專(zhuān)利名稱(chēng)：端面密封摩擦表面溫度的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于端面密封測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于端面密封裝置尤其是開(kāi) 發(fā)新型端面密封或考核其性能的試驗(yàn)裝置的密封端面間摩擦溫度的測(cè)量技術(shù)。
背景技術(shù)：
端面密封是機(jī)械動(dòng)設(shè)備防止泄漏、節(jié)約能源、控制環(huán)境污染的重要功能元件，按密 封面形式不同分為平面和改型端面。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和性能穩(wěn)定，端面密封被廣泛應(yīng)用于電 力、船舶、航空航天、石油化工等領(lǐng)域的裝置上。端面密封在裝置中的連接狀態(tài)如圖1所示。 驅(qū)動(dòng)設(shè)備的動(dòng)力通常是采用主軸1-1穿過(guò)被密封設(shè)備的端蓋1-4將動(dòng)力傳遞給葉輪等做功 零部件的。為了保護(hù)主軸不被磨損，在主軸上套裝有軸套1-2，軸套與主軸之間采用螺紋連 接，限制軸套的周向和軸向自由度。動(dòng)環(huán)座1-12通過(guò)其上的支耳與軸套右端凸緣上周向均 布的兩個(gè)凹槽配合(或通過(guò)周向均布在其上的3只內(nèi)六角螺栓緊固于軸套上)，動(dòng)環(huán)座左端 設(shè)置動(dòng)環(huán)1-7，動(dòng)環(huán)與動(dòng)環(huán)座采用4組凹槽和凸緣配合。被密封設(shè)備的端蓋1-4通過(guò)螺栓 1-3固定在被密封設(shè)備的殼體1-9上。靜環(huán)1-6設(shè)置在被密封設(shè)備的端蓋的右側(cè)內(nèi)孔內(nèi)。 主軸及其上的軸套穿過(guò)靜環(huán)，靜環(huán)與動(dòng)環(huán)通過(guò)端面接觸形成摩擦副。在動(dòng)環(huán)與動(dòng)環(huán)座之間 設(shè)置有在常態(tài)時(shí)使得動(dòng)環(huán)與靜環(huán)接觸的彈性元件1-8。在軸套右端的內(nèi)孔與主軸之間放置 0形圈1-11，保證軸套和主軸之間的密封。軸套與動(dòng)環(huán)之間放置動(dòng)環(huán)0形圈1-13。在被密 封設(shè)備的端蓋與靜環(huán)之間放置靜環(huán)0形圈1-5。通過(guò)被密封設(shè)備的殼體、端蓋、靜環(huán)、動(dòng)環(huán)、 動(dòng)環(huán)座、主軸及軸套圍成一個(gè)密封腔1-10。工作過(guò)程中，端面密封的靜環(huán)依附在與被密封設(shè) 備的殼體相連的端蓋上，與殼體保持相對(duì)靜止，通過(guò)靜環(huán)0形圈1-5實(shí)現(xiàn)靜環(huán)和端蓋間的密 封。動(dòng)環(huán)穿套在軸套上，由兼作傳動(dòng)套的動(dòng)環(huán)座上的支耳插入軸套右端凸緣上的兩個(gè)凹槽 帶動(dòng)，再由軸套內(nèi)螺紋連接于主軸，隨主軸一同運(yùn)轉(zhuǎn)。動(dòng)環(huán)與軸套保持相對(duì)靜止，通過(guò)動(dòng)環(huán)0 形圈1-13實(shí)現(xiàn)動(dòng)環(huán)和軸套之間的密封。