双端面机械密封静压运转试验台的试验方法与流程

1.本发明涉及一种试验台及试验方法，尤其是涉及一种双端面机械密封静压运转试验台的试验方法，它属于检测设备技术领域。


背景技术：

2.机械密封又叫端面密封，是一种旋转机械的轴封装置，主要由动环（旋转环）与静环（静止环）组成，被广泛应用于离心泵、离心机、反应釜、压缩机等设备，且机械密封作为防止泄露的核心零部件其质量很大程度上直接影响这些设备的性能及使用寿命。因此，机械密封的可靠性尤为重要，相应地研究机械密封检测技术也具有重要意义。
3.机械密封产品按结构形式不同可细分为单端面机械密封、双端面机械密封等多种型式，其中双端面机械密封是被广泛应用于潜水泵产品的一种旋转轴封装置。行业内针对双端面机械密封产品主要开展机械密封静压运转试验，以检测机械密封产品分别在静止及旋转两种状态下的泄漏量并据此判定机械密封产品是否合格。
4.公开日为2020年06月05日，公开号为cn111238741a 的中国专利中，公开了一种名称为“一种机械密封检测装置以及冲洗检测工艺”的发明专利。该专利设计了泵托架，并将泵壳安装在托架上形成压力腔，静环安装在泵壳上、动环安装在泵轴上，经分析，该专利装置存在以下几方面不足：（1）泵轴上仅安装有被测机械密封产品，会产生很大的轴向不平衡力进而损坏检测装置，尤其不适用于高压机械密封产品检测（压力越大轴向不平衡力越大）；（2）泵轴安装机械密封产品端悬空，无任何支撑，泵轴高速旋转时容易产生较大的径向圆跳动、降低运转精度，甚至降低测试结果可靠性（泵轴径向跳动大会导致机械密封产生泄露、进而误导测试结果）；（3）检测装置缺少密封液加热或冷却机构，无法主动控制密封液温度；（4）检测装置无法适用于双端面机械密封产品检测，仅能适用于常规单端面机械密封产品检测，且检测装置通用性较差，针对不同尺寸的机械密封产品需要相应更换适配的泵轴、泵壳等零件，操作繁琐、劳动强度大。
5.因此，按照双端面机械密封行业的实际检测需求，开发一种轴向不平衡力小、可承受高压试验检测、主轴径向跳动小、密封液温度主动可控、通用性好、操作简便的双端面机械密封检测装置，作为开展双端面机械密封静压运转性能试验的检测设备，以提高机械密封检测设备技术水平、减轻机械密封检测试验劳动强度、推动我国机械密封检测设备标准化，显得尤为必要。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，试验结果准确可靠，设备通用性好，适用检测产品范围广，操作维护方便，可有效减轻检测试验劳动强度的双端面机械密封静压运转试验台的试验方法。
7.本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该双端面机械密封静压运转试验台的试验方法，包括双端面机械密封静压运转试验台，所述双端面机械密封静压运转试验台包
括机架、平板、接液腔、法兰盖、高压冷却罐、轴承箱、从动皮带轮、传动皮带、主动皮带轮、电机、可替换式轴套、滚动轴承、芯轴、传动主轴和一对圆锥滚子轴承，所述平板安装在机架上，电机安装在机架内部，轴承箱安装在平板上，高压冷却罐通过支架安装在平板上并高于轴承箱一定距离；传动主轴通过一对圆锥滚子轴承安装在轴承箱内；传动主轴一端通过主动皮带轮、从动皮带轮及传动皮带与电机连接，该传动主轴另一端与芯轴一端通过中心锥孔配合定位并采用圆螺母同轴固定连接，芯轴另一端通过滚动轴承支承在法兰盖上；可替换式轴套同轴固定安装在芯轴上，其特征在于：所述双端面机械密封静压运转试验台还包括压力腔尾段、压力腔首段、被测静环座一号、被测静环座二号、被测动环、陪测动环和陪测静环座，所述压力腔首段安装在轴承箱上并使得压力腔首段保持与轴承箱轴承安装孔同轴，压力腔尾