SY500B螺杆膨胀动力机机械密封试验台的设计

摘 要:螺杆膨胀动力机,其原理是以吸收工业企业所排放的余热、废热、废热气、冲渣废热水、减温减压蒸汽节流能量和排放的废热(如连排水排放)以及地热的能量、可以应用螺杆膨胀动力机来拖动负载(或者发电)等提供动力,达到环保、节能减排及提供廉价电力或动力的目标。

关键词:机械密封试验台机械密封动力机

中图分类号:TB42文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)07(b)-0081-02

引言

作为螺杆膨胀动力机的关键件—机封(机械密封)是保障动力机长期平稳运行的重要部件,因此为了适应企业快速发展和市场的需求,有必要针对螺杆膨胀动力机所具工况如压力、温度、转速、封液介质的特殊性和广泛性进行定制式自行设计、制造机械密封实验台。同时也可为企业节约部分设备采购资金,更重要的是可为企业今后建立产品实验室奠定基础,也可为改进产品性能提供量化分析数据和手段。

目前机械密封技术的发展仍处于理论和实践相结合的阶段。虽然现在某些密封的理论研究已有相当大的发展且不乏精辟分析,可是将理论数据直接用于设备数据仍存在着巨大的出入。这是因为许多分析结论和数据在特定条件下仍有局限性,因此目前大多数密封设计还是依靠经验积累和试验技术进行统计分析。机械密封试验台设计的目的主要就是为在工况条件下工作的机械密封提供现场模拟的工作条件,并且通过建立适当的测试手段,完成机械密封工况实验过程中所需要试验数据的采集与分析,由此判断设计的机械密封是否具有规定的性能。

机械密封试验台主要由变频电机、主机、油箱、液压润滑系统、冷却系统、仪表变送采集系统、电控系、软化水箱系统等组成。试验台整机重1.86吨(不含软化水箱),整机设计为整体式。一台变频电机作无级变速拖动联接联轴器及主机运动,主机安装在具有T型槽的工作台上,可以适应将来不同型号的机械密封件的换型试验(只要更换、设计主机部分就可以在该试验台上运行试验),既能做单端面密封试验也能同时做单端面+双端面机械密封试验。试验台对各主要需采集数据的油路、水路设置了压力和温度变送器,可直读数据且可对系统输出保护信号。主机底部设计安装了机封封液泄漏引流管以便用量杯实时采集封液的泄漏量。主机左端轴承部和封液输入部均设有减压排气接头,便于开机供油、供压时排除空气,同时也可监测压力变化。

技术参数: 主轴转速:≤3500r/min

试验压力:0～2.0MPa

温度:0～250℃

介质:清水、软化水、液压油

1 机械密封试验台的设计

1.1 方案设计

(1)主机设计:采用简支梁主轴,两端用四点接触球轴承和圆柱滚子轴承安装在本体腔体内的前端轴承座和左端轴承座内,本体前后端均设有进油及回油管,轴承的润滑由上下供油系统供给。轴承中间由两组机械密封隔成密封试验腔,腔体上部装有可调压、测压、测温的封液介质进、回管路,本体底部设有封液泄露引流管用于测量泄露量。机封冷却水套的进出水管设在本体的侧面,回水管路上设有温度变送器。

(2)油箱设计:油箱主要由回油沉淀区、润滑油过滤区、吸油区组成,其上装有液位、液温计,空气滤清器等。油箱三个区域底部都裝有排污球阀。油箱还做为主机、电机传动的工作台,同时也是冷却系、润滑系、测量系的刚性联系纽带。油箱的设计以满足散热为主,其次兼顾结构设计为辅。

(3)液压润滑系统设计:该系统目的是提供润滑、散热、清洁、密封的作用。由电机、联轴器、油泵、过滤器、管路、减压球阀、板式换热器、分油器、压力变送器、温度变送器等组成。供油部位装有排气测压接头。电路上设置了联锁控制保证主机运转的安全性。

如图1所示。

(4)冷却系统设计:作为机械密封需要单独提供一套冷却系统。它由介质存储箱、电机水泵、过滤器、管道、阀门、板式换热器、温度变送器、压力变送器等组成。为机械密封冷却、冲刷、密封提供手段。

(5)仪表变送采集系统设计:由PLC、单片机、控制软件、光电编码器、扭矩功率传感器、温度传感器、压力传感器对转速、扭矩、功率、温度、压力实时采集信息,提供实验测量数据。

(6)电控系统设计:主要由电源、电机、控制电路、PLC、变频器等组成。

1.2 方案评审

由各部门人员参加对设计方案提出问题和改进意见,为试验台设计提供一些有益的数据,为总体设计提供参考。

1.3 原理图及总图设计

(1)原理图如图2所示。

(2)进行结构总图设计:合理布置各功能零部件,方便数据采集元器件的设置,避免零部件的干涉为原则。

1.4 信息采集、控制电路的设计

(1)软件框图及软件的编制。(2)控制电路的原理图及元器件布置图设计。(3)各传感器的选型设计。(4)信息采集系统的设计。

1.5 设计校核计算

(1)对简支梁的主轴进行剪切、扭转强度计算。

(2)根据承压载荷对机壳体许用应力计算。

(3)计算合力矩合理选择拖动电机的功率。机封阻力矩计算:如表1所示。

(4)计算润滑油的发热量合理选择油箱的容积和板式换热器的型号。(5)计算机封冷却系统的发热量合理选择水箱的容积及散热器的型号。

1.6 设计的改进与完成零部件工作图

根据设计计算的结果改进不合理的结构和零部件。设计零部件工作图、BOM表等。

2 试验台的试验方法

(1)编写试验台使用说明书。(2)按使用说明书要求的步骤和注意事项操作试验台。(3)试验按GB/T 14211-1993《机械密封试验方法》、JB/T 4127.1-1999《机械密封 技术条件》标准执行。

3 试验台实验效果

(1)试验工况:①试验介质:软化水;②试验温度:28℃;③试验压力:0.2MPa;④电机转速:2900rpm;⑤机械密封选用型号:USHWL500B双端面机械密封

(2)实验结果:①动环最大位移:2.486mm;②动环最小位移量:2.405mm;③数据采集系统平均动环位移量:2.4425mm;④数据采集系统平均温度36.12℃;⑤压力表读数:0.2MPa,⑥数据采集系统平均压力:0.216MPa。

由实验数据可知,机械密封试验台的总体设计是合理的,能够满足机械密封性能的验证工作,信号反馈系统采集的数据符合精度要求,密封实验结果也表明被试验的机械密封和设计的试验台均达到设计目的。为进一步研究影响机械密封性能的参数提供了手段。

参考文献

[1]顾永泉.机械密封实用技术[M].北京:机械工业出版社,2002.

[2]周剑锋,顾伯勤.机械密封试验机及测试技术研究[J].石油化工设备,2002.

[3]曲波,肖圣兵,吕建平.工业常用传感器选型指南[M].北京:清华大学出版社,1998.

[4]马明建,周长城.数据采集与处理技术[M].西安:西安交通大学出版社,1998.

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