專利名稱：一種新型機械密封性能試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機械密封測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無附加軸向力，兩密封端面等比壓調(diào)節(jié)的新型機械密封性能試驗裝置。
背景技術(shù)：
機械密封作為泵、壓縮機和攪拌器等設(shè)備動力輸入軸的軸封，在石化、電力、航空等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著材料科學(xué)和制造技術(shù)的不斷進步，機械密封的壽命和可靠性得到了很大的提高，但在工業(yè)應(yīng)用中，其失效仍很普遍。要想獲得壽命長，性能穩(wěn)定的機械密封，不僅需要在前人研究的基礎(chǔ)上對機械密封結(jié)構(gòu)進行進一步優(yōu)化和設(shè)計，同時還需要開發(fā)可靠、測試方便的機械密封性能試驗裝置。根據(jù)機械密封的使用場合，目前機械密封性能試驗裝置主要分為以下四類(1) 船舶艉軸用機械密封試驗裝置；(2)泵用機械密封試驗裝置；(3)反應(yīng)釜用機械密封試驗裝置；(4)壓縮機用機械密封試驗裝置。從公知技術(shù)中可以看到，機械密封性能試驗裝置在安裝密封件的動力輸入軸的支承結(jié)構(gòu)上主要表現(xiàn)為單懸臂軸和雙懸臂軸，動力輸入軸與密封腔的連接表現(xiàn)為從單側(cè)端蓋穿入和兩側(cè)端蓋穿入穿出。對于單懸臂軸式機械密封試驗裝置，動力輸入軸穿入密封腔的一個端蓋，如圖I所示，被測機械密封用作腔體的密封件，與現(xiàn)場相近，但密封軸端在密封腔體內(nèi)，軸端受介質(zhì)壓力的作用會產(chǎn)生軸向力，密封件兩側(cè)介質(zhì)作用面積不等，也會產(chǎn)生軸向力，而不同軸向力引起的軸承阻力矩是不同的，影響了端面摩擦扭矩的測量精度；對于雙懸臂式機械密封試驗裝置，如圖2所示，介質(zhì)壓力在單個軸端引起的軸向力以及因密封件兩側(cè)介質(zhì)作用面積不等引起的軸向力，會被其對稱結(jié)構(gòu)所平衡，但增加了裝置的長度，特別是增加了動力輸入軸與動力裝置連接結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度；對于單懸臂式機械密封試驗裝置， 采用動力輸入軸穿入穿出密封腔兩側(cè)端蓋，兩對密封副對稱布置在密封腔內(nèi)，靜環(huán)安裝在密封腔端蓋上，如圖3所示。若兩端的兩對密封副的尺寸規(guī)格不一致，介質(zhì)壓力引起的軸向力將不能平衡；即使兩端的密封副的尺寸規(guī)格一致，由于結(jié)構(gòu)的限制，安裝后兩端的彈簧力將無法再調(diào)節(jié)，即試驗時二對被測密封面無法實現(xiàn)等比壓調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)計目的是提供一種新型機械密封性能試驗裝置，此裝置在任何試驗介質(zhì)壓力下均無附加軸向力產(chǎn)生，且兩對被測密封端面可以實現(xiàn)等比壓調(diào)節(jié)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種新型機械密封性能試驗裝置，包括扭矩傳感器、床身導(dǎo)軌、支承、主軸、插銷、左端蓋、靜環(huán)、動環(huán)、壓簧座、壓簧、動環(huán)座、導(dǎo)向平鍵、左螺母、銷軸I、右螺母、長軸套、右端蓋、緊定螺釘、密封腔殼體、拖板、銷軸II，其特征是主軸穿過密封腔殼體上的左端蓋和右端蓋，與主軸間隙配合的長軸套上加工有兩段螺距相等、螺旋線方向相反的螺紋，鎖緊密封腔殼體時，使旋合在長軸套上的左螺母和右螺母與密封腔殼體中間對稱，左螺母和右螺母兩側(cè)對稱布置有尺寸相同的動環(huán)座、壓簧、壓簧座、動環(huán)和靜環(huán)，且左右兩側(cè)的動、靜環(huán)均為被測密封環(huán)；順時針旋轉(zhuǎn)長軸套可帶動與其旋合的左螺母和右螺母等距離地向左、向右移動，推動左、右二個壓簧分別壓緊二個動環(huán)，直至滿足試驗時的端面比壓為止。