（化工过程机械专业论文）有源气膜密封实时数据采集监测与调控研究.pdf

学位论文数据集 l 中图分类号t b 4 2 学科分类号 4 7 0 3 0 3 0 l f论文编号1 0 0 1 0 2 0 11 0 6 4 0密级 公开 i l 学位授予单位代码 1 0 0 1 0 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名朱亮学号2 0 0 9 0 0 0 6 4 0 获学位专业名称 化工过程机械获学位专业代码 0 8 0 7 0 6 l课题来源 国家社科规划、基金 研究方向流体密封 项目 论文题目 有源气膜密封实时数据采集监测与调控研究 关键词 有源气膜密封，数据采集与监测，主动调控，试验 论文答辩日期 2 0 1 2 0 5 2 9 半论文类型应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称 工作单位 学科专长 指导教师张秋翔高工北京化工大学化工过程机械 评阅人1 蔡纪宁 高工 北京化工大学化工过程机械 评阕人2 李双喜副教授北京化工大学 化工过程机械 答辩委员会主席钱才富教授 北京化工大学化工过程机械 答辩委员1蔡纪宁高工北京化工大学化工过程机械 全国锅炉压力容 答辩委员2陈朝晖 高工化工过程机械 器标准化委员会 答辩委员3范德顺教授北京化工大学化工过程机械 答辩委员4 戴凌汉 高工北京化工大学化工过程机械 答辩委员5陈平副教授北京化工大学化工过程机械 答辩委员6段成红副教授北京化工大学化工过程机械 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二申图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b f f1 3 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中查 询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 摘要 有源气膜密封实时数据采集监测与调控研究 摘要 由于有源气膜密封比传统的气膜密封具有优良的可调控性能，对 其进行实时数据采集监测与调控技术的研究，目前国内外的研究少， 缺少相关理论指导。本文提出了对有源气膜密封进行状态监测和在线 调控的研究方案，对有源气膜密封的状态监测、主动调控和试验验证 等方面进行了全面而系统的研究与讨论。确保工作主机安全、连续以 及高效地运转。 本文进行了有源气膜密封数据采集与监测系统的开发，选取了相 应的硬件传感器，搭建了硬件系统。采用l a b v i e w 软件，自主开发 了有源气膜密封实时数据采集与监测系统，建立了试验台和试验装 置。应用所开发的系统，成功进行了不同工况下的状态监测，说明了 所选择参数能够准确及时地反映出有源气膜密封端面运行状态，验证 了所开发的系统是可行和有效的。 本文针对有源气膜密封建立了调控系统，分别以端面气膜厚度 h 。和端面气体泄漏量q 为调控目标，在不同工况下进行了多次主动 调控试验。通过调节阻封气压力，验证当密封气体压力增大或减小时， 可将办。和q 控制在理想范围内。采用自行设计的比例调节机构，初 步实现了自动调控。分析了影响自动调控试验的因素，提出了相应的 解决措施，取得了良好的效果。 本文为新型有源气膜密封的状态监测与调控工作做出开创性的研究。 北京化工大学硕士学位论文 解决了气膜密封在不稳定工况下工作容易失效的问题，提高了密封使 用寿命。对于连续高效生产，节省能源都具有十分重要的意义。同时 为进一步提高监测和调控准确性，调控系统的工业化应用打下了坚实 的基础。 关键词：有源气膜密封，数据采集与监测，主动调控，试验 a b s t r a c t t h es t u d yo nr e a l - t i m ed a t aa c q u i s i t i o nm o n i t o r i n ga n d c o n t r o lf o rg a sf i l ms e a lw i t ho u t s i d eg a ss o u r c e a b s t r a c t w i t ht h ee x c e l l e n tp e r f o r m a n c eo fb e i n gr e g u l a t e da n dc o n t r o l l e d o n - l i n e ，t h eg a sf i l ms e a lw i t ho u t s i d eg a ss o u r c ei sr a r e l ys t u d i e da th o m e a n da b o a r d ，c o m p a r i n gw i t ha l lo t h e rk i n d so ft r a d i t i o n a lg a sf i l ms e a l t h et h e o r ya n df i l ea b o u tt h ed a t a a c q u i s i t i o nm o n i t o ra n dc o n t r o l t e c h n o l o g yr e a lt i m ef o rg a sf i l ms e a lw i t ho u t s i d eg a ss o u r c ei sr a r e l y f o u n d e dd o m e s t i ca n do v e r s e a s t h es t a t u sm o n i t o ra n da c t i v ec o n t r o l o n l i n ep r o g r a mf o rg a sf i l ms e a lw i t ho u t s i d eg a