段安装在压力腔首段上并使得压力腔尾段保持与压力腔首段同轴，法兰盖安装在压力腔尾段上并使得法兰盖保持与压力腔尾段同轴，接液腔安装在法兰盖上并使得接液腔保持与法兰盖同轴；陪测静环座同轴固定在轴承箱上，该陪测静环座内部安装有陪测静环，陪测动环固定在芯轴上并与陪测静环配合形成一对动密封；被测静环座一号同轴安装在压力腔首段上，该被测静环座一号内部安装有被测静环一，被测静环座二号同轴安装在法兰盖上，该被测静环座二号内部安装有被测静环二，被测动环固定在可替换式轴套上并与被测静环一、被测静环二配合形成一对双端面动密封；所述双端面机械密封静压运转试验台的试验方法的具体步骤如下：压力腔首段内壁、轴承箱端面、陪测静环座、陪测机械密封产品、被测静环座一号、被测机械密封产品共同构成了一个密封压力腔，该密封压力腔通过安装在轴承箱上的一进一出两条管路与高压冷却罐内部连通；压力腔尾段内壁、压力腔首段端面、被测静环座一号、法兰盖、被测静环座二号、被测机械密封产品共同构成了一个第二密封腔；工作时，通过控制注液阀门与排气阀门往密封压力腔内注满密封液，通过压力腔尾段上的注油孔往第二密封腔内注满密封油并保持该注油孔处于敞开状态，电机带动传动主轴与芯轴转动，被测动环随芯轴一起转动并与被测静环形成一对被测动密封，期间通过控制加压阀门精确控制密封压力腔内密封液压力、同时通过控制密封液加热装置及冷却盘管冷却流水精确控制压力腔内密封液温度；被测机械密封产品处于第二密封腔的密封油内，被测动环靠近密封压力腔的动环端面与被测静环座一号内的被测静环一形成一对被测动密封一，该被测动密封一隔离开密封压力腔内的密封液与第二密封腔内的密封油，被测动环靠近接液腔的动环端面与被测静环座二号内的被测静环二形成一对被测动密封二；如果被测机械密封产品一端的被测动密封一发生泄露则会有密封压力腔内的密封液渗出至第二密封腔中进而导致密封液与密封油的混合液从压力腔尾段上的注油孔溢出，如果被测机械密封产品另一端的被测动密封二发生泄露则会有第二密封腔内的密封油渗出并通过法兰盖流至接液腔中，因此通过观察注油孔及接液腔是否有泄露液渗出并对其进行称重计量或体积计量即可依据产品标准判定该被测双端面机械密封产品是否合格；且面对不同规格尺寸双端面机械密封产品只需通过更换可替换式轴套及被测静环座二号与被测静环座一号即可实现各产品静压运转检测试验。
8.作为优选，本发明所述轴承箱上开有轴承安装孔用于安装支承传动主轴，轴承箱上还开有与压力腔首段直接连通的压力传感器安装接口、温度传感器安装接口，轴承箱上另外还开有与压力腔首段直接连通的两个管路接口并分别通过一进一出两条管路与高压冷却罐连通。
9.作为优选，本发明所述高压冷却罐与压力腔首段中的密封液通过一进一出两条管路互相连通，且高压冷却罐内部空腔中安装有对密封液进行有效冷却降温的冷却盘管及对密封液进行有效加热升温的密封液加热装置，该高压冷却罐上还安装有与罐体内部空腔连通的排气阀门、注液阀门、加压阀门、排液阀门。
10.作为优选，本发明所述双端面机械密封静压运转试验台还包括用于测量传动主轴旋转速度的转速传感器所述转速传感器安装在平板上。
11.作为优选，本发明所述双端面机械密封静压运转试验台还包括用于测量压力腔首段内密封液压力的压力传感器，所述压力传感器安装在轴承箱上。
12.作为优选，本发明所述双端面机械密封静压运转试验台还包括用于测量压力腔首段内密封液温度的温度传感器，所述温度传感器安装在轴承箱上。
13.作为优选，本发明所述压力腔尾段顶部开有注油孔，底部开有排油孔。
14.作为优选，本发明所述法兰盖中心加工有轴承安装通孔。
