机械密封性能参数的测量技术_魏龙

文章编号: 1005 0329(2003)03 0021 03

技术综述

机械密封性能参数的测量技术

魏龙1 顾伯勤1 孙见君2

(1 南京工业大学,江苏南京 210009 2 南京化工职业技术学院,江苏南京 210048)

摘 要: 介绍了机械密封常规性能参数和特殊性能参数的测量技术,分析了常用测量方法的优缺点。指出了基于传感技术的计算机数据采集与处理是机械密封性能参数测量技术的发展趋势。

关键词: 机械密封;性能参数;测量技术

中图分类号: TH136,TB22 文献标识码: B

Measurement Techniques for Parameters of Mechanical Seal

Wei Long Gu Boqin Sun Jianjun

Abstract: Measurement techniques used frequently for the performance parameters of mechanical seal are presented and the features of various measurement methods are discussed.It will be the main trend to collect and process the experimental data with computer and sen sor based technology.

Keywords: mechanical seal;performance parameter;measurement technique

1 常规试验中性能参数的测量技术

国家标准GB/T14211-93 机械密封试验方法 规定了机械密封产品性能试验的基本原则、方法和对试验装置及仪器仪表的要求。标准中规定:型式试验运转时间应不少于100h,每隔4h测量并记录一次试验压力、温度、转速、泄漏量和功率消耗;出厂试验时间应不少于5h,每隔1h测量并记录一次试验压力、温度、转速、泄漏量和功率消耗;在达到型式试验规定的运转时间后,停机测量端面磨损量。由此可见,机械密封常规试验中所需测量的性能参数主要包括:压力、温度、转速、泄漏量、密封功耗和端面磨损量。

1 1 介质压力的测量

试验密封腔内介质压力的测量多采用指针式压力表[1~3],其构造简单、价廉、尺寸小、工作可靠、量程宽、精度也较高,但需人工读数和记录,目测误差较大,且无法传输采集。为便于计算机采集与处理,近年来不少试验装置采用压力传感器将压力信号转变为电信号再经放大、A/D转换,最后由计算机存贮和处理[4、5]。

1 2 介质温度的测量

密封腔内介质温度常采用直读式玻璃棒温度计、热电阻或热电偶进行测量。直读式玻璃棒温度计需人工读数记录,无法传输采集。采用热电阻或热电偶进行温度测量,既可利用计算机自动采集处理并记录,也可通过直读仪表进行人工记录。此外,亦可采用了双金属温度表测量介质温度[3]。孙见君等采用美国DALLAS公司生产的单线数字式温度传感器DS1820[5],将温度信号直接转换成串行数字信号供计算机采集与处理。

1 3 转速的测量

机械密封试验装置主轴转速测量常用的仪表有:磁电式转速表、光电式转速表以及转矩转速测量仪。这些转速测量仪表都可把主轴转速转换成电信号以利于计算机采集与处理。

1 4 泄漏率的测量

当密封流体为液体时,采用规定时间内收集

收稿日期: 2002 07 2221

2003年第31卷第3期 流 体 机 械

的泄漏液体的体积或重量来测量泄漏率。目前多数试验装置均采用量杯测量泄漏率[1~3],目测误差较大且无法传输采集。电子天平或称重传感器测量泄漏率精度较高,且便于计算机采集与处理[4~6]。静压气密性试验时,可以根据气体状态方程通过单位时间内压力的变化来计算泄漏率。如果进行气膜密封的运转试验,则可用微型气体流量计或 排水取气法 来测量泄漏率[7、8]。

1 5 密封功耗的测量

机械密封功耗的测量有三种方法。第一种是测量电功率。事先标定试验装置本身的空载功率,然后由密封运转时的总功率减去空载功率即为密封功率。第二种通过测量转矩M和转速n、角速度 ,利用公式N=M 来计算功率。同样,计算中应减去试验装置的空载转动力矩。第三种是热平衡法,即通过测量密封流体的循环流量Q 和进出口温差 T来计算功耗:N=cQ T,其中c 为密封流体的比热容。上述三种方法测出的密封功耗既包括端面的摩擦功耗又包括旋转件的搅拌功耗。李鲲等对机械密封的总功率消耗和搅拌功率进行了试验研究,结果表明,高转速下密封搅拌功率约占总消耗功率的1/3左右,在低压情况下甚至更多[9]。

