專利名稱：端面密封摩擦表面溫度的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于端面密封測控技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于端面密封裝置尤其是開 發(fā)新型端面密封或考核其性能的試驗裝置的密封端面間摩擦溫度的測量技術(shù)。
背景技術(shù)：
端面密封是機械動設(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)動設(shè)備的動力通常是采用主軸1-1穿過被密封設(shè)備的端蓋1-4將動力傳遞給葉輪等做功 零部件的。為了保護主軸不被磨損，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。動環(huán)座1-12通過其上的支耳與軸套右端凸緣上周向均 布的兩個凹槽配合(或通過周向均布在其上的3只內(nèi)六角螺栓緊固于軸套上)，動環(huán)座左端 設(shè)置動環(huán)1-7，動環(huán)與動環(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靜環(huán)，靜環(huán)與動環(huán)通過端面接觸形成摩擦副。在動環(huán)與動環(huán)座之間 設(shè)置有在常態(tài)時使得動環(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。軸套與動環(huán)之間放置動環(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。通過被密封設(shè)備的殼體、端蓋、靜環(huán)、動環(huán)、 動環(huán)座、主軸及軸套圍成一個密封腔1-10。工作過程中，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，與殼體保持相對靜止，通過靜環(huán)0形圈1-5實現(xiàn)靜環(huán)和端蓋間的密 封。動環(huán)穿套在軸套上，由兼作傳動套的動環(huán)座上的支耳插入軸套右端凸緣上的兩個凹槽 帶動，再由軸套內(nèi)螺紋連接于主軸，隨主軸一同運轉(zhuǎn)。動環(huán)與軸套保持相對靜止，通過動環(huán)0 形圈1-13實現(xiàn)動環(huán)和軸套之間的密封。動環(huán)與靜環(huán)之間具有相對運動，存在摩擦磨損；動 環(huán)和靜環(huán)之間的磨損由動環(huán)后的彈性元件1-8提供的軸向力推動動環(huán)前移實現(xiàn)補償；動環(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)計點穩(wěn)定運行。當工作條件或環(huán)境狀況發(fā)生變化時，如密 封處于極限工作狀態(tài)或者在運轉(zhuǎn)時遠離設(shè)計參數(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致密封失效。密封端面間的摩擦磨損和噴射式泄漏，都 會引起端面摩擦扭矩和溫度的變化，而偏離正常值。因此，測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)場端面密封裝置和試驗裝置中，密封端面溫度或徑向溫度場是通 過在靜環(huán)背面加工一個或幾個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，所測溫度越接 近端面摩擦溫度。當傳感器埋設(shè)處與密封表面距離為0時，理論上傳感器測得的溫度便是 動、靜環(huán)的摩擦溫度。然而，此時埋設(shè)在靜環(huán)中的熱電偶溫度傳感器已與動環(huán)存在接觸，使得所測溫度變成了傳感器與動環(huán)之間的摩擦溫度，同時也破壞了密封端面的完整性，增大 了泄漏危險。出于端面摩擦溫度的保持時間只有幾十毫秒甚至更短，因而想通過移開其中 一個端面，采用傳感器直接感知該端面摩擦溫度的測量方法也是不可行的。為了獲得密封 面真實溫度，要求所開盲孔距離端面越近越好，這給加工帶來了極大的困難。

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量精度和可靠度差、加工近表面盲 孔困難等問題而提出一種端面密封摩擦表面溫度的測量方法。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是靜環(huán)端面溫度測量系統(tǒng)由熱電偶溫度傳感器和靜環(huán)組成。作旋轉(zhuǎn)運動的動環(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Φ1的軸向盲孔，盲孔底面距離 動、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線沿靜環(huán)座內(nèi)孔壁引出。將試驗 過程中η處測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)措施來實現(xiàn)所述的安裝熱電偶溫度傳感器的軸向盲孔的個數(shù)為3-5個。所述的安裝熱電偶溫度傳感器的軸向盲孔，其底面距離動、靜環(huán)摩擦端面為 l-4mm。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是由于本發(fā)明中的端面溫度測量采用在靜環(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，因此測量精度高、穩(wěn)定性好，適于現(xiàn)場裝 置對端面密封的摩擦面溫度的監(jiān)控和試驗裝置對各種端面密封的摩擦面溫度的測量。實現(xiàn) 了端面密封摩擦表面溫度的科學測量。


