СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ УПЛОТНЕНИЙ ВРАЩАЮЩИХСЯ ВАЛОВ Российский патент 1998 года по МПК F16J15/00 

Изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для исследований уплотнений вращающихся валов центробежных насосов и химических аппаратов.

Известны стенды для испытаний уплотнений вращающихся валов, в которых момент сил трения замеряется с помощью мотор-весов [1] Точность измерений в таких стендах низкая, так как в них не учитываются потери на вязкое трение рабочей среды о корпус, а также и другие дополнительные потери на трение, например, потери в трансмиссии.

Известен стенд для определения момента сил трения в торцевых уплотнениях валов, который для определения момента вязкого трения рабочей среды о корпус снабжен цилиндрической гильзой, жестко связанной с валом и установленной в корпусе с радиальным и осевыми зазорами, при этом длина гильзы должна быть не меньше длины участка вала, на котором устанавливаются вращающиеся элементы исследуемых уплотнений [2]
К недостаткам такого стенда следует отнести то, что для подвода и отвода рабочей среды через вращающийся вал требуются специальные вертлюги, что усложняет конструкцию стенда и снижает наружность его работы. Данный стенд исключает возможность исследования триботехнических характеристик одного уплотнительного устройства, его конструкция требует установки двух уплотнений, что значительно снижает точность замеров и достоверность данных. Другим серьезным недостатком является необходимость тщательного замера момента сил вязкого трения герметизируемой жидкости о корпус стенда с последующим вычитанием его общего момента сил трения.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции испытательного стенда с одновременным повышением точности измерений момента сил трения в исследуемых уплотнительных устройствах.

Технический результат достигается тем, что стенд для испытаний уплотнений вращающихся валов, содержащий установленный в подшипниках цилиндрический корпус, вал, установленный в корпусе соосно с последним, привод вращающегося вала, устройство для измерения крутящего момента, уплотнительный элемент испытываемого уплотнения, снабжен гильзой винтовой нарезной, установленной на валу, закрепленным неподвижно штуцером типа "труба в трубе" для подвода и отвода герметизируемой жидкости, в корпусе выполнено отверстие, через которое с зазором, герметизируемым уплотнительным элементом, пропущена наружная труба штуцера и корпусом имеется уплотняющий элемент, например, резиновая цера, а испытываемое уплотнение установлено на валу, а также он снабжен турбиной, статор которой установлен на внутренней трубе штуцера внутри корпуса, при этом внутренняя труба установлена с возможностью осевого перемещения.

На фиг. 1 показан схематический разрез стенда для испытания уплотнений вращающихся валов; на фиг.2 вариант исключения стенда с турбиной.

Стенд состоит из установленного в подшипниках 1 полого цилиндрического корпуса 2, расположенного с ним соосно вращающегося вала 3, также соосно с корпусом на жесткой опоре крепится штуцер 4 типа "труба в трубе", служащий для подвода в корпус и вывода из него герметизируемой жидкости. Между наружной трубой штуцера 4 и корпусом 2 имеется уплотняющий элемент 5, например, резиновая манжета. На вращающемся валу 3 крепится цилиндрическая гильза 6, причем на ее наружней поверхности выполняется винтовая нарезка. Жидкость, находящаяся под давлением внутри корпуса 2, герметизируется исследуемым устройством 7. Использование на стенде штуцера 4 типа "труба в трубе" существенно повышает точность измерений момента сил трения по сравнению со стендами, имеющими подвод рабочей среды через корпус, за счет организации циркуляции жидкости в осевом направлении.

Стенд работает следующим образом. По внутреннему каналу трубы штуцера 4 в корпус стенда 2 подается герметизируемая жидкость под давлением. При вращении вала 3 вся подведенная к нему мощность затрачивается на трение в уплотнительных парах исследуемого герметизатора 7 и уплотнения 5, расположенного между штуцером 4 и корпусом 2, а также на вязкое трение рабочей среды о стенки корпуса 4. Действия сил трения вызывают крутящий момент на корпусе 2, установленный в подшипниках 1. Этот крутящий момент регистрируется с помощью тензометрической балки, на которую воздействует нажимной рычаг 8, жестко установленный в корпусе 2. Массу нажимного рычага уравновешивает рычаг-компенсатор 9, расположенный с ним на одной линии, но с другой стороны корпуса 2. При работе стенда обеспечивается принудительная циркуляция герметизируемой жидкости в осевом направлении за счет вращения гильзы 6, которая жестко крепится на валу 3 и имеет на внешней поверхности винтовую нарезку. Из корпуса 2 рабочая жидкость выходит по каналу большего диаметра штуцера 4.