ss o u r c ei sp r o p o s e di n t h i sp a p e r t h es t a t u sm o n i t o r , a c t i v ec o n t r o la n de x p e r i m e n tt e s ta r e s t u d i e da n dd i s c u s s e ds y s t e m a t i c a l l ya n do v e r a l li nt h i sp a p e r t h ew o r k m a c h i n ec a nr u ns a f e l y ，c o n t i n u o u s l ya n de f f e c t i v e l y t h er e a l t i m ed a t aa c q u i s i t i o nm o n i t o rs y s t e mo fg a sf i l ms e a lw i t h o u t s i d eg a ss o u r c ei sd e v e l o p e da u t o n o m o u s l yb yu s i n gl a b v i e wi n t h i sp a p e r a c c o r d i n gt ot h ec h o s e nm o n i t o rt a r g e t s ，t h eh a r d w a r es e n s o r s a r es e l e c t e d t h eh a r d w a r es y s t e mi sb u i l t t h ee x p e r i m e n tr i gi sb u i l ta n d e x p e r i m e n t d e v i c e sa r ec o n n e c t e d e f f e c t i v e l y t h e r e a l t i m ed a t a a c q u i s i t i o nm o n i t o rs y s t e mi sa p p l i e da n dt h er u n n i n gs t a t u so fs e a li s n i 北京化工大学硕士学位论文 m o n i t o r e ds u c c e s s f u l l y t h ef a c er u n n i n gs t a t u si sr e f l e c t e da c c u r a c ya n d i nt i m eb yt h ec h o s e np a r a m e t e r s t h ee f f e c t i v e n e s sa n dr e l i a b i l i t yo f s y s t e m a r ec o n f i r m e d t h ec o n t r o ls y s t e mo fg a sf i l ms e a lw i t ho u t s i d eg a ss o u r c ei sb u i l t t h ea m o u n to fc o n t r o le x p e r i m e n t sa r ea c c o m p l i s h e do nt h es e a lt e s tr i g c o n s t r u c t e da u t o n o m o u s l y , t h eg a sf i l mt h i c k n e s sh da n dg a sl e a k a g eo i d e n t i f i e da st h ea d j u s t m e n tt a r g e t sr e s p e c t i v e l y t h eg a sf i l mt h i c k n e s sh d a n dg a sl e a k a g eqc a nb ec o n t r o l l e di nt h ei d e a lr a n gb ya d j u s t i n gt h e q u e n c hg a sp r e s s u r e ，u n d e rt h ed i s t u r b i n gc o n d i t i o no ft h es e a lg a s p r e s s u r eb e i n g i n c r e a s e da n dd e c r e a s e d t h ea u t o m a t i cc o n t r o l e x p e r i m e n t i s a c c o m p l i s h e di n n o v a t i v e l y o nt h eb a s i so fa u t o m a t i c c o n t r o ld e v i c ea n dc o n t r o ls o f t w a r es y s t e m t h ei n f l u e n t i a lf a c t o r so f a u t o m a t i cc o n t r o le x p e r i m e n ta r ea n a l y z e d ，t h es o l u t i o n sa r ep r o p o s e df o r t h ep r o b l e m s t h eg r o u n d b r e a k i n gr e s e a r c hf o rg a sf i l ms e a lw i t ho u t s i d eg a ss o u r c e i nt h ef i e l do fs t a t u sm o n