安裝二對被測密封環(huán)時，先將靜環(huán)裝入左端蓋中，同時將插銷一端插入左端蓋孔中，另一端卡在靜環(huán)端面的槽中阻止二者之間的相對轉(zhuǎn)動，然后將左端蓋和其中的靜環(huán)一起套在主軸上，移動拖板帶動密封腔殼體向左至固定位置鎖緊，并將左端蓋與密封腔殼體用螺釘固定；主軸上其余零件的裝配順序依次為動環(huán)、壓簧座、壓簧及動環(huán)座、銷軸II、導(dǎo)向平鍵，然后將左螺母、右螺母、長軸套、銷軸I組合后一起裝入、再將銷軸II、動環(huán)座、壓簧、壓簧座、動環(huán)、靜環(huán)、插銷及右端蓋裝入，最后用螺釘將右端蓋與密封腔殼體固定， 旋緊長軸套上的緊定螺釘，密封腔殼體內(nèi)的軸系安裝完畢。安裝好后的軸系，兩對被測密封端面并未貼合，動、靜環(huán)之間的間隙為L。在配合上，主軸與左端動環(huán)、壓簧座、動環(huán)座、左螺母、長軸套之間為間隙配合，長軸套與其上的動環(huán)座、壓簧座、動環(huán)也是間隙配合；用緊定螺釘實現(xiàn)主軸與長軸套的周向固定，用導(dǎo)向平鍵實現(xiàn)主軸與左螺母的周向固定，用銷軸I實現(xiàn)右螺母與左螺母之間的周向固定。松開緊定螺釘后，相對于主軸旋轉(zhuǎn)長軸套可使左螺母和右螺母不轉(zhuǎn)動、只移動；擰緊緊定螺釘后，轉(zhuǎn)動主軸可通過左螺母、銷軸I、右螺母、銷軸
11、動環(huán)座帶動二個動環(huán)旋轉(zhuǎn)。試驗前，空載啟動電機，先由扭矩傳感器測出主軸支承中的摩擦扭矩，然后根椐兩對動、靜環(huán)的軸向尺寸及兩對動、靜環(huán)之間所有零件的軸向尺寸計算出兩對動、靜環(huán)端面之間的間距L，由此間距L和長軸套上螺紋的螺距算出兩對動、靜環(huán)端面剛好貼合時長軸套所需旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，按此圈數(shù)旋轉(zhuǎn)長軸套使兩對動、靜環(huán)端面剛好貼合; 再根椐試驗時被測密封端面所需的比壓，計算出作用在被測密封端面所要求的總壓力，顯然，總壓力包括二部分一部分是試驗時所通介質(zhì)在被測密封端面引起的壓力；另一部分是壓簧對被測密封端面的壓力；前者可通過介質(zhì)壓力作用在被測動、靜環(huán)上的凈面積算出， 后者為壓簧壓縮量和壓簧剛度的乘積與被測密封端面面積之比；由壓簧的壓縮量和長軸套上螺紋的螺距可計算出長軸套所需旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)；再旋轉(zhuǎn)長軸套至所需的圈數(shù)后擰緊緊定螺釘，通入一定壓力的介質(zhì)后，即被測密封端面達到試驗時所規(guī)定的比壓。試驗時，由扭矩傳感器測出的是試驗裝置中的總扭矩，總扭矩包括兩個被測密封端面的摩擦扭矩和主軸支承中的摩擦扭矩，將總扭矩減去試驗前測出的主軸支承中摩擦扭矩然后除以2，即為單個被測密封端面的摩擦扭矩。在規(guī)定的試驗時間內(nèi)，從兩個被測密封端面泄漏出的介質(zhì)分別經(jīng)左、右端蓋的環(huán)形槽的泄漏口中流出，將兩個泄漏口流出的介質(zhì)加起來除以2，即為單個被測密封端面的泄漏量。所述的長軸套上的兩段螺紋均為單線螺紋，與左螺母旋合的為左旋螺紋，與右螺母旋合的為右旋螺紋；在長軸套上旋入左螺母和右螺母時，使左螺母的右端面與右螺母的左端面正好位于長軸套上二段螺紋的正中間貼合，再從右螺母的右端面裝入銷軸I。所述的銷軸I左右兩端分別插入左螺母和右螺母的孔中，銷軸I左端與左螺母用過盈配合聯(lián)接、銷軸I右端與右螺母采用間隙配合，當旋轉(zhuǎn)長軸套帶動左螺母和右螺母分別向左、向右移動時，銷軸I隨著左螺母一起移動。