SY500B螺桿膨脹動力機機械密封試驗臺的設計

摘 要:螺桿膨脹動力機，其原理是以吸收工業企業所排放的余熱、廢熱、廢熱氣、沖渣廢熱水、減溫減壓蒸汽節流能量和排放的廢熱(如連排水排放)以及地熱的能量、可以應用螺桿膨脹動力機來拖動負載(或者發電)等提供動力，達到環保、節能減排及提供廉價電力或動力的目標。

關鍵詞:機械密封試驗臺機械密封動力機

中圖分類號:TB42文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(b)-0081-02

引言

作為螺桿膨脹動力機的關鍵件—機封(機械密封)是保障動力機長期平穩運行的重要部件，因此為了適應企業快速發展和市場的需求，有必要針對螺桿膨脹動力機所具工況如壓力、溫度、轉速、封液介質的特殊性和廣泛性進行定制式自行設計、制造機械密封實驗臺。同時也可為企業節約部分設備采購資金，更重要的是可為企業今后建立產品實驗室奠定基礎，也可為改進產品性能提供量化分析數據和手段。

目前機械密封技術的發展仍處于理論和實踐相結合的階段。雖然現在某些密封的理論研究已有相當大的發展且不乏精辟分析，可是將理論數據直接用于設備數據仍存在著巨大的出入。這是因為許多分析結論和數據在特定條件下仍有局限性，因此目前大多數密封設計還是依靠經驗積累和試驗技術進行統計分析。機械密封試驗臺設計的目的主要就是為在工況條件下工作的機械密封提供現場模擬的工作條件，并且通過建立適當的測試手段，完成機械密封工況實驗過程中所需要試驗數據的采集與分析，由此判斷設計的機械密封是否具有規定的性能。

機械密封試驗臺主要由變頻電機、主機、油箱、液壓潤滑系統、冷卻系統、儀表變送采集系統、電控系、軟化水箱系統等組成。試驗臺整機重1.86噸(不含軟化水箱)，整機設計為整體式。一臺變頻電機作無級變速拖動聯接聯軸器及主機運動，主機安裝在具有T型槽的工作臺上，可以適應將來不同型號的機械密封件的換型試驗(只要更換、設計主機部分就可以在該試驗臺上運行試驗)，既能做單端面密封試驗也能同時做單端面+雙端面機械密封試驗。試驗臺對各主要需采集數據的油路、水路設置了壓力和溫度變送器，可直讀數據且可對系統輸出保護信號。主機底部設計安裝了機封封液泄漏引流管以便用量杯實時采集封液的泄漏量。主機左端軸承部和封液輸入部均設有減壓排氣接頭，便于開機供油、供壓時排除空氣，同時也可監測壓力變化。

技術參數: 主軸轉速:≤3500r/min

試驗壓力:0～2.0MPa

溫度:0～250℃

介質:清水、軟化水、液壓油

1 機械密封試驗臺的設計

1.1 方案設計

(1)主機設計:采用簡支梁主軸，兩端用四點接觸球軸承和圓柱滾子軸承安裝在本體腔體內的前端軸承座和左端軸承座內，本體前后端均設有進油及回油管，軸承的潤滑由上下供油系統供給。軸承中間由兩組機械密封隔成密封試驗腔，腔體上部裝有可調壓、測壓、測溫的封液介質進、回管路，本體底部設有封液泄露引流管用于測量泄露量。機封冷卻水套的進出水管設在本體的側面，回水管路上設有溫度變送器。

(2)油箱設計:油箱主要由回油沉淀區、潤滑油過濾區、吸油區組成，其上裝有液位、液溫計，空氣濾清器等。油箱三個區域底部都裝有排污球閥。油箱還做為主機、電機傳動的工作臺，同時也是冷卻系、潤滑系、測量系的剛性聯系紐帶。油箱的設計以滿足散熱為主，其次兼顧結構設計為輔。

(3)液壓潤滑系統設計:該系統目的是提供潤滑、散熱、清潔、密封的作用。由電機、聯軸器、油泵、過濾器、管路、減壓球閥、板式換熱器、分油器、壓力變送器、溫度變送器等組成。供油部位裝有排氣測壓接頭。電路上設置了聯鎖控制保證主機運轉的安全性。

如圖1所示。

(4)冷卻系統設計:作為機械密封需要單獨提供一套冷卻系統。它由介質存儲箱、電機水泵、過濾器、管道、閥門、板式換熱器、溫度變送器、壓力變送器等組成。為機械密封冷卻、沖刷、密封提供手段。

(5)儀表變送采集系統設計:由PLC、單片機、控制軟件、光電編碼器、扭矩功率傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器對轉速、扭矩、功率、溫度、壓力實時采集信息，提供實驗測量數據。

(6)電控系統設計:主要由電源、電機、控制電路、PLC、變頻器等組成。

1.2 方案評審

由各部門人員參加對設計方案提出問題和改進意見，為試驗臺設計提供一些有益的數據，為總體設計提供參考。

1.3 原理圖及總圖設計

(1)原理圖如圖2所示。

(2)進行結構總圖設計:合理布置各功能零部件，方便數據采集元器件的設置，避免零部件的干涉為原則。

1.4 信息采集、控制電路的設計

(1)軟件框圖及軟件的編制。(2)控制電路的原理圖及元器件布置圖設計。(3)各傳感器的選型設計。(4)信息采集系統的設計。

1.5 設計校核計算

(1)對簡支梁的主軸進行剪切、扭轉強度計算。

(2)根據承壓載荷對機殼體許用應力計算。

(3)計算合力矩合理選擇拖動電機的功率。機封阻力矩計算:如表1所示。

(4)計算潤滑油的發熱量合理選擇油箱的容積和板式換熱器的型號。(5)計算機封冷卻系統的發熱量合理選擇水箱的容積及散熱器的型號。

1.6 設計的改進與完成零部件工作圖

根據設計計算的結果改進不合理的結構和零部件。設計零部件工作圖、BOM表等。

2 試驗臺的試驗方法

(1)編寫試驗臺使用說明書。(2)按使用說明書要求的步驟和注意事項操作試驗臺。(3)試驗按GB/T 14211-1993《機械密封試驗方法》、JB/T 4127.1-1999《機械密封 技術條件》標準執行。

3 試驗臺實驗效果

(1)試驗工況:①試驗介質:軟化水;②試驗溫度:28℃;③試驗壓力:0.2MPa;④電機轉速:2900rpm;⑤機械密封選用型號:USHWL500B雙端面機械密封

(2)實驗結果:①動環最大位移:2.486mm;②動環最小位移量:2.405mm;③數據采集系統平均動環位移量:2.4425mm;④數據采集系統平均溫度36.12℃;⑤壓力表讀數:0.2MPa，⑥數據采集系統平均壓力:0.216MPa。

由實驗數據可知，機械密封試驗臺的總體設計是合理的，能夠滿足機械密封性能的驗證工作，信號反饋系統采集的數據符合精度要求，密封實驗結果也表明被試驗的機械密封和設計的試驗臺均達到設計目的。為進一步研究影響機械密封性能的參數提供了手段。

參考文獻

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