 组机械密封获得相同的初始端面比压。 托环 75与动环 73之间的动环 0形圈 74保证了动 环与轴套之间的密封。
之后， 在主轴上对应于轴套的 U形开口 23处装上传动销， 拆下工艺轴， 用工艺堵头 密封工艺孔。 利用外接的介质加载与循环系统往工作腔内注入一定压力的试验介质。
然后驱动主轴转动， 主轴通过传动销带动轴套转动。 因为只能相对于轴套轴向移动而 不能转动， 所以动环座就随轴套转动， 带动动环就压紧在静环上作相对于静环的转动。 由 于套装在主轴上的轴套与主轴之间的摩擦扭矩很小， 端面摩擦扭矩通过轴套基本毫无损失 地传递给了主轴。 通过测量轴套或者主轴受到的扭矩即可得到动环与静环之间的摩擦扭矩 (机械密封的端面摩擦扭矩）。
为了能够测得机械密封的端面摩擦扭矩， 在 U形开口侧壁与传动销之间设置用于检测 U形开口侧壁与传动销之间作用力大小的径向力传感器。
通过径向力传感器测得 U形开口侧壁与传动销之间的作用力，把该作用力乘以力臂（力 的作用点到轴套轴线的距离） 即可得到主轴或轴套受到的扭矩。
通过对从端盖的中心孔流出的液体称量， 可得出机械密封的泄漏量。
因此， 本发明的有益效果是：
( 1 ) 采用贯穿工作腔的轴套安装 2组待测机械密封， 使得压力介质作用在 2组机械 密封上引起的轴向力和弹簧力自行平衡， 避免了压力介质在轴端产生的轴向力， 适用于各 种压力工况、 各种尺寸系列， 包括高压工况大直径机械密封的性能试验。
( 2 ) 轴套与主轴间隙配合， 在轴上无轴向定位， 实现了安装于轴套上的机械密封在 工作腔内的自动调节对中。 当轴套中心横截面的初始位置与工作腔中心横截面不重合， 即 轴套中心横截面的初始位置与左、 右端盖上的静环端面距离不等时， 旋转轴套带动与其旋 合的两个螺母相背移动， 推动 2组机械密封的动环座 11通过弹簧、 托环分别压向动环 0 形圈和动环， 先压至静环的一组机械密封推动轴套向另一组机械密封方向移动， 直至两组 机械密封的端面比压相同为止。
( 3 )实现了机械密封端面摩擦扭矩的精确测量。 2组机械密封安装在间隙配合于主轴 的轴套上， 端面摩擦扭矩通过轴套毫无损失地传递给了主轴。 通过径向力传感器测得的力 再经计算得出端面摩擦扭矩， 保证了机械密封端面摩擦扭矩测量的精确性。
( 4) 2组建立有一定端面比压的待测机械密封， 构成了主轴的软支承， 增加了悬臂式 主轴运行的稳定性。
( 5 )采用 2组机械密封积累的泄漏量的平均值来表征单组机械密封的泄漏量， 采用 2 组机械密封端面摩擦扭矩的平均值作为单组机械密封的端面摩擦扭矩， 减少了随机性对测 量带来的影响。
( 6 ) 装拆方便。 把 2组机械密封装上轴套后再装入工作腔， 通过旋转轴套使 2组机 械密封的端面比压平衡， 就确定了轴套在主轴上及机械密封在工作腔中的位置； 打开右端 盖， 拆下主轴右端上的传动销， 便可拆下轴套及其上面的机械密封。
( 7 ) 通过更换不同结构尺寸的轴套， 使得轴套与待测机械密封的型号、 尺寸匹配， 可以进行不同尺寸型号机械密封的性能试验。
上述的机械密封性能试验装置， 用于检测静环 72 所受轴向力大小的至少两个轴向力 传感器 14穿过端盖， 并和与动环 73相对的静环 72背面的接触； 所述轴向力传感器 14均 布在静环 72的周向。 工作腔内无介质时， 设置在一个端盖 13上的支承一个静环 72的各 轴向力传感器 14轴向承受维系动环 73和静环 72贴合的弹簧力； 工作腔内充注压力介质 后， 支承一个静环 72的各轴向力传感器 14轴向承受弹簧力以及压力介质在单组机械密封 引起的轴向力之和。 通过轴向力传感器， 能准确测量机械密封初始弹簧比压和监测加载后 运行中的端面比压变化。