Для того чтобы компенсировать момент сил трения в уплотнительном кольце 5 и крутящий момент, создаваемый силами вязкого трения рабочей жидкости о стенки корпуса, поступают следующим образом. Испытываемое уплотнение 7 демонтируется и в корпус заливается рабочая жидкость до уровня отверстия под вал 3, который привозится во вращение. При вращении гильзы 6, жестко укрепленной на валу, жидкость под действием центробежных сил равномерно прижимается к стенкам корпуса. Возникающий при этом крутящий момент на корпусе 2 от действия сил трения в уплотнении 5 уравновешивают, увеличивая массу рычага-компенсатора - подвешивают груз 10, перемещая который вдоль рычага, можно добиться полной неподвижности корпуса 2, установленного в подшипниках. Таким образом, нагрузка, создаваемая на рычаге-компенсаторе 9 полностью уравновешивает момент сил трения холостого хода.

Второй вариант стенда (фиг. 2) предусматривает использование турбины, расположенной в магистрали выхода рабочей жидкости из корпуса 2. Турбина состоит из ротора 10, который жестко крепится внутри корпуса, и статора 11, смонтированного на внутренней трубе штуцера 4 типа "труба в трубе", имеющей возможность перемещаться в осевом направлении.

Стенд с турбиной работает следующим образом. При вращении вала 3 обеспечивается принудительная циркуляция рабочей жидкости в осевом направлении. На выходе из корпуса жидкость под напором попадает на лопатки ротора, жестко связанного с корпусом стенда, и заставляет его вращаться. Причем крутящий момент, возникающий на корпусе от действия тока жидкости через турбину противоположен по направлению крутящему моменту, возникающему от действия сил трения. Меняя расстояние между статором и ротором турбины, можно регулировать величину крутящего момента, возникающего на роторе. При этом в той или иной степени компенсируется момент сил трения. Метод компенсации избавляет от необходимости замера сил трения холостого хода.

Для компенсации момента сил трения холостого хода достаточно демонтировать исследуемое уплотнение 7 и, заполнив камеру уплотнений рабочей жидкостью, привести вал 3 во вращение для обеспечения принудительной циркуляции жидкости. Вращаясь, гильза 6 работает как винтовой насос и обеспечивает подачу рабочей жидкости на лопатки турбины. Перемещая статор 11, смонтированный на внутренней трубе штуцера 4, необходимо добиться полной неподвижности корпуса 2, установленного в подшипниках. В этом случае крутящий момент, возникающий на роторе турбины 10, полностью компенсирует момент сил трения холостого хода. Таким образом, можно добиться большей точности измерений момента сил трения в исследуемых уплотнениях.

Использование турбины на испытательном стенде для компенсации крутящего момента холостого хода или рычага-компенсатора значительно упрощает процесс измерений, позволяет комплексно учитывать влияние триботехнических характеристик испытательной установки на величину измеряемых параметров.

Использование: изобретение относится к уплотнительной технике и может быть использовано для испытания герметизирующих устройств. Сущность: стенд состоит из установленного в подшипниках полого корпуса и расположенных с ним соосно вращающегося вала и закрепленного неподвижно штуцера типа "труба в трубе", служащего для подвода и отвода герметизируемой среды. Между штуцером и корпусом имеется уплотняющий элемент. Внутри корпуса смонтирована турбинка со статором, расположенным на внутренней трубе штуцера. Вращающийся вал снабжен цилиндрической гильзой, на наружной поверхности которой выполнена ленточная резьба. Рабочая среда, находящаяся под давлением, герметизируется испытуемым уплотнением. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Стенд для испытания уплотнений вращающихся валов, содержащий установленный в подшипниках цилиндрический корпус, вал, установленный в корпусе соосно с последним, привод вращающегося вала, устройство для измерения крутящего момента, уплотнительный элемент и испытуемое уплотнение, отличающийся тем, что он снабжен гильзой с винтовой нарезкой, установленный на валу, закрепленным неподвижно штуцером типа труба в трубе для подвода и отвода герметизируемой жидкости, в корпусе выполнено отверстие, через которое с зазором, герметизируемым уплотнительным элементом, пропущена наружная труба штуцера, а испытуемое уплотнение установлено на валу. 2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что он снабжен турбиной, статор которой установлен на внутренней трубе штуцера внутри корпуса, при этом внутренняя труба установлена с возможностью осевого перемещения.