[实用新型]基于自供电和无线数据传输的机械密封端面摩擦扭矩测量装置

说明书

技术领域

本技术属于测试技术领域，特别是涉及一种进行机械密封端面摩擦扭矩测量的试验装置。

背景技术

资源的日益紧缺与环境的不断恶化，给企业提出了零泄漏和零排放的生产要求。机械密封，作为工业生产中动设备的主轴密封，一方面为设备的防漏提供保障，另一方面，由于端面摩擦磨损，也消耗着轴功率。为此，人们不断努力，寻求合适的端面比压和材料，以减小端面摩擦功耗，延长服役寿命，同时又保证机械密封的密封性。然而，密封副材料匹配的好坏及端面比压合适与否，集中反映在端面摩擦扭矩的大小上。

目前公知技术中机械密封性能试验装置的端面摩擦扭矩测量方法有反支力法和传递法。由这两种方法发展出来的端面摩擦扭矩测量技术有4种：

在转动密封腔上安装测力杆连接到扭矩传感器。如Mayer (机械密封.北京：化工出版社，1981)和专利CN103630301等提出的在转动密封腔上安装扭矩传感器测量密封端面摩擦扭矩技术。此技术需将密封腔支承起来，而密封腔旋转支承的摩擦对测试精度存在不可忽视的影响。

在电机与动力轴之间安装扭矩转速传感器。如Silvaggio（Silvaggo J A, Lipski M J, and Van Bramer K G. Successful Field Operation through Seal Development and Testing. Lubrication Engineering，1987，43(6)：433-439）和文献（高参数机械密封试验台数据采集及控制系统. 石油机械，2004年第32卷第1期）等提出采用在电机和轴承座之间安装扭矩转速传感器来测量机械密封端面摩擦扭矩。测试时，这种技术测量的扭矩是试验装置主轴上的总扭矩，包括被测密封端面的摩擦扭矩、主轴承的摩擦阻力矩和机械密封旋转部件在密封介质中的搅拌扭矩。由于承载不同轴向力的主轴承的摩擦阻力矩和机械密封旋转部件在不同压力的密封介质中的搅拌扭矩还无法直接测量，通常用空载下的主轴承的摩擦阻力矩和密封介质处于常压下的搅拌扭矩来代替，这些均给端面摩擦扭矩的测量精度带来很大的影响；另外，由于机械密封试验装置启动时总扭矩是正常扭矩的5-7倍以上，因而需要配备较大应力轴直径的扭矩转速传感器，而正常运行下的机械密封试验装置的端面摩擦扭矩较小，如果用此扭矩转速传感器测量机械密封端面摩擦扭矩，则产生的轴应变较小，测量精度将较低。为了提高测量精度，所选用的扭矩传感器的应力轴直径就应较小，但直径较小的应力轴又容易产生塑性变形甚至断裂，所以测量精度和应力轴大小两者不可兼得。

在静环座与静环之间安装扭矩传感器。孙见君（机械密封可控性研究及其工程应用问题的探讨.机械工程学报，2005,41（2）：15-19）等提出的在静环座与静环之间安装扭矩传感器测量密封端面摩擦扭矩的方法，就是将小量程大直径筒形扭矩传感器串联在静环座与静环之间，通过动环旋转带动静环偏转所产生的摩擦扭矩由扭矩传感器的阻力扭矩平衡，来测得机械密封端面摩擦扭矩。这种方法的优点是传感器结构简单、安装方便，特别是省去了静环与静环座之间O形圈的摩擦阻力矩对测量的影响，但小量程大直径筒形扭矩传感器的设计制造存在困难，一直未能获得有效的突破。对于带波纹管静环的机械密封，端面摩擦扭矩可以采用专利ZL 200610039084.5“多参数可测控高转速机械密封性能试验装置”中的方法测量，该方法所述的测量系统由静环座、导向筒、角位移传动扇形齿片、角位移传感器及小齿轮组成；导向筒一端与静环托环内孔螺纹紧密连接，导向筒的另一端活套在静环座压盖内孔中并通过轴套伸出到密封腔外部。通过角位移传感器测量伸出密封腔外部的导向筒的偏移，可以测量机械密封在工作前后弹性元件扭转角度的变化，再根据弹性元件刚度计算出端面摩擦扭矩。这种测量方法可以使静环的角位移无损失地传递给导向筒，至扇形齿片，至小齿轮，再至角位移传感器，避免了附加扭矩对测量值的干扰。但存在于扇形齿片和小齿轮之间的传动误差严重影响着测量精度。