上述的机械密封性能试验装置， 短销 10 与两个螺母上的短销孔均为间隙配合， 以减 小两个螺母相对短销轴向移动的阻力。
上述的机械密封性能试验装置， 动环座 77与轴套 5通过导向平键 12相连。
上述的机械密封性能试验装置， 螺母上开有导向孔内， 导向孔的轴线平行于轴套的轴 线； 穿过工艺孔的工艺轴伸入到短销孔内或者伸入到导向孔内。 工艺孔、 导向孔和短销孔 均以轴套轴线对称。
上述的机械密封性能试验装置， 轴套 5以其中心横截面对称； 两个待测机械密封对称 布置在轴套 5的中心横截面的两侧。 这样轴套和两个待测机械密封均以轴套 5的中心横截 面对称， 使得压力介质作用在 2组机械密封上引起的轴向力和弹簧力自行平衡， 避免了压 力介质在主轴或轴套上产生轴向力。
上述的机械密封性能试验装置， 端盖上开设有与中心孔同心的环槽， 构成泄漏腔 16， 环槽底部开设切线方向的导流孔 17， 用于机械密封的泄漏量的收集和排放。
上述的机械密封性能试验装置， 所述的径向力传感器为无线径向力传感器。
上述的机械密封性能试验装置， 主轴 4通过轴承箱 3、 联轴器 2与电机 1相连， 所述 电机 1由变频调速器控制， 实现速度调节。
附图说明
图 1为一种机械密封性能试验装置的轴面剖视图。
图 2是图 1中的轴套、 待测机械密封等放大示意图。
图 3为待测机械密封安装调整过程中的一种机械密封性能试验装置轴面剖视图。
图 4为一种机械密封性能试验装置的 A-A面剖视图。
图中： 1-电机； 2-联轴器； 3-轴承箱； 4-主轴； 5-轴套； 6-左端盖； 7-待测机械密封 ( 71-静环 0形圈； 72-静环； 73-动环； 74-动环 0形圈； 75-托环； 76-弹簧； 77-动环座）； 8-左螺母； 9-短销孔堵头； 10-短销； 11-右螺母； 12-导向平键； 13-右端盖； 14-轴向力 传感器； 15-传动销； 16-泄漏腔； 17-导流孔； 18-工作腔； 19-拖板； 20-支架； 22-工艺 轴； 23-U形开口； 24-工艺孔堵头； 25-导向孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
为进一步了解本实用新型的内容、 特点及功效， 兹例举以下实施例， 并配合附图详细 说明如下：
图 1、 2示出了一种机械密封性能试验装置， 包括电机 1、 联轴器 2、 轴承箱 3、 主轴 4、 传动销 15、 轴套 5、 左端盖 6、 工艺孔堵头 24、 工艺轴 22、 轴向力传感器 14、 待测机 械密封 （静环 0形圈 71、 静环 72、 动环 73、 动环 0形圈 74、 托环 75、 弹簧 76、 动环座 77)、 导向平键 12、左螺母 8、右螺母 1 1、 短销 10、 短销孔堵头 9、 工作腔 18、右端盖 13、 拖板 19、 支架 20。
轴套 5为关于中心横截面的对称结构， 两端在同一母线上分别开设一 U形开口 23， 中 部有两段螺距相等、 旋向相反的单线螺纹 （与左螺母 8 旋合的为左旋螺纹， 与右螺母 11 旋合的为右旋螺纹）。 轴套 5上背对背安装左螺母 8、 右螺母 11、 短销 10、 短销孔堵头 9、 导向平键 12以及 2组尺寸相同的待测机械密封的动环座 77、 弹簧 76、 托环 75、 动环 0形 圈 74和动环 73。 轴套 5与主轴 4为间隙配合， 并随主轴 4穿过左端盖 6、 工作腔 18及右 端盖 13。轴套 5上的动环 73与安装在左端盖 6、右端盖 13上 2组待测机械密封的静环 72 相对。 静环 72与左端盖 6、 右端盖 13之间采用静环 0形圈 71密封， 设置于左端盖和右端 盖上的各 3个轴向力传感器 14分别与两个静环 72的背面接触； 在轴向对静环起到支承作 用。 