基于自供電和無線數據傳輸的機械密封端面摩擦扭矩測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本技術屬于測試技術領域，特別是涉及一種進行機械密封端面摩擦扭矩測量的試驗裝置。
【背景技術】
[0002]資源的日益緊缺與環境的不斷惡化，給企業提出了零泄漏和零排放的生產要求。機械密封，作為工業生產中動設備的主軸密封，一方面為設備的防漏提供保障，另一方面，由于端面摩擦磨損，也消耗著軸功率。為此，人們不斷努力，尋求合適的端面比壓和材料，以減小端面摩擦功耗，延長服役壽命，同時又保證機械密封的密封性。然而，密封副材料匹配的好壞及端面比壓合適與否，集中反映在端面摩擦扭矩的大小上。
[0003]目前公知技術中機械密封性能試驗裝置的端面摩擦扭矩測量方法有反支力法和傳遞法。由這兩種方法發展出來的端面摩擦扭矩測量技術有4種:
[0004]在轉動密封腔上安裝測力桿連接到扭矩傳感器。如Mayer (機械密封.北京:化工出版社，1981)和專利CN103630301等提出的在轉動密封腔上安裝扭矩傳感器測量密封端面摩擦扭矩技術。此技術需將密封腔支承起來，而密封腔旋轉支承的摩擦對測試精度存在不可忽視的影響。
[0005]在電機與動力軸之間安裝扭矩轉速傳感器。如Silvagg1(Silvaggo J A, LipskiM J, and Van Bramer K G.Successful Field Operat1n through Seal Development andTesting.Lubricat1n Engineering，1987，43 (6):433-439)和文獻(高參數機械密封試驗臺數據采集及控制系統.石油機械，2004年第32卷第I期)等提出采用在電機和軸承座之間安裝扭矩轉速傳感器來測量機械密封端面摩擦扭矩。測試時，這種技術測量的扭矩是試驗裝置主軸上的總扭矩，包括被測密封端面的摩擦扭矩、主軸承的摩擦阻力矩和機械密封旋轉部件在密封介質中的攪拌扭矩。由于承載不同軸向力的主軸承的摩擦阻力矩和機械密封旋轉部件在不同壓力的密封介質中的攪拌扭矩還無法直接測量，通常用空載下的主軸承的摩擦阻力矩和密封介質處于常壓下的攪拌扭矩來代替，這些均給端面摩擦扭矩的測量精度帶來很大的影響；另外，由于機械密封試驗裝置啟動時總扭矩是正常扭矩的5-7倍以上，因而需要配備較大應力軸直徑的扭矩轉速傳感器，而正常運行下的機械密封試驗裝置的端面摩擦扭矩較小，如果用此扭矩轉速傳感器測量機械密封端面摩擦扭矩，則產生的軸應變較小，測量精度將較低。為了提高測量精度，所選用的扭矩傳感器的應力軸直徑就應較小，但直徑較小的應力軸又容易產生塑性變形甚至斷裂，所以測量精度和應力軸大小兩者不可兼得。
[0006]在靜環座與靜環之間安裝扭矩傳感器。孫見君(機械密封可控性研宄及其工程應用問題的探討.機械工程學報，2005，41 (2):15-19)等提出的在靜環座與靜環之間安裝扭矩傳感器測量密封端面摩擦扭矩的方法，就是將小量程大直徑筒形扭矩傳感器串聯在靜環座與靜環之間，通過動環旋轉帶動靜環偏轉所產生的摩擦扭矩由扭矩傳感器的阻力扭矩平衡，來測得機械密封端面摩擦扭矩。這種方法的優點是傳感器結構簡單、安裝方便，特別是省去了靜環與靜環座之間O形圈的摩擦阻力矩對測量的影響，但小量程大直徑筒形扭矩傳感器的設計制造存在困難，一直未能獲得有效的突破。對于帶波紋管靜環的機械密封，端面摩擦扭矩可以采用專利ZL 200610039084.5 “多參數可測控高轉速機械密封性能試驗裝置”中的方法測量，該方法所述的測量系統由靜環座、導向筒、角位移傳動扇形齒片、角位移傳感器及小齒輪組成；導向筒一端與靜環托環內孔螺紋緊密連接，導向筒的另一端活套在靜環座壓蓋內孔中并通過軸套伸出到密封腔外部。通過角位移傳感器測量伸出密封腔外部的導向筒的偏移，可以測量機械密封在工作前后彈性元件扭轉角度的變化，再根據彈性元件剛度計算出端面摩擦扭矩。這種測量方法可以使靜環的角位移無損失地傳遞給導向筒，至扇形齒片，至小齒輪，再至角位移傳感器，避免了附加扭矩對測量值的干擾。但存在于扇形齒片和小齒輪之間的傳動誤差嚴重影響著測量精度。