動(dòng)環(huán)與靜環(huán)之間具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，存在摩擦磨損；動(dòng) 環(huán)和靜環(huán)之間的磨損由動(dòng)環(huán)后的彈性元件1-8提供的軸向力推動(dòng)動(dòng)環(huán)前移實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償；動(dòng)環(huán) 和靜環(huán)之間的間隙是密封介質(zhì)泄漏的通道。端面密封一般只能在設(shè)計(jì)點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)工作條件或環(huán)境狀況發(fā)生變化時(shí)，如密 封處于極限工作狀態(tài)或者在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)參數(shù)范圍，將造成膜厚大范圍變化，加重端面 摩擦磨損、或者形成噴射式泄漏而導(dǎo)致密封失效。密封端面間的摩擦磨損和噴射式泄漏，都 會(huì)引起端面摩擦扭矩和溫度的變化，而偏離正常值。因此，測(cè)量摩擦端面溫度有利于了解和 控制端面工作狀況。在目前公知的現(xiàn)場(chǎng)端面密封裝置和試驗(yàn)裝置中，密封端面溫度或徑向溫度場(chǎng)是通 過(guò)在靜環(huán)背面加工一個(gè)或幾個(gè)分布在不同半徑上的深度相同的盲孔，并于其中安裝熱電偶 測(cè)量獲得的。利用在靜環(huán)中埋設(shè)熱電偶溫度傳感器的方法測(cè)得的靜環(huán)溫度，隨熱電偶埋設(shè) 深度的不同即熱阻的不同存在差異；熱電偶傳感器埋設(shè)處與密封表面越近，所測(cè)溫度越接 近端面摩擦溫度。當(dāng)傳感器埋設(shè)處與密封表面距離為0時(shí)，理論上傳感器測(cè)得的溫度便是 動(dòng)、靜環(huán)的摩擦溫度。然而，此時(shí)埋設(shè)在靜環(huán)中的熱電偶溫度傳感器已與動(dòng)環(huán)存在接觸，使得所測(cè)溫度變成了傳感器與動(dòng)環(huán)之間的摩擦溫度，同時(shí)也破壞了密封端面的完整性，增大 了泄漏危險(xiǎn)。出于端面摩擦溫度的保持時(shí)間只有幾十毫秒甚至更短，因而想通過(guò)移開(kāi)其中 一個(gè)端面，采用傳感器直接感知該端面摩擦溫度的測(cè)量方法也是不可行的。為了獲得密封 面真實(shí)溫度，要求所開(kāi)盲孔距離端面越近越好，這給加工帶來(lái)了極大的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有端面密封摩擦表面溫度的測(cè)量精度和可靠度差、加工近表面盲 孔困難等問(wèn)題而提出一種端面密封摩擦表面溫度的測(cè)量方法。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是靜環(huán)端面溫度測(cè)量系統(tǒng)由熱電偶溫度傳感器和靜環(huán)組成。作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)環(huán)，不 宜安裝熱電偶溫度傳感器，因此熱電偶溫度傳感器只能安裝在靜環(huán)上。為了不破壞端面的 完整性，在靜環(huán)密封面背面同一直徑上周向均布加工η個(gè)Φ1的軸向盲孔，盲孔底面距離 動(dòng)、靜環(huán)摩擦端面分別為hptv…，hn mmOvtv…，11 均小于靜環(huán)厚度)，采用絕緣膠將 熱電偶溫度傳感器埋入盲孔中，熱電偶溫度傳感器的信號(hào)線沿靜環(huán)座內(nèi)孔壁引出。將試驗(yàn) 過(guò)程中η處測(cè)得的溫度回歸成溫度-距離端面深度曲線T = f (h)，利用外插法求取h = O 處的端面溫度即為端面摩擦溫度。