短销孔开在左螺母 8和右螺母 11上； 短销孔有两个， 以轴套的轴线对称。 两个短销 10分别设置在两个短销孔内， 每个短销同时伸入左螺母 8和右螺母 11上的短销孔内， 左 螺母 8和右螺母 11用短销 10连接互为周向定位， 短销 10与短销孔为间隙配合， 用短销 孔堵头 9轴向限位防止短销从短销孔内脱落。 导向孔 25开在左螺母 8和右螺母 11上； 导 向孔有两个， 以轴套的轴线对称。 两个端盖各开有供工艺轴 22 穿过的工艺孔， 两个工艺 孔以轴套的轴线对称。 工艺孔被可拆卸的工艺孔堵头 24封闭。 待测机械密封的动环座 77 与轴套 5之间用导向平键 12周向定位。 旋转轴套 5时， 将两根工艺轴 22穿过左端盖 6和 右端盖 13上的工艺孔并伸入到两个导向孔 25内， 如图 3、 4所示； 顺时针旋转轴套 5带 动与其旋合的左螺母 8和右螺母 11分别等距离地向左、 向右移动， 推动 2组机械密封的 动环座 77通过弹簧 76、 托环 75分别压向动环 0形圈 74和动环 73， 直至压紧静环 72， 获 得一定的端面比压。
将传动销 15固定在轴套 5两端的 U形开口 23处的主轴 4上， 周向定位轴套 5， 通过 径向力传感器测得 U形开口侧壁与传动销之间的作用力， 把该作用力乘以力臂 （力的作用 点到轴套轴线的距离） 即可得到轴套 （主轴） 受到的扭矩。
左端盖 6、 右端盖 13上开设有与中心孔同心的环槽， 构成泄漏腔 16， 环槽底部开设 切线方向的导流孔 17， 用于机械密封的泄漏量的收集和排放。采用 2组机械密封在泄漏腔 16中积累的泄漏量的平均值来表征机械密封的泄漏量。采用径向力传感器测得的作用力再 经计算所得的 2组机械密封端面摩擦扭矩的平均值作为单组机械密封的端面摩擦扭矩。 采 用在左端盖 6、 右端盖 13上沿周向均匀设置的型号相同、 其测力点距左、 右端盖相应的端 面等高的 3个轴向力传感器 14测量动环 73、 静环 72贴合的端面比压。
逆时针旋转轴套 5带动与其旋合的左螺母 8和右螺母 11分别等距离地向右、 向左移 动， 弹簧 76 从压缩状态向自由状态恢复， 端面比压降低直至零或动、 静环脱开； 旋转轴 套 5时， 左螺母 8和右螺母 11相对于主轴 4只移动、 不转动。
通过变频调速器对电机 1的控制， 实现主轴 4在不同转速下工作。 通过改变轴套 5的 结构尺寸， 能进行不同尺寸型号机械密封的性能试验。
图 3为待测机械密封安装调整过程中的一种机械密封性能试验装置轴面剖视图。 与主 轴 4间隙配合的轴套 5， 在主轴上无轴向定位。 当轴套 5中心横截面的初始位置与工作腔 18中心横截面不重合， 即轴套 5中心横截面的初始位置与左端盖 6、 右端盖 13上的静环 72端面距离不等时，将工艺轴 22插入左螺母 8和右螺母 11的短销孔以及左端盖 6和右端 盖 13的工艺孔中， 顺时针旋转轴套 5带动与其旋合的左螺母 8和右螺母 11分别等距离地 向左、 向右移动， 推动 2组机械密封的动环座 77通过弹簧 76、 托环 75分别压向动环 0形 圈 74和动环 73，先压至静环 72的一组机械密封将推动轴套 5向另一组机械密封方向移动， 直至另一组机械密封的动环 73、 静环 72接触， 然后， 2组机械密封的端面比压一同增加。
