宋克雙，周 健

(1. 南京電子技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210039； 2. 江蘇兆勝集團(tuán)， 江蘇 泰興 225441)

水鉸鏈綜合試驗(yàn)裝置研制*

宋克雙1，周 健2

(1. 南京電子技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210039； 2. 江蘇兆勝集團(tuán)， 江蘇 泰興 225441)

為研究機(jī)械密封式水鉸鏈在帶載運(yùn)轉(zhuǎn)情況下的密封性能，指導(dǎo)水鉸鏈的研制和開發(fā)，文中在以往試驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上，研制了水鉸鏈綜合試驗(yàn)裝置。介紹了該裝置的原理、整體結(jié)構(gòu)及運(yùn)行情況。該裝置由溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、壓力流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)組成。該裝置溫度可控，轉(zhuǎn)速可調(diào)，測試界面友好，測試數(shù)據(jù)直觀可視，能進(jìn)行水鉸鏈在不同壓力及流量下的運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)。該裝置為水鉸鏈產(chǎn)品的研制及性能評價(jià)提供了有效的試驗(yàn)手段。

水鉸鏈；試驗(yàn)裝置；測試技術(shù)

引 言

水鉸鏈?zhǔn)怯蓹C(jī)械密封組成的高壓腔、低壓腔分離的特殊密封部件[1]。

本文介紹的綜合試驗(yàn)裝置，用于水鉸鏈的研制開發(fā)，其目的是通過帶載模擬運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，研究一定工況條件下水鉸鏈中關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)密封件的性能。

過去針對不同類型的機(jī)械密封，已研制了很多試驗(yàn)裝置，也積累了參數(shù)測量的經(jīng)驗(yàn)，但以往使用的試驗(yàn)裝置存在一定的局限性[2]：

1)多用于單一密封腔內(nèi)的機(jī)械密封試驗(yàn)；

2)對機(jī)械密封多進(jìn)行靜壓試驗(yàn)或壓力定值狀態(tài)下的運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)；

3)流量不可調(diào)；

4)溫度不能隨時(shí)調(diào)節(jié)或調(diào)節(jié)困難。

為避免以上局限性，根據(jù)水鉸鏈帶載模擬運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)的要求，設(shè)計(jì)了由溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、壓力流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)組成的綜合試驗(yàn)裝置。該裝置具備以下功能：

1)試驗(yàn)裝置的壓力、流量及溫度可調(diào)；

2)能進(jìn)行水鉸鏈的靜態(tài)耐壓測試；

3)能進(jìn)行水鉸鏈帶液體介質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)測試，轉(zhuǎn)速可調(diào)；

4)實(shí)時(shí)監(jiān)測水鉸鏈的狀態(tài)，如轉(zhuǎn)速、扭矩、介質(zhì)溫度等；

5)數(shù)據(jù)采集處理自動(dòng)化，操作界面人性化。

1 水鉸鏈介紹及試驗(yàn)裝置主要指標(biāo)

1.1 水鉸鏈

介質(zhì)經(jīng)過水鉸鏈的流程如圖1所示。其原理如下：水鉸鏈由靜環(huán)(不動(dòng)件)及動(dòng)環(huán)(運(yùn)動(dòng)件)組成，靜環(huán)與動(dòng)環(huán)通過機(jī)械密封件將水鉸鏈分割為相互隔離的高壓腔和低壓腔。靜環(huán)上安裝進(jìn)水口1和出水口2，動(dòng)環(huán)安裝出水口1和進(jìn)水口2。液體介質(zhì)從進(jìn)水口1進(jìn)入水鉸鏈，經(jīng)高壓腔由出水口1流入工作負(fù)載，壓力降低，然后由進(jìn)水口2進(jìn)入水鉸鏈，經(jīng)低壓腔從出水口2流出[3]。

圖1 水鉸鏈結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 試驗(yàn)裝置技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)水鉸鏈實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)提出試驗(yàn)裝置指標(biāo)如下：

1)供液壓力0～1.5 MPa；

2)介質(zhì)溫度20 ℃±10 ℃；

3)流量≥0～3 m3/h；

4)驅(qū)動(dòng)力矩≥240 N·m。

2 綜合試驗(yàn)裝置研制

2.1 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)由冷卻系統(tǒng)、加熱器、水箱、熱交換器及控制閥等組成，如圖2所示。

圖2 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖

溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)由高壓水泵10行介質(zhì)循環(huán)，通過壓縮機(jī)2、電加熱器6和板式換熱器11來控制整個(gè)系統(tǒng)的溫度。壓縮機(jī)、電加熱器的開啟與關(guān)閉由PLC控制。熱介質(zhì)和冷介質(zhì)通過電動(dòng)三通閥進(jìn)行混合，從而達(dá)到試驗(yàn)所需的介質(zhì)溫度[2]。

冷熱水箱容積為55 L，壓縮機(jī)制冷量為5 kW，加熱裝置采用4 kW加熱器，通過PLC控制可使出液溫度自動(dòng)達(dá)到設(shè)定溫度。

2.2 壓力流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

壓力試驗(yàn)分為靜壓(保壓)試驗(yàn)和特定壓力、流量運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)。其系統(tǒng)原理如圖3所示。

圖3 壓力流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖

1)靜壓試驗(yàn)：關(guān)閉球閥5，開啟球閥2，供液從手動(dòng)球閥16進(jìn)入，達(dá)到一定壓力后關(guān)閉手動(dòng)球閥15，通過壓力傳感器17讀出壓力值，根據(jù)壓力值變化與否，即可測試靜壓耐壓性能。