本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)所述的安裝熱電偶溫度傳感器的軸向盲孔的個(gè)數(shù)為3-5個(gè)。所述的安裝熱電偶溫度傳感器的軸向盲孔，其底面距離動(dòng)、靜環(huán)摩擦端面為 l-4mm。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是由于本發(fā)明中的端面溫度測(cè)量采用在靜環(huán)同一 直徑上均布并加工不同深度的盲孔，安裝熱電偶溫度傳感器測(cè)溫，回歸成溫度-距離端面 深度曲線的方法獲取端面溫度，克服了采用單一熱電偶溫度傳感器測(cè)量端面溫度必須獲取 貼近摩擦端面的盲孔的加工困難以及熱阻的影響，因此測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好，適于現(xiàn)場(chǎng)裝 置對(duì)端面密封的摩擦面溫度的監(jiān)控和試驗(yàn)裝置對(duì)各種端面密封的摩擦面溫度的測(cè)量。實(shí)現(xiàn) 了端面密封摩擦表面溫度的科學(xué)測(cè)量。


圖1表示端面密封在裝置中的連接狀態(tài)。圖2表示單獨(dú)硬質(zhì)靜環(huán)的盲孔開(kāi)設(shè)深度示意圖。圖3表示單獨(dú)硬質(zhì)靜環(huán)的盲孔開(kāi)設(shè)方位示意圖。圖4表示帶波紋管的硬質(zhì)靜環(huán)的盲孔開(kāi)設(shè)深度示意圖。圖5表示帶波紋管的硬質(zhì)靜環(huán)的盲孔開(kāi)設(shè)方位示意圖。圖6表示單獨(dú)硬質(zhì)靜環(huán)的端面密封在裝置中的安裝狀態(tài)。圖7表示帶波紋管硬質(zhì)靜環(huán)的端面密封在裝置中的安裝狀態(tài)。附圖1中，1-1主軸，1-2軸套，1-3螺栓，1_4被密封設(shè)備的端蓋，1_5被密封設(shè)備的 端蓋與靜環(huán)密封用O形圈，1-6靜環(huán)，1-7動(dòng)環(huán)，1-8彈性元件，1-9被密封設(shè)備殼體，1-10密 封腔，1-11軸套內(nèi)孔與主軸密封用O形圈，1-12動(dòng)環(huán)座，1-13軸套與動(dòng)環(huán)密封用O形圈。附圖2中，2-1深I(lǐng)ll的盲孔，2-2靜環(huán)，2_3為深、的盲孔。
4
附圖3中，3-1深I(lǐng)i1的盲孔1，3-2深I(lǐng)i2的盲孔2，3-3深I(lǐng)i3的盲孔3，3-4深h4的
盲孔4。附圖4中，4-1熱電偶溫度傳感器1引出導(dǎo)線，4-2波紋管底座，4_3波紋管，4-4熱 電偶溫度傳感器1，4-5動(dòng)環(huán)，4-6熱電偶溫度傳感器3，4-7熱電偶溫度傳感器3引出導(dǎo)線。附圖5中，5-1深I(lǐng)i1的盲孔1，5-2深I(lǐng)i2的盲孔2，5-3深I(lǐng)i3的盲孔3，5-4深h4的
盲孔4。附圖6中，6-1主軸，6-2熱電偶溫度傳感器1引出導(dǎo)線，6_3熱電偶溫度傳感器1，
6-4螺栓，6-5被密封設(shè)備的端蓋，6-6平墊密封，6-7靜環(huán)與被密封設(shè)備的端蓋密封用0形 圈，6-8靜環(huán)，6-9動(dòng)環(huán)，6-10彈性元件，6-11動(dòng)環(huán)座，6-12軸套，6_13密封腔殼體，6-14密封 腔，6-15軸套與主軸間密封用0形圈，6-16動(dòng)環(huán)與軸套間密封用0形圈，6-17熱電偶溫度傳 感器3，6-18熱電偶溫度傳感器3引出導(dǎo)線。附圖7中，7-1主軸，7-2熱電偶溫度傳感器1引出導(dǎo)線，7_3帶有動(dòng)環(huán)座的軸套，
