[發明專利]一種雙側充壓高壓動密封試驗臺及試驗方法

有效

• 申請號: 201110313349.7
• 申請日: 2011-10-17
• 公開（公告）號: CN102507166A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 張曉東;張毅;龔彥;張群群;王海娟;謝先華
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01L5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種雙側充壓高壓動密封試驗臺及試驗方法，用于深井石油天然氣開采、深海電機和潛艇的高壓動密封試驗研究，屬于人工環境下的模擬試驗設備。

背景技術

機械密封作為一種旋轉動密封，目前已經廣泛應用于石油化工、電力、船舶、航天等領域，渦輪鉆井中用動密封來保護減速器和軸承，深海電機和深水機器人要用動密封來保護電機，所以密封一旦失效，往往會造成重大的經濟損失。普通的機械密封工作壓力都比較低，工作壽命比較長，但是在深井和深海這些高壓環境下，密封要承受幾十兆帕的壓力，常規的單側充壓式密封機構是不可能正常工作的，通常都是在機械密封的另一側充入稍高于介質壓力的高壓油來平衡密封兩側的壓差，借助壓力平衡機構保證油的壓力始終高于介質壓力。

現有的動密封試驗由于結構設計和動力輸入處密封PV值的限制，導致動密封的高壓試驗有一定的問題：1、試驗臺壓力雖然滿足密封試驗的要求，但是不能長時間工作，主要是由于動力輸入軸處高壓動密封產生的PV值遠遠大于常用密封材料的最大PV值；同時這類試驗臺主要用來做密封破壞性試驗，不能配合傳感器實時采集密封端面的工作狀態；2、單側充壓的密封試驗臺雖然可以長時間運轉，并能夠采集到密封面的溫度和扭矩等信號，但試驗壓力都很低，和高壓環境下的試驗條件相比有較大的差距；3、測試密封面摩擦扭矩的常規方法都是在電機和軸承座之間安裝扭矩傳感器，由于動力輸入處密封圈和密封腔內介質攪拌會產生很大的反扭矩，所以這種方法測來的誤差比較大。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術不足，在綜合分析現有試驗臺的基礎上，提供一種高壓工況下能長時間工作并較精確的采集端面信息的一種雙側充壓高壓動密封試驗臺及試驗方法。

本發明的技術方案是：本發明一種雙側充壓高壓動密封試驗臺，主要包括增速系統、密封腔平衡系統、循環系統和信號采集系統。

所述增速系統主要由電機、變頻器、齒輪增速箱和緩沖油缸組成。通過變頻器控制電機以較低的轉速輸入齒輪增速箱，從而獲得空心軸上測試機械密封的高轉速，齒輪增速箱體與一緩沖油缸相通，可緩沖增速箱中的齒輪發熱引起的壓力不穩。

所述密封腔平衡系統主要由手壓泵、平衡缸、密封腔、空心軸和兩組機械密封組成。所述機械密封由動環和靜環組成，通過手壓泵向平衡缸中注入高壓油，經高壓管線進入齒輪增速箱中，然后通過空心軸進入測試靜環和靜環座組成的的空腔中；電動試壓泵將高壓介質充入平衡缸另一側，然后進入密封腔內，與測試靜環和靜環座形成的的空腔中的潤滑油形成第一個平衡；同時齒輪增速箱內的潤滑油和密封腔內的高壓介質通過連接套處的機械密封形成第二個平衡。

所述循環系統主要由電動試壓泵、緩沖罐、活塞可調式減壓閥、循環泵和水箱組成。通過電動試壓泵向緩沖罐中注入高壓介質，緩沖穩定后注入密封腔，最終經密封腔出口設置的活塞可調式減壓閥減壓后回到水箱左側中，形成一條循環回路；循環泵吸水后進入增速箱中的冷凝管，對潤滑油進行冷卻后回到水箱右側中，形成另一條回路。

所述信號采集系統主要由封裝熱電偶、扭矩傳感器、微量位移傳感器、數據采集卡、計算機組成。通過微量位移傳感器間接測得彈簧壓縮量，結合彈簧的勁度系數，測得密封端面比壓；通過封裝熱電偶和溫度變送器測得密封端面的溫度；雙向推力軸承限制了測試靜環的軸向自由度，通過靜環座和小軸把測試動環和測試靜環的摩擦扭矩傳遞到扭矩傳感器，配合固定支座測得測試靜環和測試動環密封面的摩擦扭矩。

本發明一種雙側充壓高壓動密封的試驗方法，主要包括以下步驟:

接通電源，然后打開電腦和信號采集系統，檢查傳感器和采集卡的線路連接，完成信號采集的初期工作；

啟動微量位移傳感器的采集界面，轉動調節絲桿的手輪來移動密封腔底座，則密封腔整體可以在連接套上移動，從而對空心軸上得彈簧壓縮量進行調節，根據實際需要的試驗壓力對試驗密封環的接觸比壓進行調整，保證接觸比壓不小于0.8Mpa，并保存采集的位移信號；

緩慢用手壓泵向平衡缸左側中充入潤滑油，潤滑油經管線進入齒輪增速箱，然后通過空心軸充入測試靜環和靜環座組成的的空腔中，打開齒輪增速箱頂部的截止閥排出空氣，待油從截止閥口冒出時，關閉截止閥；

繼續壓動手壓泵向平衡缸左側中充油，待壓力升高到接近0.8Mpa時，開動電動試壓泵以小流量向密封腔中充入高壓介質，調節活塞可調式減壓閥的出口壓力，實現高壓介質和高壓油壓力相同，保持一種動態的平衡；