四、有益效果本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是采用主軸穿過密封腔殼體并在密封腔殼體內(nèi)左右兩端的主軸上裝有尺寸相同的兩對被測密封環(huán)后，主軸不會因試驗介質(zhì)的加入而產(chǎn)生附加軸向力；長軸套上加工有兩段螺距相等、螺旋線方向相反的螺紋，順時針旋轉(zhuǎn)長軸套帶動與其旋合的左螺母和右螺母等距離地向左、向右移動，根椐長軸套旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)及其上螺紋的螺距計算出壓簧的壓縮量，再由壓縮量和壓簧的剛度可精確計算出被測密封端面所受的壓力，同時也保證了左右二對密封端面上所受的比壓相同；采用二對尺寸相同的被測密封環(huán)一起試驗，取其平均值作為該型號機械密封的試驗扭矩和泄漏量，減少了只用一對密封環(huán)測試時由于安裝等偶然因素造成扭矩和泄漏量測量不精確的影響。
五

圖I表示單懸臂式機械密封試驗裝置示意圖。圖2表示雙懸臂式機械密封試驗裝置示意圖。圖3表示輸入軸穿過密封腔兩側(cè)端蓋彈簧力不可調(diào)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4表示本試驗裝置安裝后試驗前的軸面剖視圖。圖5表示本試驗裝置安裝后試驗時的軸面剖視圖。圖6為密封腔殼體中間部分結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)90度后的局部剖視圖，表示銷軸I工的安裝情況。圖7表示左螺母、右螺母、長軸套和銷軸I組合后的軸面剖視圖。圖4、5、6、7中1、扭矩傳感器2、床身導(dǎo)軌3、支承4、主軸5、插銷6、左端蓋7、靜環(huán) 8、動環(huán)9、壓簧座10、壓簧11、動環(huán)座12、導(dǎo)向平鍵13、左螺母14、銷軸I 15、右螺母16、長軸套17、右端蓋18、緊定螺釘19、密封腔殼體20、拖板21、銷軸II。
六具體實施例方式為進一步了解本發(fā)明的內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下安裝二對被測密封環(huán)時，先將靜環(huán)7裝入左端蓋6中，同時將插銷5 —端插入左端蓋6的孔中，另一端卡在靜環(huán)7端面的槽中阻止二者之間的相對轉(zhuǎn)動(如圖4所示)，然后將左端蓋6和其中的靜環(huán)7 —起套在主軸4上，移動拖板20帶動密封腔殼體19向左至固定位置鎖緊，并將左端蓋6與密封腔殼體19用螺釘固定；主軸4上其余零件的裝配順序依次為動環(huán)8、壓簧座9、壓簧10、動環(huán)座11、銷軸1121(如圖6所示)、導(dǎo)向平鍵12，然后將左螺母13、右螺母15、長軸套16、銷軸114組合后(如圖7所示)一起裝入、再將銷軸1121 (如圖6所示)、動環(huán)座11、壓簧10、壓簧座9、動環(huán)8、靜環(huán)7、插銷5、右端蓋17裝入，最后用螺釘將右端蓋17與密封腔殼體19固定，旋緊長軸套上的緊定螺釘18，密封腔殼體19內(nèi)的軸系安裝完畢。安裝好后的軸系，兩對被測密封端面并未貼合，動、靜環(huán)之間的間隙為L(如圖 4所示)。在配合上，主軸4與動環(huán)8、壓簧座9、動環(huán)座11、左螺母13、長軸套16之間為間隙配合，長軸套16與其上的動環(huán)座11、壓簧座9、動環(huán)8也是間隙配合；用緊定螺釘18實現(xiàn)主軸4與長軸套16的周向固定，用導(dǎo)向平鍵12實現(xiàn)主軸4與左螺母13的周向固定，銷軸 114與左螺母13和右螺母15分別采用過盈配合和間隙配合。松開緊定螺釘18后，相對于主軸4旋轉(zhuǎn)長軸套16可使左螺母13和右螺母15不轉(zhuǎn)動、只移動；擰緊緊定螺釘18后，轉(zhuǎn)動主軸4可通過導(dǎo)向平鍵12、左螺母13、銷軸114、右螺母15、動環(huán)座11帶動二個動環(huán)8旋轉(zhuǎn)。試驗前，空載啟動電機，先由扭矩傳感器I測出主軸支承3中的摩擦扭矩，然后根椐兩對動、靜環(huán)的軸向尺寸及兩對動、靜環(huán)之間所有零件的軸向尺寸計算出兩對動、靜環(huán)端面之間的間距L，由此間距L和長軸套16上螺紋的螺距算出兩動、靜環(huán)端面剛好貼合時長軸套 16所需旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，按此圈數(shù)旋轉(zhuǎn)長軸套16使兩對動、靜環(huán)端面剛好貼合(如圖5所示)； 再根椐試驗時被測密封端面所需的比壓減去介質(zhì)壓力作用在被測動、靜環(huán)上的凈面積所產(chǎn)生的比壓，由此差值計算出壓簧10對被測密封端面所需壓力和旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)后，最后旋轉(zhuǎn)長軸套16至所需的圈數(shù)后擰緊緊定螺釘18。