7-4連接螺栓，7-5被密封設(shè)備的端蓋，7-6靜環(huán)與被密封設(shè)備的端蓋密封用0形圈，7-7靜 環(huán)，7-8波紋管，7-9熱電偶溫度傳感器1，7-10動(dòng)環(huán)，7-11動(dòng)環(huán)，7-12動(dòng)環(huán)與軸套密封用0 形圈，7-13密封腔殼體，7-14密封腔，7-15軸套與主軸間密封用0形圈，7-16熱電偶溫度傳 感器3，7-17平墊密封，7-18熱電偶溫度傳感器3引出導(dǎo)線。
具體實(shí)施例方式為進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳 細(xì)說(shuō)明如下實(shí)施例一圖6是單獨(dú)硬質(zhì)靜環(huán)的端面密封在裝置中的安裝狀態(tài)。主軸6-1穿過(guò) 被密封設(shè)備的端蓋6-5，伸入裝置的密封腔殼體6-13中。被密封設(shè)備的端蓋6-5與密封腔 殼體6-13采用螺栓6-4連接。端面密封的靜環(huán)6-8支承在被密封設(shè)備的端蓋6-5的右側(cè) 內(nèi)孔中，由0形圈6-7實(shí)現(xiàn)靜環(huán)6-8和被密封設(shè)備的端蓋6-5之間的密封。靜環(huán)6-8的另 一端面與動(dòng)環(huán)6-9的密封端面接觸，動(dòng)環(huán)6-9的另一端由彈性元件6-10支承，以獲得一定 的端面比載荷；彈性元件6-10由兼作傳動(dòng)套功能的動(dòng)環(huán)座6-11支承；動(dòng)環(huán)座上的支耳嵌 入軸套6-12右端的長(zhǎng)圓形卡槽內(nèi)，軸套6-12與主軸6-1之間采用螺紋連接，0形圈6_15密 封；主軸6-1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)軸套6-12轉(zhuǎn)動(dòng)，軸套上的卡槽帶動(dòng)動(dòng)環(huán)座轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)環(huán)座左端的凸緣 插入動(dòng)環(huán)上的凹槽帶動(dòng)動(dòng)環(huán)6-9轉(zhuǎn)動(dòng)；動(dòng)環(huán)6-9和軸套6-12間采用0形圈6_16密封；由密 封腔殼體6-13、被密封設(shè)備的端蓋6-5、靜環(huán)6-8、動(dòng)環(huán)6-9和主軸6_1組成密封腔6_14，內(nèi) 裝機(jī)械動(dòng)設(shè)備所輸送的流體。靜環(huán)端面溫度測(cè)量系統(tǒng)由熱電偶溫度傳感器(本實(shí)例采用鎳鉻-鎳硅熱電偶)和 靜環(huán)組成；靜環(huán)6-8周向均布4個(gè)Φ 1的軸向盲孔，盲孔底面距離動(dòng)環(huán)6-7、靜環(huán)6-8的摩 擦端面分別為lmm，2mm，3mm和4mm，采用絕緣膠將熱電偶溫度傳感器埋入盲孔中，熱電偶溫 度傳感器的信號(hào)線6-2、6-18(還有兩組圖中未能畫(huà)出)沿被密封設(shè)備的端蓋6-5內(nèi)孔壁引 出。將試驗(yàn)過(guò)程中4處測(cè)得的溫度回歸成溫度-距離端面深度曲線T = f(h)，利用外插法 求取h = 0處的端面溫度即為端面摩擦溫度。實(shí)施例二圖7是帶波紋管硬質(zhì)靜環(huán)的端面密封在裝置中的安裝狀態(tài)。與實(shí)施例 一所不同的是端面密封的結(jié)構(gòu)形式發(fā)生了變化，原來(lái)的靜環(huán)6-8改成波紋管底座7-7、波紋管7-8和靜環(huán)7-10組合件，原來(lái)的動(dòng)環(huán)6-9、彈性元件6-10和動(dòng)環(huán)座6_11改為動(dòng)環(huán)7_11。 