15.本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：（1）芯轴一端通过中心锥孔与传动主轴配合定位，芯轴另一端通过滚动轴承支承在法兰盖上，该“简支梁”式稳固支撑结构有效减小芯轴高速运转时的径向圆跳动、提高传动主轴及芯轴整体运转精度，因此该双端面机械密封静压运转试验台具有主轴运转精度高、试验结果准确可靠的优点；（2）芯轴上同时对向安装有一套陪测机械密封产品及一套被测机械密封产品，可有效抵消传动主轴上的轴向不平衡力，且支承传动主轴的圆锥滚子轴承可承受轴向力较大，因此该机械密封静压运转试验台具有轴向不平衡力小、许用压力上限高、可适用于高压双端面机械密封产品检测的优点；（3）密封压力腔与高压冷却罐中的密封液通过一进一出两条管路互相连通，且高压冷却罐内部空腔中安装有冷却盘管基于热虹吸原理可对密封液进行有效冷却降温，同时高压冷却罐上还安装有密封液加热装置可对密封液进行有效加热升温，因此该机械密封静压运转试验台具有循环温控效果好、可精确控制密封液温度的优点；（4）对于不同尺寸规格的双端面机械密封产品测试时仅需相应设计更换可替换式轴套及两只被测静环座即可实现产品检测试验，且所有与密封压力腔内部连通的管路、传感器等都安装在轴承箱上，使得更换被测机械密封产品时无需重复拆装管路、传感器等零部件，因此该双端面机械密封静压运转试验台具有设备通用性好、适用检测产品范围广、操作维护方便、可有效减轻检测试验劳动强度的优点。
附图说明
16.图1为本发明实施例的双端面机械密封静压运转试验台轴测结构示意图。
17.图2为本发明实施例的双端面机械密封静压运转试验台剖视结构示意图。
18.图3为本发明实施例的双端面机械密封静压运转试验台轴承箱及压力腔部分的局部剖视结构示意放大图。
19.图中：机架1，平板2，接液腔3，法兰盖4，压力腔尾段5，压力腔首段6，高压冷却罐7，轴承箱8，皮带轮保护罩9，转速传感器10，压力传感器11，温度传感器12，从动皮带轮13，传动皮带14，主动皮带轮15，电机16，可替换式轴套17，被测动环18，被测静环座二号19，滚动轴承20，被测静环座一号21，陪测动环22，陪测静环座23，芯轴24，圆锥滚子轴承25，传动主轴26。
具体实施方式
20.下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
21.实施例。
22.参见图1至图3，本实施例双端面机械密封静压运转试验台包括机架1、平板2、电机16、轴承箱8、压力腔首段6、压力腔尾段5、传动主轴26、圆锥滚子轴承25、芯轴24、滚动轴承20、可替换式轴套17、法兰盖4、被测静环座一号21、被测静环座二号19、陪测静环座23、接液腔3、高压冷却罐7、主动皮带轮15、从动皮带轮13、传动皮带14、皮带轮保护罩9、转速传感器10、压力传感器11、温度传感器12及各种阀门、管路、密封件、紧固件等辅助部件。
23.本实施例中的轴承箱8固定安装在平板2上，轴承箱8左右两端面各开有一个轴承安装通孔用于安装支承传动主轴26，轴承箱8上还开有三个与压力腔首段6直接连通的螺纹接口并分别安装压力传感器11、温度传感器12、排液阀门，轴承箱8上另外还开有与压力腔首段6直接连通的密封液循环进液螺纹接口及密封液循环出液螺纹接口并分别通过管路与高压冷却罐7连通。
24.本实施例中的高压冷却罐7通过支架固定安装在平板2上并高于轴承箱8一定距离，以便于基于热虹吸原理的热循环；高压冷却罐7内部空腔中安装有冷却盘管且在高压冷却罐7上开有与内部冷却盘管两端分别连通的冷却盘管进水螺纹接口及冷却盘管出水螺纹接口，冷却盘管可选用铜管；高压冷却罐7上另外还开有与罐体内部空腔连通的密封液循环进液螺纹接口、密封液循环出液螺纹接口并分别通过管路与轴承箱8上的相应接口连通，此外高压冷却罐7上还开有与罐体内部空腔连通的加热装置螺纹接口并安装密封液加热装置、开有与罐体内部空腔连通的排气螺纹接口并安装排气阀门、开有与罐体内部空腔连通的注液螺纹接口并安装注液阀门、开有与罐体内部空腔连通的加压螺纹接口并安装加压阀门、开有与罐体内部空腔连通的排液螺纹接口并安装排液阀门，且高压冷却罐7设计有密封液液位观察窗口；密封液加热装置可选用电阻式加热管。
