[发明专利]一种双侧充压高压动密封试验台及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双侧充压高压动密封试验台及试验方法，用于深井石油天然气开采、深海电机和潜艇的高压动密封试验研究，属于人工环境下的模拟试验设备。

背景技术

机械密封作为一种旋转动密封，目前已经广泛应用于石油化工、电力、船舶、航天等领域，涡轮钻井中用动密封来保护减速器和轴承，深海电机和深水机器人要用动密封来保护电机，所以密封一旦失效，往往会造成重大的经济损失。普通的机械密封工作压力都比较低，工作寿命比较长，但是在深井和深海这些高压环境下，密封要承受几十兆帕的压力，常规的单侧充压式密封机构是不可能正常工作的，通常都是在机械密封的另一侧充入稍高于介质压力的高压油来平衡密封两侧的压差，借助压力平衡机构保证油的压力始终高于介质压力。

现有的动密封试验由于结构设计和动力输入处密封PV值的限制，导致动密封的高压试验有一定的问题：1、试验台压力虽然满足密封试验的要求，但是不能长时间工作，主要是由于动力输入轴处高压动密封产生的PV值远远大于常用密封材料的最大PV值；同时这类试验台主要用来做密封破坏性试验，不能配合传感器实时采集密封端面的工作状态；2、单侧充压的密封试验台虽然可以长时间运转，并能够采集到密封面的温度和扭矩等信号，但试验压力都很低，和高压环境下的试验条件相比有较大的差距；3、测试密封面摩擦扭矩的常规方法都是在电机和轴承座之间安装扭矩传感器，由于动力输入处密封圈和密封腔内介质搅拌会产生很大的反扭矩，所以这种方法测来的误差比较大。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术不足，在综合分析现有试验台的基础上，提供一种高压工况下能长时间工作并较精确的采集端面信息的一种双侧充压高压动密封试验台及试验方法。

本发明的技术方案是：本发明一种双侧充压高压动密封试验台，主要包括增速系统、密封腔平衡系统、循环系统和信号采集系统。

所述增速系统主要由电机、变频器、齿轮增速箱和缓冲油缸组成。通过变频器控制电机以较低的转速输入齿轮增速箱，从而获得空心轴上测试机械密封的高转速，齿轮增速箱体与一缓冲油缸相通，可缓冲增速箱中的齿轮发热引起的压力不稳。

所述密封腔平衡系统主要由手压泵、平衡缸、密封腔、空心轴和两组机械密封组成。所述机械密封由动环和静环组成，通过手压泵向平衡缸中注入高压油，经高压管线进入齿轮增速箱中，然后通过空心轴进入测试静环和静环座组成的的空腔中；电动试压泵将高压介质充入平衡缸另一侧，然后进入密封腔内，与测试静环和静环座形成的的空腔中的润滑油形成第一个平衡；同时齿轮增速箱内的润滑油和密封腔内的高压介质通过连接套处的机械密封形成第二个平衡。

所述循环系统主要由电动试压泵、缓冲罐、活塞可调式减压阀、循环泵和水箱组成。通过电动试压泵向缓冲罐中注入高压介质，缓冲稳定后注入密封腔，最终经密封腔出口设置的活塞可调式减压阀减压后回到水箱左侧中，形成一条循环回路；循环泵吸水后进入增速箱中的冷凝管，对润滑油进行冷却后回到水箱右侧中，形成另一条回路。

所述信号采集系统主要由封装热电偶、扭矩传感器、微量位移传感器、数据采集卡、计算机组成。通过微量位移传感器间接测得弹簧压缩量，结合弹簧的劲度系数，测得密封端面比压；通过封装热电偶和温度变送器测得密封端面的温度；双向推力轴承限制了测试静环的轴向自由度，通过静环座和小轴把测试动环和测试静环的摩擦扭矩传递到扭矩传感器，配合固定支座测得测试静环和测试动环密封面的摩擦扭矩。

本发明一种双侧充压高压动密封的试验方法，主要包括以下步骤:

接通电源，然后打开电脑和信号采集系统，检查传感器和采集卡的线路连接，完成信号采集的初期工作；

启动微量位移传感器的采集界面，转动调节丝杆的手轮来移动密封腔底座，则密封腔整体可以在连接套上移动，从而对空心轴上得弹簧压缩量进行调节，根据实际需要的试验压力对试验密封环的接触比压进行调整，保证接触比压不小于0.8Mpa，并保存采集的位移信号；

缓慢用手压泵向平衡缸左侧中充入润滑油，润滑油经管线进入齿轮增速箱，然后通过空心轴充入测试静环和静环座组成的的空腔中，打开齿轮增速箱顶部的截止阀排出空气，待油从截止阀口冒出时，关闭截止阀；

继续压动手压泵向平衡缸左侧中充油，待压力升高到接近0.8Mpa时，开动电动试压泵以小流量向密封腔中充入高压介质，调节活塞可调式减压阀的出口压力，实现高压介质和高压油压力相同，保持一种动态的平衡；