[发明专利]机械密封端面摩擦扭矩测量方法

说明书

技术领域

本发明属于机械密封技术领域，特别是涉及一种用于机械密封状态参数现场监控或考核系统的端面摩擦扭矩测量技术。

背景技术

机械密封作为动力输入轴与被密封设备壳体之间的有效密封元件，广泛应用于化工、石油化工、电力、交通运输等领域。机械密封动环与动力输入轴或轴套保持相对静止，静环与静环座保持相对静止，分别用O形圈实现彼此之间的密封；动、静环之间依靠弹性元件的弹力和被密封介质压力的轴向分力，形成一定的端面比载荷而实现密封。动、静环端面间存在相对滑动，存在摩擦磨损。动、静环之间端面摩擦扭矩的大小反映了机械密封运转时的摩擦功耗、摩擦发热量、端面温度以及端面磨损速率等工作参数，影响着机械密封性能。端面摩擦扭矩的准确测定，有利于了解机械密封工作状况，有利于进一步开展机械密封控制系统设计，提高整套机器设备运行的可靠性。

长期以来，机械密封端面摩擦扭矩测量方法的研究一直为人们所关注，并取得了一定的进展。但由于受各种因素的影响和条件限制，至今还未见有对机械密封实际运行时的端面摩擦扭矩进行测量的理想或成熟的方法。

目前公知的密封端面摩擦扭矩的测量方法有三种：在转动密封腔上安装扭矩传感器，在电机与动力输入轴之间安装扭矩传感器，以及在静环座与静环之间安装扭矩传感器测量。

在转动密封腔上安装扭矩传感器测量密封端面摩擦扭矩的方法，是利用一组轴承1-7将由动环1-5、静环1-6、可换连接轴1-4和杯形端盖1-14组成的密封腔支撑起来，当皮带轮1-1带动动力输入轴1-2旋转时，带动安装在与动力输入轴相连的可换联接轴上的动环转动，动环通过摩擦作用带动安装在杯形端盖上的静环产生转动趋势，连接在密封腔上的扭矩仪摆臂作用于荷重传感器，将端面摩擦扭矩之力变成电信号，引入相应的仪表而测量的。图1为在转动密封腔上安装扭矩传感器测量密封端面摩擦扭矩的示意图。这种方法需要将密封腔支承起来，而密封腔中不同介质压力引起的轴承摩擦力差异对测试精度影响颇大。

在电机与动力输入轴之间安装扭矩传感器，将测得的信号输入到计算机，测得动力输入轴扭矩，再将所测得的动力输入轴扭矩减去主轴承的摩擦阻力矩和机械密封旋转部件在介质中产生的搅拌扭矩，便可求得机械密封端面摩擦扭矩。这种测量方法简便、直接。然而，工作过程中密封腔内介质的压力变化会产生不同的轴向载荷，而不同轴向载荷下主轴承的摩擦阻力矩是不同的；机械密封旋转部件的搅拌扭矩随密封介质的压力不同也是不同的；目前主轴承的摩擦阻力矩和机械密封旋转部件在不同压力的密封介质中的搅拌扭矩还无法直接测量，通常用空载下的主轴承的摩擦阻力矩和密封介质处于常压下的搅拌扭矩来代替，这些均给端面摩擦扭矩的测量精度带来很大的影响；特别是在现场装置上，装有机械密封动环的动力输入轴带动的工作元件是叶轮，叶轮对介质做功所消耗的扭矩比密封端面摩擦扭矩大得多，串联安装于动力输入轴和电机之间的扭矩传感器的量程较大，这使得微小的端面摩擦扭矩信号的提取变得十分困难，甚至很容易被干扰所淹没。因而这种方法不适合用于对现场装置上机械密封端面摩擦扭矩的测控。

在静环座与静环之间安装扭矩传感器测量密封端面摩擦扭矩的方法，就是将小量程大直径筒形扭矩传感器串联在静环座与静环之间，通过动环旋转带动静环偏转所产生的摩擦扭矩由扭矩传感器的阻力扭矩平衡，来测得机械密封端面摩擦扭矩。这种方法的优点是传感器结构简单、安装方便，特别是省去了静环与静环座之间O形圈的摩擦阻力矩对测量的影响，但小量程大直径筒形扭矩传感器的设计制造存在困难，一值未能获得有效的突破。对于带有波纹管静环的机械密封，端面摩擦扭矩可以采用专利号ZL 200610039084.5“多参数可测控高转速机械密封性能试验装置”中的方法测量，该方法所述的测量系统由静环座、导向筒、角位移传动扇形齿片、角位移传感器及小齿轮组成；导向筒一端与静环托环内孔螺纹紧密连接，导向筒的另一端活套在静环座压盖内孔中并通过轴套伸出到密封腔外部。通过角位移传感器测量伸出密封腔外部的导向筒的偏移，可以测量机械密封在工作前后弹性元件扭转角度的变化，再根据弹性元件刚度计算出端面摩擦扭矩。这种测量方法可以使静环的角位移无损失地传递给导向筒，至扇形齿片，至小齿轮，再至角位移传感器，避免了附加扭矩对测量值的干扰。但存在于扇形齿片和小齿轮之间的传动误差严重影响着测量精度。

发明内容

本发明是为解决现有机械密封端面摩擦扭矩测量精度低、可靠度差，小量程大直径筒形扭矩传感器制造困难，以及无法开展现场装置中端面密封摩擦状况监控等问题，而提出一种机械密封端面摩擦扭矩测量方法。