[實用新型]一種可以測量密封端面間軸向力和溫度的機械密封性能試驗裝置

有效

• 申請號: 201420726583.1
• 申請日: 2014-11-26
• 公開（公告）號: CN204214608U
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 聞洋洋;陸建花;孫見君;馬晨波;涂橋安
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: G01M3/02
• 分類號: G01M3/02;G01D21/02;G01L5/00;G01J5/10
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 王清義

技術領域

本實用新型屬于機械密封測試技術領域，特別涉及一種無軸向附加力、結構簡單、操作方便，能夠對機械密封動環和靜環密封端面間的軸向力和溫度精確測定的密封性能試驗裝置。

背景技術

作為離心泵、反應釜、壓縮機等動設備的一種轉軸密封，機械密封被廣泛應用于航空，船舶、石油化工、核電站等領域。裝置的大型化和生產的連續性，以及資源的日漸枯竭和環境的不斷惡化，都對機械密封性能提出了更高的要求。機械密封分為接觸式機械密封和非接觸式機械密封兩類，兩者的區別在于后者的端面上開設有型槽，工作時端面間存在較大的膜壓，動環和靜環端面不接觸，無摩擦磨損。為了了解新設計出的機械密封的性能，密封技術工作者開發了各種用途的機械密封性能試驗裝置。

從公知的技術中可以看到，機械密封性能試驗裝置按照主軸支撐的方式可以分為單懸臂結構和雙懸臂結構，其特點是，工作主軸穿入一個密封腔端蓋，或者穿入穿出兩個密封腔端蓋。對于單懸臂式機械密封試驗裝置，若工作主軸只穿入一個密封腔端蓋，即工作主軸軸端處于密封腔中，則密封介質作用于軸端和動環及靜環浸液表面，不同大小的密封介質壓力以及不等的動環和靜環浸液表面積形成的軸向力大小存在差異，由此導致支承主軸的軸承的摩擦扭矩不同，從而影響機械密封端面摩擦扭矩的測量精度，如專利CN100535627C；若工作主軸穿入穿出兩個密封腔端蓋，即工作主軸軸端處于密封腔外，則密封介質不作用于軸端，又由于對稱布置于密封腔兩端的兩組機械密封，其動環和靜環浸液表面凈面積相等，因而主軸上不存在密封介質壓力形成的軸向力，有效地解決了支承主軸軸承的摩擦扭矩變化對測量精度的影響問題，如專利CN102589821B，但是，要實現兩組機械密封的彈簧力相等以避免產生軸向力帶來軸承摩擦扭矩的影響，需要非常精細的調節，十分不便；要想將這種機械密封性能試驗裝置用于高速機械密封的性能測試，需要為其配備高速軸承箱。

對于雙懸臂式機械密封性能試驗裝置，一般每個懸臂上匹配一個密封腔，并穿入各自密封腔的端蓋，兩組結構、尺寸相同的機械密封對稱于工作主軸的中截面分別安裝在懸臂的兩端，可以相互抵消由于各個密封腔內密封介質引起的軸向力和彈簧引起的端面比載荷，解決了工作主軸只穿入一個密封腔端蓋的單懸臂式機械密封性能試驗裝置存在不平衡軸向力的問題。但是，雙懸臂式機械密封性能試驗裝置的動力裝置必須布置在工作主軸的中間部位，采用皮帶或齒輪傳動，結構復雜。

在簡化結構和軸向力平衡上，工作主軸穿入穿出兩個密封腔端蓋的機械密封性能試驗裝置具有明顯的優勢。專利CN103267613A采用工作主軸穿過與之間隙配合的軸套，在軸套中部設置螺距相等，螺旋線方向相反的兩段螺紋，分別與左螺母和右螺母旋合，左螺母與右螺母上開設與軸套軸線平行的短銷孔，用于插入短銷，防止兩螺母相對轉動，旋轉軸套，帶動左右螺母等距的向左，向右移動，并推動分別與左螺母與右螺母接觸的兩組動環座，通過兩組彈簧及兩組推環推動兩組動環對靜環的壓緊。該單懸臂結構實現了兩組機械密封彈簧比壓的等量調節，克服了密封腔端面浸液面積不等引起的不平衡軸向力。由于這種結構裝置的軸套與工作主軸在具有相對運動趨勢時，存在一定的滑動摩擦阻力，影響著密封端面摩擦扭矩的測量。

從公知技術還可以看到，機械密封性能試驗裝置測量技術的難點主要體現在密封端面摩擦扭矩、端面間軸向力和端面間溫度的測量上。

專利CN1825083A利用在電機輸出軸和工作主軸之間加裝扭矩傳感器來測量端面摩擦扭矩，為了提高測量靈敏度，以及保證一定的量程寬度和小轉矩情況下的測量，扭矩軸直徑通常設計得較小，這在實際測量時往往會因為啟動轉矩較大而損壞。專利CN103267613A采用在軸套兩端開設U型口，U型口側壁安裝周向力傳感器以及U型口處的工作主軸上設置傳動銷感知端面摩擦扭矩產生的力，然后乘以周向力傳感器所處的力臂來獲取密封端面摩擦扭矩的，避免了扭矩軸的使用，保證了測量靈敏度。