試驗時，由扭矩傳感器I測出的是試驗裝置中的總扭矩，總扭矩包括兩個被測密封端面的摩擦扭矩和主軸支承3中的摩擦扭矩，將總扭矩減去主軸支承3中的摩擦扭矩然后除以二，即為單個密封端面的摩擦扭矩。在規(guī)定的試驗時間內(nèi)，從兩個密封端面泄漏出的介質(zhì)分別經(jīng)左端蓋6和右端蓋17中的環(huán)形槽的泄漏口中流出，將兩個泄漏口流出的介質(zhì)加起來除以二，即為單個密封端面的泄漏量。
權(quán)利要求
1.一種新型機械密封性能試驗裝置，包括扭矩傳感器(I)、床身導(dǎo)軌(2)、支承(3)、主軸⑷、插銷(5)、左端蓋(6)、靜環(huán)(7)、動環(huán)(8)、壓簧座(9)、壓簧(10)、動環(huán)座(11)、導(dǎo)向平鍵(12)、左螺母(13)、銷軸I (14)、右螺母(15)、長軸套(16)、右端蓋(17)、緊定螺釘 (18)、密封腔殼體(19)、拖板(20)、銷軸II (21)，其特征是主軸(4)穿過密封腔殼體(19) 上的左端蓋(6)和右端蓋(17)，與主軸(4)間隙配合的長軸套(16)上加工有兩段螺距相等、螺旋線方向相反的螺紋，鎖緊密封腔殼體(19)時，使旋合在長軸套(16)上的左螺母(13)和右螺母(15)與密封腔殼體(19)中間對稱，左螺母(13)和右螺母(15)兩側(cè)對稱布置有尺寸相同的動環(huán)座(11)、壓簧(10)、壓簧座(9)、動環(huán)(8)和靜環(huán)(7)且左右兩側(cè)的動、靜環(huán)均為被測密封環(huán)；順時針旋轉(zhuǎn)長軸套(16)可帶動與其旋合的左螺母(13)和右螺母(15) 等距離地向左、向右移動，推動左、右二個動環(huán)座(11)通過壓簧(10)及壓簧座(9)分別壓緊二個動環(huán)，直至滿足試驗時的端面比壓為止。
2.根椐權(quán)利要求I所述的新型機械密封性能試驗裝置，其特征是長軸套(16)上的兩段螺紋均為單線螺紋，與左螺母(13)旋合的為左旋螺紋，與右螺母(15)旋合的為右旋螺紋。
3.根椐權(quán)利要求I所述的新型機械密封性能試驗裝置，其特征是銷軸1(14)左端與左螺母(13)用過盈配合聯(lián)接、與右螺母(15)之間采用間隙配合，用導(dǎo)向平鍵(12)實現(xiàn)左螺母(13)與主軸(4)的周向固定，用銷軸1(14)實現(xiàn)右螺母(15)與左螺母(13)的周向固定。
4.根椐權(quán)利要求I所述的新型機械密封性能試驗裝置，其特征是旋轉(zhuǎn)長軸套(16) 時，左螺母(13)和右螺母(15)相對于主軸(4)只移動、不轉(zhuǎn)動。
全文摘要
一種新型機械密封性能試驗裝置，其特征是主軸穿過密封腔殼體上的左端蓋和右端蓋，在密封腔殼體內(nèi)左右兩端的主軸上裝有尺寸相同的兩對被測密封環(huán)，在任何試驗介質(zhì)壓力下無附加軸向力產(chǎn)生；與主軸間隙配合的長軸套上加工有兩段螺距相等、螺旋線方向相反的螺紋，順時針旋轉(zhuǎn)長軸套可帶動與其旋合的左螺母和右螺母等距離地向左、向右移動，推動左、右二個壓簧分別壓緊二個動環(huán)，保證了左右二對密封端面上所受的比壓相同。采用二對尺寸相同的被測密封環(huán)一起試驗，取其平均值作為該型號機械密封的試驗扭矩和泄漏量，減少了只用一對密封環(huán)測試時由于安裝等偶然因素造成扭矩和泄漏量測量不精確的影響。
文檔編號G01M3/26GK102589821SQ20121003726
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月20日
發(fā)明者孫見君, 涂橋安, 胡瓊, 陶丹萍, 陶凱 申請人:南京林業(yè)大學(xué)