[0007]專利CN102183327B涉及的機械密封端面摩擦扭矩測量方法，即在靜環缺口上放置錢幣式扭矩傳感器。運用正常運行時靜環所受總扭矩等于零的力矩平衡原理，將傳感器所測各阻力矩相加即為端面摩擦扭矩。對于由動環、靜環、靜環密封用O型圈、荷重傳感器支持架、荷重傳感器、端面軸承、端面軸承座和密封腔端蓋組成的機械密封測量系統中，2個荷重傳感器軸對稱安裝在密封腔端蓋內孔側的荷重傳感器支架上，測力點沿切線方向成軸對稱布置在靜環的2個防轉銷孔的側面。工作中，由于動、靜環之間的端面摩擦扭矩Mm的作用，靜環具有跟隨動環發生轉動的趨勢，這一趨勢被靜環密封O形圈所受密封腔端蓋內孔的摩擦阻力矩Mf以及防轉銷孔側面處安裝的荷重傳感器產生的阻力矩Mls所平衡，即Mm=Mf+Mls。其中靜環座內孔與O形圈的摩擦阻力矩Mf，可以在密封腔設置在靜環的2個防轉銷孔側面的荷重傳感器預先預定；工作狀態下防轉銷孔側面處安裝的荷重傳感器產生的阻力矩Ms由傳感器測得的靜環周邊的切向力當量乘以2個荷重傳感器測力點之間的距離(力臂)獲得。此方法缺點同樣明顯，因為要測量O形圈所受密封腔端蓋內孔的摩擦阻力矩，而O形圈因其材質原因，個體之間摩擦系數也不盡相同，致使端面摩擦扭矩測量精準度欠佳。
[0008]在軸套和軸之間設置扭矩傳感器。如專利CN103267613A提出在軸套兩端開設關于軸套中心截面對稱的U形口，在對應于U形口處的主軸上設置傳動銷；軸套中部加工兩段螺距相等、旋向相反的螺紋，在其上旋合兩個螺母，其背側分別安裝兩個待測機械密封中的動環座；動環座與軸套在軸向滑動、在周向定位相連；傳動銷上設置周向力傳感器用來間接測量端面摩擦扭矩。須要指出是，該專利并沒有提及詳細的扭矩傳感器布置實施方案，即在高速狀態下無線信號的具體有效傳輸和無線信號發射時的長時間供電問題。
【發明內容】
[0009]本技術的目的是提供一種能夠實現機械密封性能試驗裝置中待測機械密封的扭矩精確測量，工作過程中能夠自行供電和進行無線數據傳輸的機械密封端面摩擦扭矩測量
目.ο
[0010]本技術所述的基于自供電和無線數據傳輸的機械密封端面摩擦扭矩測量裝置，包括兩端同一母線上開設有U形口的軸套、穿過U形口連接在主軸上的傳動銷、力傳感器、信號處理器、無線發射模塊、無線接收模塊、自供電模塊；主軸穿過軸套，待測端面摩擦扭矩的機械密封穿套在軸套上，動環連接在軸套上，靜環固定在密封腔上；其特征是:所述的機械密封的動、靜環由于端面摩擦產生的扭矩，與主軸通過傳動銷傳遞給軸套的扭矩相平衡；這一扭矩由黏貼在傳動銷上的力傳感器測得的周向力和測力點的力臂的乘積決定，所測的周向力由信號處理器處理并由無線發射模塊傳輸至無線接收模塊；利用主軸或軸套旋轉產生的電能通過自供電模塊向信號處理器和無線發射模塊供電。
[0011]上述的基于自供電和無線數據傳輸的機械密封端面摩擦扭矩測量裝置，其特征是，所述的自供電模塊包括固定于密封腔外部的磁鐵、跟隨主軸旋轉的線圈繞組、整流電路和穩壓電路，旋轉的線圈繞組切割磁力線產生感應電動勢后經過整流電路、穩壓電路處理成為穩定的直流電源。
[0012]上述的基于自供電和無線數據傳輸的機械密封端面摩擦扭矩測量裝置，其特征是，所述的軸套末端采用封閉式結構將主軸末端包裹住，其軸套末端連接一安置盒，內置有信號處理器、無線發射模塊、整流電路和穩壓電路，線圈繞組的輸出端與整流電路、穩壓電路相連。
[0013]上述的基于自供電和無線數據傳輸的機械密封端面摩擦扭矩測量裝置，其特征是，所述的自