25.本实施例中的压力腔首段6固定在轴承箱8上并使得压力腔首段6保持与轴承箱8轴承安装孔同轴。
26.本实施例中的压力腔尾段5安装在压力腔首段6上并使得压力腔尾段5保持与压力腔首段6同轴，且压力腔尾段5顶部开有注油孔、底部开有排油孔。
27.本实施例中的法兰盖4固定在压力腔尾段5上并使得法兰盖4保持与压力腔尾段5同轴，法兰盖4中心加工有轴承安装通孔，且法兰盖4上还加工有流道通孔使得泄露密封油可以通过该流道通孔流出至接液腔3中。
28.本实施例中的接液腔3安装在法兰盖4上并使得接液腔3保持与法兰盖4同轴，接液腔3底部最低处开有通孔以便泄露密封油流出至计量工具中，且接液腔3还加工有密封油泄露观察窗口。
29.本实施例中的传动主轴26通过一对圆锥滚子轴承25安装在轴承箱8内，传动主轴26一端通过从动皮带轮13、主动皮带轮15及传动皮带14与电机16连接，传动主轴26另一端与芯轴24通过中心锥孔配合定位并采用圆螺母紧固进行同轴固定连接，芯轴24另一端通过滚动轴承20支承在法兰盖4上。
30.本实施例中的可替换式轴套17同轴固定安装在芯轴24上，可替换式轴套17根据被
测双端面机械密封产品规格尺寸采用相应外径尺寸与长度的轴套。
31.本实施例中的陪测静环座23同轴固定安装在轴承箱8上，陪测静环座23内部安装有陪测静环，陪测动环22固定安装在芯轴24上并与陪测静环配合形成一对动密封。
32.本实施例中的被测静环座一号21同轴固定安装在压力腔首段6上，被测静环座一号21内部安装有被测静环一，被测静环座二号19同轴固定安装在法兰盖4上，被测静环座二号19内部安装有被测静环二，被测动环18固定安装在可替换式轴套17上并与被测静环一、被测静环二配合形成一对双端面动密封。
33.本实施例中的压力腔首段6与轴承箱8、压力腔尾段5与压力腔首段6、法兰盖4与压力腔尾段5、接液腔3与法兰盖4、陪测静环座23与轴承箱8、被测静环座一号21与压力腔首段6、被测静环座二号19与法兰盖4之间固定安装时都应加装密封件，选用o型密封圈。
34.本实施例中的转速传感器10固定在平板2上，用于测量传动主轴26旋转速度。
35.本实施例中的压力传感器11安装在轴承箱8上，用于测量压力腔首段6内密封液压力。
36.本实施例中的温度传感器12安装在轴承箱8上，用于测量压力腔首段6内密封液温度。
37.本实施例中的机架1采用钢整体焊接机架或者铝合金型材机架，机架1底部安装脚座、机架1四周安装护板、机架1内部设置电机安装平台。
38.本实施例中的平板2采用铸造厚钢板，平板2上表面加工环形排水沟槽，且平板2固定安装在机架1上。
39.本实施例中的电机16采用变频调速电机，安装在机架1内部电机安装平台上。
40.本实施例的工作原理及试验的工作过程如下：压力腔首段6内壁、轴承箱8端面、陪测静环座23、陪测动环22、被测静环座一号21、被测动环18等共同构成了一个密封压力腔，同时该密封压力腔通过轴承箱8上的密封液循环进液螺纹接口、密封液循环出液螺纹接口及相应的管路与高压冷却罐7内部连通，高压冷却罐7与压力腔之间会产生热虹吸效应从而使得密封压力腔内的密封液会自动进行循环换热，通过控制高压冷却罐7上的注液阀门可以往该密封压力腔内注入密封液，通过控制高压冷却罐7上的加压阀门可以精确控制密封压力腔内密封液压力，通过控制高压冷却罐7上的密封液加热装置及冷却盘管冷却流水可