试验操作时， 先将左螺母 8、 右螺母 11旋合至轴套 5中部的螺纹处， 把短销 10插入 左螺母 8、 右螺母 11上的孔内， 再旋入短销孔堵头 11， 构成左螺母 8、 右螺母 11互为周 向定位。然后， 将导向平键 12、机械密封的动环座 77、 弹簧 76、托环 75、动环 0形圈 74、 动环 73对称装至轴套 5上； 将带静环 0形圈 71的静环 72分别装入左端盖 6、 右端盖 13， 再将带有轴向力传感器 14和静环 72的左端盖 6用螺栓连接于工作腔 18的左端面上， 移 动工作腔 18， 使左端盖 6、 工作腔 18穿过主轴 4， 再将装有左螺母 8、 右螺母 11、 导向平 键 12和机械密封动环 73的轴套 5穿套在主轴 4上， 盖上带有轴向力传感器 14和静环 72 的右端盖 13， 并用螺栓连接于工作腔 18的右端面； 此时， 主轴 4及轴套 5穿出右端盖 13。
将工艺轴 22插入左螺母 8和右螺母 11上的导向孔 25以及左端盖 6和右端盖 13的工 艺孔中， 顺时针旋转轴套 5， 使轴套 5自动对中， 并使机械密封获得所需的初始端面比压， 在主轴上对应于轴套的 U形开口 23处装上传动销 15， 拆下工艺轴 22 (当然， 也可把短销 孔堵头 11从短销孔内取出， 把工艺轴 22穿过左端盖 6和右端盖 13上的工艺孔并插入左 螺母 8和右螺母 11的上的两个短销孔中， 顺时针旋转轴套 5， 使轴套 5自动对中， 并使机 械密封获得所需的初始端面比压， 在主轴上对应于轴套的 U形开口 23处装上传动销 15， 拆下工艺轴 22， 然后再把短销孔堵头 11插入短销孔内）， 在左端盖 6、 右端盖 13上的工 艺孔内拧紧工艺孔堵头 24。利用外接的介质加载与循环系统向工作腔内注入一定压力的试 验介质， 通过轴向力传感器 14可获得机械密封的工作端面比压。
启动电机 1， 调节变频器， 使机械密封在所需转速下工作， 通过径向力传感器测得作 用力和对在泄漏腔 16中积累经导流孔 17流出的液体称量， 可得出机械密封的端面摩擦扭 矩和泄漏量。
通过径向力传感器间接测得的扭矩 （径向力传感器测得的作用力乘以力臂 （力的作用 点到轴套轴线的距离）） 与通过弹簧 76、 动环座 77传递给轴套 5的机械密封动环 73、 静 环 72的端面摩擦扭矩相等， 采用径向力传感器间接测得的 2组机械密封端面摩擦扭矩的 平均值作为单组机械密封的端面摩擦扭矩。 如果只在一个传动销上设置径向力传感器， 通 过该径向力传感器间接测得的扭矩除以 2即是单组机械密封的端面摩擦扭矩。 如果在两个 传动销上各设置一个径向力传感器， 那么两个径向力传感器间接测得的扭矩之和再除以 2 即是单组机械密封的端面摩擦扭矩。
本发明具有的优点和积极效果是：
( 1 ) 采用贯穿工作腔的关于中心横截面结构对称的轴套安装 2 组相同尺寸的待测机 械密封， 使得压力介质作用在 2组机械密封上引起的轴向力和弹簧力自行平衡， 避免了压 力介质在轴端产生的轴向力， 适用于各种压力工况、 各种尺寸系列， 包括高压工况大直径 机械密封的性能试验。
( 2 ) 轴套与主轴间隙配合， 在轴上无轴向定位， 实现了安装于轴套上的机械密封在 工作腔内的自动调节对中。 当轴套中心横截面的初始位置与工作腔中心横截面不重合， 即 轴套中心横截面的初始位置与左、 右端盖上的静环端面距离不等时， 旋转轴套带动与其旋 合的左螺母和右螺母分别等距离地向左、向右移动，推动 2组机械密封的动环座通过弹簧、 托环分别压向动环 0形圈和动环， 先压至静环的一组机械密封推动轴套向另一组机械密封 方向移动， 直至两组机械密封的端面比压相同为止。
( 3 )实现了机械密封端面摩擦磨损扭矩的精确测量。 2组机械密封安装在间隙配合于 主轴的轴套上， 端面摩擦磨损扭矩通过轴套毫无损失地传递给设置在主轴上位于轴套两端 U形开口中的传动销， 保证了机械密封端面摩擦扭矩测量的精确性。
( 4 ) 在左、 右端盖上设置的轴向力传感器， 能准确测量加载机械密封初始弹簧比压 和监测运行中的端面比压变化。 ( 5 ) 采用 2组尺寸相同、 端面比压相同的机械密封一起试验， 采用 2组机械密封积 累的泄漏量的平均值来表征单组机械密封的泄漏量， 采用 2组机械密封端面摩擦扭矩的平 均值作为单组机械密封的端面摩擦扭矩， 减少了随机性对测量带来的影响。