2)特定壓力試驗(yàn)：關(guān)閉手動(dòng)球閥16，打開其余閥；打開供液泵9，調(diào)整調(diào)節(jié)閥2、手動(dòng)球閥5的開度使試驗(yàn)件的壓力接近所需測量值，然后微調(diào)手動(dòng)球閥11，使其壓力、流量達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

高壓泵選用耐水-乙二醇溶液的不銹鋼材質(zhì)，最大壓力1.5 MPa時(shí)流量為3 m3/h，高壓泵電機(jī)功率5 kW可滿足壓力及流量的調(diào)節(jié)要求。

2.3 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、減速器、臺架及控制系統(tǒng)組成，如圖4所示。轉(zhuǎn)速由伺服控制系統(tǒng)設(shè)定，電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器，減速器出軸端通過彈性聯(lián)軸器和扭矩傳感器入軸相連，其扭矩傳感器出軸通過剛性聯(lián)軸器與水鉸鏈動(dòng)環(huán)連接，以模擬水鉸鏈真實(shí)安裝狀態(tài)。轉(zhuǎn)速可以通過轉(zhuǎn)臺控制顯示屏設(shè)定，扭矩?cái)?shù)值可實(shí)時(shí)顯示。

圖4 水鉸鏈驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖

通過選擇電機(jī)及減速器使驅(qū)動(dòng)裝置在轉(zhuǎn)速30 r/min時(shí)扭矩≥300 N·m，轉(zhuǎn)速0～30 r/min可調(diào)。

2.4 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)

水鉸鏈綜合試驗(yàn)裝置參數(shù)測量采集系統(tǒng)由壓力、流量及溫度傳感器組成，這些傳感器測量精度高、體積小且反應(yīng)靈敏。傳感器將收集到的信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，通過PLC控制器進(jìn)行控制，其系統(tǒng)組成如圖5所示，顯示器觸摸屏顯示、操控界面如圖6和圖7所示。

圖5 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)組成

圖6 伺服驅(qū)動(dòng)控制界面

圖7 試驗(yàn)裝置參數(shù)顯示界面

3 綜合試驗(yàn)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)

綜合試驗(yàn)裝置實(shí)物見圖8。

圖8 綜合試驗(yàn)裝置實(shí)物圖

該試驗(yàn)裝置使用介質(zhì)為水-乙二醇溶液(66%乙二醇，34%水和緩蝕劑)，開機(jī)前對水箱、管道進(jìn)行仔細(xì)清洗。系統(tǒng)運(yùn)行前，先設(shè)定供液壓力、出水溫度等參數(shù)的工作范圍，操作界面如圖9所示。按照試驗(yàn)條件調(diào)整各閥開度，待性能穩(wěn)定后拷機(jī)24 h，記錄數(shù)據(jù)如表1所示。

圖9 參數(shù)設(shè)定界面

溫度/℃高壓腔壓力/MPa低壓腔壓力/MPa流量/(m3·h-1)100．300．201．3200．500．131．9200．600．152．1200．740．192．3300．830．212．5300．850．302．3301．000．452．4301．501．003．0

4 結(jié)束語

綜合試驗(yàn)裝置可以根據(jù)水鉸鏈運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)的要求進(jìn)行壓力、流量、溫度設(shè)定并進(jìn)行調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，測量精度高，試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性好。系統(tǒng)采用觸摸屏顯示，使操作界面簡單、可靠。

此試驗(yàn)臺的研制成功為更好地進(jìn)行水鉸鏈研制奠定了基礎(chǔ)，也為水鉸鏈產(chǎn)品的性能評價(jià)提供了有效手段，現(xiàn)已應(yīng)用于水鉸鏈的試驗(yàn)調(diào)試過程。

[1] 陳德才, 崔德榮. 機(jī)械密封設(shè)計(jì)制造與使用[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1993.

[2] 魏龍, 顧伯勤, 孫見君. 機(jī)械密封計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)裝置的研制[J]. 潤滑與密封, 2006(4): 136-139.

[3] 宋克雙, 顧吉豐. 水鉸鏈壓力損失的有限元分析與測試驗(yàn)證[J]. 電子機(jī)械工程, 2012, 28(4): 62-64.

宋克雙(1981-)，男，碩士，主要研究方向?yàn)闄C(jī)載雷達(dá)伺服結(jié)構(gòu)。

Research and Development of Comprehensive Test Equipment for Water Rotary Joint

SONG Ke-shuang1，ZHOU Jian2

(1.NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology，Nanjing210039,China；2.JiangsuJosunGroup,Taixing225441,China)

To study the waterproof capability of water rotary joint with mechanical seal under running-with-load condition and guide its research and development, this article develops the comprehensive test equipment for water rotary joint based on previous equipment. The principle, overall structure and performance of the test equipment are introduced. The test equipment is composed of temperature control system, pressure and flux adjusting system, servo-driving system, data acquisition and processing system. In this equipment, temperature is controllable and rotation speed is adjustable. It has friendly operating interface, provides readable test data, and can perform running test under different pressure and flux. The comprehensive test equipment provides an effective means for the research and development and the performance evaluation of the products of water rotary joint.

water rotary joint; test equipment; test technology

2013-12-30

TN957.8

A

1008-5300(2014)03-0033-03