宋克雙，周 健

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

水鉸鏈綜合試驗裝置研制*

宋克雙1，周 健2

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

為研究機械密封式水鉸鏈在帶載運轉(zhuǎn)情況下的密封性能，指導水鉸鏈的研制和開發(fā)，文中在以往試驗裝置的基礎上，研制了水鉸鏈綜合試驗裝置。介紹了該裝置的原理、整體結(jié)構(gòu)及運行情況。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，能進行水鉸鏈在不同壓力及流量下的運轉(zhuǎn)試驗。該裝置為水鉸鏈產(chǎn)品的研制及性能評價提供了有效的試驗手段。

水鉸鏈；試驗裝置；測試技術

引 言

水鉸鏈是由機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裝置，用于水鉸鏈的研制開發(fā)，其目的是通過帶載模擬運轉(zhuǎn)試驗，研究一定工況條件下水鉸鏈中關鍵旋轉(zhuǎn)密封件的性能。

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

1)多用于單一密封腔內(nèi)的機械密封試驗；

2)對機械密封多進行靜壓試驗或壓力定值狀態(tài)下的運轉(zhuǎn)試驗；

3)流量不可調(diào)；

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

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

1)試驗裝置的壓力、流量及溫度可調(diào)；

2)能進行水鉸鏈的靜態(tài)耐壓測試；

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

4)實時監(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)采集處理自動化，操作界面人性化。

1 水鉸鏈介紹及試驗裝置主要指標

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)(不動件)及動環(huán)(運動件)組成，靜環(huán)與動環(huán)通過機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)上安裝進水口1和出水口2，動環(huán)安裝出水口1和進水口2。液體介質(zhì)從進水口1進入水鉸鏈，經(jīng)高壓腔由出水口1流入工作負載，壓力降低，然后由進水口2進入水鉸鏈，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 試驗裝置技術指標

根據(jù)水鉸鏈實際運轉(zhuǎn)狀態(tài)提出試驗裝置指標如下：

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)動力矩≥240 N·m。

2 綜合試驗裝置研制

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2、電加熱器6和板式換熱器11來控制整個系統(tǒng)的溫度。壓縮機、電加熱器的開啟與關閉由PLC控制。熱介質(zhì)和冷介質(zhì)通過電動三通閥進行混合，從而達到試驗所需的介質(zhì)溫度[2]。

冷熱水箱容積為55 L，壓縮機制冷量為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達到設定溫度。

2.2 壓力流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

壓力試驗分為靜壓(保壓)試驗和特定壓力、流量運轉(zhuǎn)試驗。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：關閉球閥5，開啟球閥2，供液從手動球閥16進入，達到一定壓力后關閉手動球閥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：關閉手動球閥16，打開其余閥；打開供液泵9，調(diào)整調(diào)節(jié)閥2、手動球閥5的開度使試驗件的壓力接近所需測量值，然后微調(diào)手動球閥11，使其壓力、流量達到預期目標。

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時流量為3 m3/h，高壓泵電機功率5 kW可滿足壓力及流量的調(diào)節(jié)要求。

2.3 伺服驅(qū)動系統(tǒng)

伺服驅(qū)動系統(tǒng)由電機、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)設定，電機驅(qū)動減速器，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)軸器與水鉸鏈動環(huán)連接，以模擬水鉸鏈真實安裝狀態(tài)。轉(zhuǎn)速可以通過轉(zhuǎn)臺控制顯示屏設定，扭矩數(shù)值可實時顯示。

圖4 水鉸鏈驅(qū)動系統(tǒng)原理圖

通過選擇電機及減速器使驅(qū)動裝置在轉(zhuǎn)速30 r/min時扭矩≥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、體積小且反應靈敏。傳感器將收集到的信號進行A/D轉(zhuǎn)換，通過PLC控制器進行控制，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)動控制界面

圖7 試驗裝置參數(shù)顯示界面

3 綜合試驗裝置運轉(zhuǎn)

綜合試驗裝置實物見圖8。

圖8 綜合試驗裝置實物圖

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

圖9 參數(shù)設定界面

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

綜合試驗裝置可以根據(jù)水鉸鏈運轉(zhuǎn)試驗的要求進行壓力、流量、溫度設定并進行調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)了自動化，測量精度高，試驗結(jié)果重復性好。系統(tǒng)采用觸摸屏顯示，使操作界面簡單、可靠。

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

[1] 陳德才, 崔德榮. 機械密封設計制造與使用[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1993.

[2] 魏龍, 顧伯勤, 孫見君. 機械密封計算機輔助試驗裝置的研制[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證[J]. 電子機械工程, 2012, 28(4): 62-64.

宋克雙(1981-)，男，碩士，主要研究方向為機載雷達伺服結(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