Claims

权利要求书
1. 一种机械密封性能试验装置， 包括主轴 （4)、 两端具有端盖的工作腔 （18)、 2 组 待测机械密封； 每个待测机械密封包括静环 0形圈 （71 )、 静环 （72)、 动环 （73)、 动环 0 形圈 （74)、 托环 （75)、 弹簧 （76)、 动环座 （77); 动环 （73) 与动环座 （77) 在轴向滑 动在周向定位相连， 在动环座 （77)与动环 （73)之间依次设置有弹簧（76)、 托环 （75)、 动环 0形圈 （74); 托环 （75) 与动环座 （77) 在轴向滑动连接； 静环 （72) 通过设置在 静环（72)外周上的静环 0形圈（71 )与端盖上的中心孔密封相连； 静环（72)与动环（73) 在轴向相对； 其特征在于：
与主轴 （4) 间隙配合的轴套 （5 ) 套装在主轴 （4) 上， 轴套 （5) 穿过工作腔 （18) 两端的端盖； 轴套 （5) 伸出端盖的两端开设有在同一母线上的 U形开口 （23)， 在对应于 U形开口 （23) 处的主轴 （4) 上设置有传动销； 轴套 （5) 中部有两段螺距相等、 旋向相 反的螺纹； 两个螺母分别与所述螺纹配合； 与轴套 （5 ) 轴线平行的短销 （10 ) 同时伸入 在两个螺母上所开的短销孔内； 两个螺母的背侧分别是两个待测机械密封中的动环座 ( 77)； 动环座 （77) 与轴套在轴向滑动在周向定位相连； 静环 （72)、 动环 （73) 均环绕 轴套；
在 U形开口侧壁与传动销之间设置有用于检测 U形开口侧壁与传动销之间作用力大小 的径向力传感器； 在至少一个端盖上开有供工艺轴穿过的工艺孔， 穿过工艺孔的工艺轴伸 入短销孔内； 工艺孔被可拆卸的工艺孔堵头 （24) 封闭。
2. 如权利要求 1 所述的机械密封性能试验装置， 其特征是： 用于检测静环 （72) 所 受轴向力大小的至少两个轴向力传感器（14)穿过端盖，并和与动环（73)相对的静环（72) 的背面接触； 所述轴向力传感器 （14) 均布在静环 （72) 的周向。
3. 如权利要求 1 所述的机械密封性能试验装置， 其特征是： 短销 （10) 与两个螺母 上的短销孔均为间隙配合。
4. 如权利要求 1所述的机械密封性能试验装置， 其特征是： 动环座（77)与轴套（5) 通过导向平键 （12) 相连。
5. 如权利要求 1 所述的机械密封性能试验装置， 其特征是： 螺母上开有导向孔内， 导向孔的轴线平行于轴套的轴线； 穿过工艺孔的工艺轴伸入到短销孔内或者伸入到导向孔 内。
6. 如权利要求 5 所述的机械密封性能试验装置， 其特征是： 工艺孔、 导向孔和短销 孔均以轴套轴线对称。
7. 如权利要求 1所述的机械密封性能试验装置， 其特征是： 轴套 （5) 以其中心横截 面对称； 两个待测机械密封对称布置在轴套 （5) 的中心横截面的两侧。
8. 如权利要求 1 所述的机械密封性能试验装置， 其特征是： 端盖上开设有与中心孔 同心的环槽， 构成泄漏腔 （16)， 环槽底部开设切线方向的导流孔 （17)， 用于机械密封的 泄漏量的收集和排放。
9. 如权利要求 1 所述的机械密封性能试验装置， 其特征是： 所述的径向力传感器为 无线径向力传感器。
10. 如权利要求 1所述的机械密封性能试验装置，其特征是：主轴（4)通过轴承箱（3)、 联轴器 （2) 与电机 （1 ) 相连， 所述电机 （1 ) 由变频调速器控制， 实现速度调节。
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