[发明专利]机械密封性能试验装置及密封端面间的轴向力和温度测量方法

说明书

技术领域

本发明属于机械密封测试技术领域，特别涉及一种无轴向附加力、结构简单、操作方便，能够对机械密封动环和静环密封端面间的轴向力和温度精确测定的密封性能试验装置。

背景技术

作为离心泵、反应釜、压缩机等动设备的一种转轴密封，机械密封被广泛应用于航空，船舶、石油化工、核电站等领域。装置的大型化和生产的连续性，以及资源的日渐枯竭和环境的不断恶化，都对机械密封性能提出了更高的要求。机械密封分为接触式机械密封和非接触式机械密封两类，两者的区别在于后者的端面上开设有型槽，工作时端面间存在较大的膜压，动环和静环端面不接触，无摩擦磨损。为了了解新设计出的机械密封的性能，密封技术工作者开发了各种用途的机械密封性能试验装置。

从公知的技术中可以看到，机械密封性能试验装置按照主轴支撑的方式可以分为单悬臂结构和双悬臂结构，其特点是，工作主轴穿入一个密封腔端盖，或者穿入穿出两个密封腔端盖。对于单悬臂式机械密封试验装置，若工作主轴只穿入一个密封腔端盖，即工作主轴轴端处于密封腔中，则密封介质作用于轴端和动环及静环浸液表面，不同大小的密封介质压力以及不等的动环和静环浸液表面积形成的轴向力大小存在差异，由此导致支承主轴的轴承的摩擦扭矩不同，从而影响机械密封端面摩擦扭矩的测量精度，如专利CN100535627C；若工作主轴穿入穿出两个密封腔端盖，即工作主轴轴端处于密封腔外，则密封介质不作用于轴端，又由于对称布置于密封腔两端的两组机械密封，其动环和静环浸液表面净面积相等，因而主轴上不存在密封介质压力形成的轴向力，有效地解决了支承主轴轴承的摩擦扭矩变化对测量精度的影响问题，如专利CN102589821B，但是，要实现两组机械密封的弹簧力相等以避免产生轴向力带来轴承摩擦扭矩的影响，需要非常精细的调节，十分不便；要想将这种机械密封性能试验装置用于高速机械密封的性能测试，需要为其配备高速轴承箱。

对于双悬臂式机械密封性能试验装置，一般每个悬臂上匹配一个密封腔，并穿入各自密封腔的端盖，两组结构、尺寸相同的机械密封对称于工作主轴的中截面分别安装在悬臂的两端，可以相互抵消由于各个密封腔内密封介质引起的轴向力和弹簧引起的端面比载荷，解决了工作主轴只穿入一个密封腔端盖的单悬臂式机械密封性能试验装置存在不平衡轴向力的问题。但是，双悬臂式机械密封性能试验装置的动力装置必须布置在工作主轴的中间部位，采用皮带或齿轮传动，结构复杂。

在简化结构和轴向力平衡上，工作主轴穿入穿出两个密封腔端盖的机械密封性能试验装置具有明显的优势。专利CN103267613A采用工作主轴穿过与之间隙配合的轴套，在轴套中部设置螺距相等，螺旋线方向相反的两段螺纹，分别与左螺母和右螺母旋合，左螺母与右螺母上开设与轴套轴线平行的短销孔，用于插入短销，防止两螺母相对转动，旋转轴套，带动左右螺母等距的向左，向右移动，并推动分别与左螺母与右螺母接触的两组动环座，通过两组弹簧及两组推环推动两组动环对静环的压紧。该单悬臂结构实现了两组机械密封弹簧比压的等量调节，克服了密封腔端面浸液面积不等引起的不平衡轴向力。由于这种结构装置的轴套与工作主轴在具有相对运动趋势时，存在一定的滑动摩擦阻力，影响着密封端面摩擦扭矩的测量。

从公知技术还可以看到，机械密封性能试验装置测量技术的难点主要体现在密封端面摩擦扭矩、端面间轴向力和端面间温度的测量上。

专利CN1825083A利用在电机输出轴和工作主轴之间加装扭矩传感器来测量端面摩擦扭矩，为了提高测量灵敏度，以及保证一定的量程宽度和小转矩情况下的测量，扭矩轴直径通常设计得较小，这在实际测量时往往会因为启动转矩较大而损坏。专利CN103267613A采用在轴套两端开设U型口，U型口侧壁安装周向力传感器以及U型口处的工作主轴上设置传动销感知端面摩擦扭矩产生的力，然后乘以周向力传感器所处的力臂来获取密封端面摩擦扭矩的，避免了扭矩轴的使用，保证了测量灵敏度。