1 6 端面磨损量测量

通常采用密封环试验前后的长度之差来测量端面磨损量,也可采用密封环试验前后的重量之差换算出磨损量。长度测量仪一般选用千分尺,也可采用光学测长仪。如果磨损量很小,可以用表面轮廓仪(泰勒仪)来测摩擦副宽环端面的磨损量。对于窄环端面,由于磨损后原来的基准已不复存在,但可以用 比较法 来测量(用光学测长仪对块规与窄环试验前后的高度进行比较),或者用 划痕法 来测量,即在不影响性能的前提下,在窄环端面上沿周向刻上2~4条很浅的划痕,一般为5~10 m,用泰勒仪测量试验前后的划痕深度,便可测量出微量磨损。

2 特殊性能参数的测量技术

2 1 端面温度及密封环温度场的测量

机械密封端面温度的测量方法主要有热电阻法、热电偶法和红外测量法等[10]。热电阻温度传感器测量精度高、响应速度快,因而在测量端面温度时能直观地反映密封面的摩擦发热情况。它的缺点是体积大、线性差、老化快、对环境温度敏感性大,且体积较大,难以多点测量。用于测量流体润滑状态下的机械密封端面温度时,效果较好,在混合摩擦状态下,测试数据稳定性较差。热电偶温度传感器可以做得很小,因而可方便地埋设于密封环内,且便于多点测量。该类传感器的最显著特点是测试精度高、相对稳定性好,其缺点是响应速度不如热电阻温度传感器。红外测温法是利用红外光谱进行测温的一种方法,能实现端面温度的连续、实时测试,其主要缺点是红外热像仪价格昂贵,因而难以推广使用。

王玉明等通过在距离静环端面1mm左右处埋设热敏电阻对螺旋槽流体动压非接触式机械密封的端面温度进行了测量[11]。李红、朱孝平、宋鹏云等都利用在静环内埋设热电偶对机械密封端面温度进行了测定[10、12、13]。朱孝平还利用热电偶对在变工况条件下的机械密封端面温度进行了动态测量,结果表明:端面温度能及时反映工况的变化情况,利用端面温度的变化趋势能判断端面摩擦状态的变化[14]。

2 2 端面摩擦扭矩的测量

机械密封端面摩擦扭矩的测量目前主要采用的是支反力法和传递法。

迈尔、刘志国、王春扬等采用支反力法对端面摩擦扭矩进行了测量[6、15、16]。在可转动密封腔上设置测力杆,并使之作用于载荷传感器上,由此测得扭矩。但是,密封腔旋转支承的摩擦会影响测试精度,所以对旋转支承要求极高,刘志国、王春扬采用了空气轴承。

采用传递法测量扭矩的仪器小巧轻便,扭矩传感器可以直接串接到传动系统中,而无须改变机械系统结构,因而测量结果真实。戈建志、孙见君、宋鹏云等采用扭矩传感器对摩擦扭矩进行了测量[5、13、17]。吴宗祥等通过对比试验验证了由支反力法和传递法得到的端面摩擦系数较为接近,而传递法则较为简便[18]。

2 3 连续运转状态下端面磨损量的测量

机械密封摩擦副的磨损是影响机械密封正常工作寿命的重要原因。通常采用的拆卸密封摩擦副测量累计磨损量的方法,会破坏摩擦副的摩擦和配合状态,使变工况磨损量的测试产生较大的误差。因此,不拆卸摩擦副甚至于连续动态测试磨损量将是研究机械密封磨损过程的理想方法。郝点等在机械密封端面磨损试验中采用了电阻磨

22 FL UID MAC HI NERY Vol 31,No 3,2003