圖1表示端面密封在裝置中的連接狀態(tài)。圖2表示單獨硬質(zhì)靜環(huán)的盲孔開設(shè)深度示意圖。圖3表示單獨硬質(zhì)靜環(huán)的盲孔開設(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)的盲孔開設(shè)方位示意圖。圖6表示單獨硬質(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動環(huán)座，1-13軸套與動環(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動環(huán)，6-10彈性元件，6-11動環(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引出導線。附圖7中，7-1主軸，7-2熱電偶溫度傳感器1引出導線，7_3帶有動環(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動環(huán)，7-11動環(huán)，7-12動環(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引出導線。
具體實施例方式為進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳 細說明如下實施例一圖6是單獨硬質(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 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 一端面與動環(huán)6-9的密封端面接觸，動環(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由兼作傳動套功能的動環(huán)座6-11支承；動環(huán)座上的支耳嵌 入軸套6-12右端的長圓形卡槽內(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)動時帶動軸套6-12轉(zhuǎn)動，軸套上的卡槽帶動動環(huán)座轉(zhuǎn)動，動環(huán)座左端的凸緣 插入動環(huán)上的凹槽帶動動環(huán)6-9轉(zhuǎn)動；動環(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、動環(huán)6-9和主軸6_1組成密封腔6_14，內(nèi) 裝機械動設(shè)備所輸送的流體。靜環(huán)端面溫度測量系統(tǒng)由熱電偶溫度傳感器(本實例采用鎳鉻-鎳硅熱電偶)和 靜環(huán)組成；靜環(huán)6-8周向均布4個Φ 1的軸向盲孔，盲孔底面距離動環(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 度傳感器的信號線6-2、6-18(還有兩組圖中未能畫出)沿被密封設(shè)備的端蓋6-5內(nèi)孔壁引 出。將試驗過程中4處測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，原來的動環(huán)6-9、彈性元件6-10和動環(huán)座6_11改為動環(huán)7_11。 靜環(huán)端面的溫度測量系統(tǒng)仍然由熱電偶溫度傳感器和靜環(huán)組成；將4個熱電偶溫度傳感器 7-9、7-16(還有兩個圖中未能畫出)周向均布到靜環(huán)背面軸向開設(shè)的直徑為Φ1的盲孔中， 盲孔底面距離動環(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線7-2、7-18(還有兩組圖中未能 畫出)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。將試驗過程中 4處測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Φ1的軸向盲孔，盲孔底面距離動、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線沿被密封設(shè)備的 端蓋內(nèi)孔壁引出，將試驗過程中η處測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量方法，其特征是靜環(huán)端面溫度 測量系統(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量方法，其特征是靜環(huán)上開設(shè)安 裝熱電偶溫度傳感器的軸向盲孔的個數(shù)為3-5個。
4.如權(quán)利要求1所述的端面密封摩擦表面溫度的測量方法，其特征是靜環(huán)上開設(shè)的 安裝熱電偶溫度傳感器的軸向盲孔，其底面距離動、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φ1的軸向盲孔，盲孔底面距離動、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線沿被密封設(shè)備的端蓋內(nèi)孔壁引出。將試驗過程中n處測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，克服了加工無限貼近摩擦端面盲孔的困難以及熱阻對測量的影響，因此測量精度高、穩(wěn)定性好，適于現(xiàn)場裝置對端面密封的摩擦面溫度的監(jiān)控和試驗裝置對各種端面密封的摩擦面溫度的測量。
文檔編號G01K7/04GK102128692SQ201010556759
公開日2011年7月20日 申請日期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, 華潔, 孫見君, 徐靜, 李佳, 涂橋安 申請人:南京林業(yè)大學