以精确控制密封压力腔内密封液温度；压力腔尾段5内壁、压力腔首段6端面、被测静环座一号21、法兰盖4、被测静环座二号19、被测动环18等共同构成了一个第二密封腔，通过压力腔尾段5上的注油孔可以往第二密封腔内注入密封油，使得被测机械密封产品浸泡在密封油中；工作时，通过控制注液阀门与排气阀门往密封压力腔内注满密封液，通过压力腔尾段5上的注油孔往第二密封腔内注满密封油并保持该注油孔处于敞开状态，电机16带动传动主轴26与芯轴24转动，被测动环22随芯轴24一起转动并与被测静环形成一对被测动密封，期间通过控制加压阀门精确控制密封压力腔内密封液压力、同时通过控制密封液加热装置及冷却盘管冷却流水精确控制压力腔内密封液温度；被测机械密封产品处于第二密封腔的密封油内，被测动环22靠近密封压力腔的动环端面与被测静环座一号21内的被测静环一形成一对被测动密封一，该被测动密封一隔离开密封压力腔内的密封液与第二密封腔内的密封油，被测动环22靠近接液腔3的动环端面与被测静环座二号19内的被测静环二形成一对被测动密封二；如果被测机械密封产品一端的被测动密封一发生泄露则会有密封压力腔内的
密封液渗出至第二密封腔中进而导致密封液与密封油的混合液从压力腔尾段5上的注油孔溢出，如果被测机械密封产品另一端的被测动密封二发生泄露则会有第二密封腔内的密封油渗出并通过法兰盖4流至接液腔3中，因此通过观察注油孔及接液腔3是否有泄露液渗出并对其进行称重计量或体积计量即可依据产品标准判定该被测双端面机械密封产品是否合格；且面对不同规格尺寸双端面机械密封产品只需通过更换可替换式轴套17及被测静环座19与21即可实现各产品静压运转检测试验。
41.本实施例所述的双端面机械密封静压运转试验台的芯轴24一端通过中心锥孔与传动主轴26配合定位，芯轴24另一端通过滚动轴承20支承在法兰盖4上，该“简支梁”式稳固支撑结构有效减小芯轴24高速运转时的径向圆跳动、提高传动主轴26及芯轴24整体运转精度，因此具有主轴运转精度高、试验结果准确可靠等优点。
42.本实施例中的芯轴24上同时对向安装有一套陪测机械密封产品及一套被测机械密封产品，可有效抵消传动主轴26上的轴向不平衡力，且支承传动主轴26的圆锥滚子轴承25可承受轴向力较大，因此具有轴向不平衡力小、许用压力上限高、可适用于高压双端面机械密封产品检测等优点。
43.本实施例中的密封压力腔与高压冷却罐7中的密封液通过一进一出两条管路互相连通，且高压冷却罐7内部空腔中安装有冷却盘管基于热虹吸原理可对密封液进行有效冷却降温，冷却盘管选用铜管，同时高压冷却罐7上还安装有密封液加热装置可对密封液进行有效加热升温，因此具有循环温控效果好、可精确控制密封液温度等优点。
44.本实施例双端面机械密封静压运转试验台对于不同尺寸规格的双端面机械密封产品测试时仅需相应设计更换可替换式轴套17及被测静环座二号19、被测静环座一号21即可实现产品检测试验，且所有与密封压力腔内部连通的管路、传感器等都安装在轴承箱8上，使得更换被测机械密封产品时无需重复拆装管路、传感器等零部件，因此具有设备通用性好、适用检测产品范围广、操作维护方便、可有效减轻检测试验劳动强度等优点。
45.综上，本实施例双端面机械密封静压运转试验台及试验方法，具备轴向不平衡力小、可承受高压试验检测、主轴径向跳动小、密封液温度主动可控、通用性好、操作简便等优点，非常适合作为开展双端面机械密封静压运转性能试验的标准检测设备，将有效提高机械密封检测设备技术水平、减轻机械密封检测试验劳动强度、推动我国机械密封检测设备标准化。
46.通过上述阐述，本领域的技术人员已能实施。
47.此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。