[实用新型]机械密封端面磨损量在线测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于摩擦学测试技术领域，特别涉及一种采用B超成像技术进行机械密封端面间磨损量实时、精确的在线测量装置及方法。适用于利用机械密封实现转轴密封的装置、机械密封性能试验装置和摩擦磨损试验机。

背景技术

机械密封又称为端面密封，被广泛应用于石化、航空、核电等领域的旋转机械中。机械密封的密封效果和寿命依赖于动、静环摩擦副的工作状态，具体体现在泄漏率和磨损量上。对于机械密封而言，泄漏率和磨损是一对矛盾。由机械密封的工作原理可知，要降低密封端面间的泄漏率，需要增大其端面比压，而增大端面比压又会促进动环和静环的磨损。磨损的出现，不仅减薄了动环和静环的厚度，使得密封所需的端面比压降低，增加产生泄漏的危险；同时，磨损产生的摩擦热还会导致动、静环材料硬度降低，耐磨性变差，加速动环和静环的磨损。因此，人们特别关注机械密封出厂测试中磨损量的测量，以及为适应新工况进行产品开发时新材料配对测试中磨损量的测量。

GB/T14211-2010规定机械密封产品型式试验可将密封环试验前后厚度差或者重量差作为磨损量，磨损速度不大于0.02mm/100h。密封环磨损厚度是在密封装置停止运转的条件下，从装置上取下密封环采用千分尺测量或者采用天平称重再除以材料密度获得的。由于规定的测试时间短，产生的磨损量较小，若采用千分尺测量，往往因为千分尺与密封端面的夹持角度、夹持力不同而引起较大的误差；若采用称重法测量，又会因为软质材料的孔隙吸入试验介质，难以获得准确的重量差(对于油一类的试验介质，直接采用烘箱干燥，软质材料试件的孔隙中总有试验介质残留)而无法求得准确的磨损厚度。

公知技术资料显示，陈匡民等通过在轴端安装高精度的位移传感器，在线测量了电偶腐蚀条件下机械密封的磨损量，但由于轴承间隙的影响，使得这一方法并未获得令人满意的测量结果(陈匡民,黄敏,董宗玉.机械密封电偶腐蚀影响磨损速率规律的研究[J].流体工程,1988(12):1-5.)。李石红、Philip等在不影响密封性能的前提下事先刻划少量的5-10μm浅痕于软质密封环端面上，试验后利用泰勒仪测量划痕残留深度，通过与试验前划痕深度的对比求得密封环的磨损量(李石红.潜水电泵的可靠性分析与测试系统的研究[D].浙江：浙江大学,2005；PhilipJ.Guichelaar,MollyW.Williams,ChadW.OmoandDeborahWilde.Experimentalverificationofthermoelasticmechanicalsealfacedeflectionbylocalwearmeasurements[J].LubricationEngineering,2000(7):26-31)；还有不少研究者利用高精度天平称量试验前后密封环的重量来表征其磨损量(如刘士国,孙见君,涂桥安等.不同材料配对机械密封的端面摩擦特性试验研究[J].润滑与密封,2010,35(12):91-94；王飞,刘一波,陈广志.煤油泵用铜基轴尾密封材料及其摩擦学性能研究[J].粉末冶金技术,2013,31(6):433-438.)。但这2种方法都存在需要停机才能测量的缺陷，无法获取在线、实时的磨损量，效率较低。郝点、顾永泉采用测试磨损电阻阻值的方法，即将两个同样规格的丝栅铂式电阻片放置在静环端面开设的圆孔中，其中一个电阻片与静环一起参与磨损，另一个作为补偿使用，通过电阻片发生磨损后引起的阻值变化来实现密封装置连续工作时磨损量的动态测量(郝点,顾永泉.机械密封磨损测试与磨损系数研究[J].流体工程,1991(6):8-13.)，但这种方法需要在静环端面上开孔安装丝栅铂式电阻，比较繁琐，且丝栅铂式电阻裸露于静环端面还导致其磨损并不等同于原有动环和静环之间的磨损，可靠性差。

实用新型内容

本实用新型提供了一种能够对机械密封端面磨损量实现在线实时测量、且精度高、可靠性好、非接触式的基于数字B超成像技术的机械密封端面磨损量在线测量装置。

本实用新型所述的机械密封端面磨损量在线测量装置，包括设置于被测试的机械密封静环7和动环5结合面B的径向外侧的密封腔内的超声探头10，超声探头10、数字B超采集卡11、接口卡12、计算机13依次电连接组成测量系统。

上述的机械密封端面磨损量在线测量装置，超声探头10为多阵元线阵宽频探头。

本实用新型为解决现有机械密封端面磨损量因停机测量造成的效率低或在线测量精度低、可靠性差等问题而还提出的一种非接触式的基于数字B超成像技术的机械密封端面磨损量在线测量方法。