靜環(huán)端面的溫度測(cè)量系統(tǒng)仍然由熱電偶溫度傳感器和靜環(huán)組成；將4個(gè)熱電偶溫度傳感器 7-9、7-16(還有兩個(gè)圖中未能畫(huà)出)周向均布到靜環(huán)背面軸向開(kāi)設(shè)的直徑為Φ1的盲孔中， 盲孔底面距離動(dòng)環(huán)7-11、靜環(huán)7-10的摩擦端面分別為1mm，2mm，3mm和4mm，采用絕緣膠將 熱電偶溫度傳感器埋入盲孔中，熱電偶溫度傳感器的信號(hào)線7-2、7-18(還有兩組圖中未能 畫(huà)出)沿波紋管7-8、波紋管底座7-7、被密封設(shè)備的端蓋7-5內(nèi)孔壁引出。將試驗(yàn)過(guò)程中 4處測(cè)得的溫度回歸成溫度-距離端面深度曲線T = f (h)，利用外插法求取h = 0處的端 面溫度即為端面摩擦溫度。
權(quán)利要求
1.一種端面密封摩擦表面溫度的測(cè)量方法，其特征是在靜環(huán)密封面背面同一直徑上 周向均布加工η個(gè)Φ1的軸向盲孔，盲孔底面距離動(dòng)、靜環(huán)摩擦端面分別為比丄2，…，hn mm, 采用絕緣膠將熱電偶溫度傳感器埋入盲孔中，熱電偶溫度傳感器的信號(hào)線沿被密封設(shè)備的 端蓋內(nèi)孔壁引出，將試驗(yàn)過(guò)程中η處測(cè)得的溫度回歸成溫度-距離端面深度曲線T = f (h)， 利用外插法求取h = 0處的端面溫度即為端面摩擦溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的端面密封摩擦表面溫度的測(cè)量方法，其特征是靜環(huán)端面溫度 測(cè)量系統(tǒng)由熱電偶溫度傳感器和靜環(huán)組成。
3.如權(quán)利要求1所述的端面密封摩擦表面溫度的測(cè)量方法，其特征是靜環(huán)上開(kāi)設(shè)安 裝熱電偶溫度傳感器的軸向盲孔的個(gè)數(shù)為3-5個(gè)。
4.如權(quán)利要求1所述的端面密封摩擦表面溫度的測(cè)量方法，其特征是靜環(huán)上開(kāi)設(shè)的 安裝熱電偶溫度傳感器的軸向盲孔，其底面距離動(dòng)、靜環(huán)摩擦端面為l_4mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種端面密封摩擦表面溫度的測(cè)量方法。在靜環(huán)密封面背面同一直徑上周向均布加工n個(gè)φ1的軸向盲孔，盲孔底面距離動(dòng)、靜環(huán)摩擦端面分別為h1，h2，…，hn mm，采用絕緣膠將熱電偶溫度傳感器埋入盲孔中，熱電偶溫度傳感器的信號(hào)線沿被密封設(shè)備的端蓋內(nèi)孔壁引出。將試驗(yàn)過(guò)程中n處測(cè)得的溫度回歸成溫度-距離端面深度曲線T＝f(h)，利用外插法求取h＝0處的端面溫度即為端面摩擦溫度。由于開(kāi)設(shè)孔是盲孔，保證了密封端面的完整性；盲孔深度未加特別限制，克服了加工無(wú)限貼近摩擦端面盲孔的困難以及熱阻對(duì)測(cè)量的影響，因此測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好，適于現(xiàn)場(chǎng)裝置對(duì)端面密封的摩擦面溫度的監(jiān)控和試驗(yàn)裝置對(duì)各種端面密封的摩擦面溫度的測(cè)量。
文檔編號(hào)G01K7/04GK102128692SQ201010556759
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者劉士國(guó), 華潔, 孫見(jiàn)君, 徐靜, 李佳, 涂橋安 申請(qǐng)人:南京林業(yè)大學(xué)