i t o ra n dc o n t r o li sa c h i e v e di nt h i sp a p e r t h e p r o b l e m so fs e a lf a i l u r eu n d e ru n s t a b l ec o n d i t i o na r es o l v e d t h el i f eo f s e a li sp r o l o n g e d t h em a s s yf o u n d a t i o no fi n c r e a s i n gv e r a c i t yo fm o n i t o r a n dc o n t r o la n di n d u s t r ya p p l yi nf u t u r ei sf o u n d e d k e yw o r d s ：g a sf i l ms e a lw i t ho u t s i d eg a ss o u r c e ，d a t aa c q u i s i t i o n a n dm o n i t o r ，a c t i v ec o n t r o l ，e x p e r i m e n t i v 目录 目录 第一章绪论1 1 1 课题来源及研究的目的和意义1 1 2 有源气膜密封的发展1 1 3 密封端面监测技术的研究进展3 1 3 1 密封摩擦扭矩监测3 1 3 2 密封端面温度监测4 1 3 3 密封端面气膜厚度监测5 1 3 4 密封端面流体膜压力监测6 1 4 密封调控技术的研究进展7 1 4 1 密封开启力调控7 1 4 2 密封闭合力调控8 1 5 课题主要研究内容9 第二章有源气膜密封实时数据采集与监测系统开发1 1 2 1 开发方案的确定1 1 2 2 数据采集与监测系统硬件开发1 2 2 2 1 硬件系统开发原则1 2 2 2 2 数据采集与监测系统硬件组成1 3 2 3 硬件系统的建立1 4 2 3 1 压力传感器1 4 2 3 2 位移传感器1 5 2 3 3 流量传感器1 7 2 3 4 数据采集卡1 8 2 4 有源气膜密封实时数据采集与监测系统软件开发2 0 2 4 1l a b v i e w 的相关概念2 0 2 4 2 有源气膜密封实时数据采集与监测系统开发2 2 2 4 3 软件系统干扰信号分析及相关解决措施3 1 2 4 4 系统数据信号误差分析及相关解决措施3 3 2 5 本章小结3 4 v 日北京化：r 大学硕士学位论文 第三章有源气膜密封实时调控试验研究3 5 3 1 调控试验方案的确定3 5 3 1 1 调控原理3 5 3 1 2 调控参数3 6 3 1 3 调控方法3 6 3 1 4 调控方案3 7 3 2 试验系统3 8 3 2 1 驱动系统3 8 3 2 2 供气系统4 0 3 2 3 控制系统4 1 3 2 4 测试系统4 2 3 3 试验用密封装置4 2 3 3 1 试验用密封结构4 2 3 3 2 测试原理4 4 3 4 以气膜厚度为目标的主动调控试验4 4 3 4 1 试验条件和主要试验参数4 5 3 4 2 试验方法4 5 3 4 3 试验结果及分析4 6 3 5 以端面介质气体泄漏量为目标的主动调控试验5 4 3 5 1 试验条件和主要试验参数5 4 3 5 2 试验方法5 4 3 5 3 试验结果及分析5 5 3 6 自动调控技术试验5 6 3 6 1 试验条件和主要试验参数5 6 3 6 2 试验方法5 7 3 6 3 试验结果及分析5 7 3 6 4 影响自动调控试验的因素分析5 9 3 7 本章小结6 4 第四章结论与展望6 5 4 1 结论6 5 4 2 展望6 6 v i 目录 参考文献6 7 致谢7 1 研究成果及发表的学术论文7 3 作者和导师简介7 5 v i i 北京化工大学硕士学位论文 一 v i c o n t e n t s c o n t e n t s c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1s o u r c eo f i s s u ea n d p u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c eo f s t u d y 1 1 2p r e s e n t i n gg a sf i l ms e a lw i t ho u t s i d e g a sr e s o u r c e 1 1 3d e v e l o p m e n tf o rs e a le n df a c ep a r a m e m e r s m o n i t o r 3 1 3 1m o n i t o rf o rf r i c t i o nt o r g u e o f s e a le n df a c e 3 1 3 2m o n i t o rf o rt e m p e r a t u r eo f s e a le n d f a c e 4 1 3 3m o n i t o rf o ri n t e r v a lo f s e a le n d f a c e 5 1 3 4m o n i t o rf o rf i l mp r e a s s u r eo f s e a le n d f a c e 6 1 4d e v e l o p m e n tf o rs e a lc o n t r o li n s i d ea n do u t s i d ec o u n t r y 7 1 4 1o p e n i n gf o r c ec o n t r o lf o rs e a l 7 1 4 2c l o s i n gf o r c ec o n t r o lf o rs e a l 8 1 5m a i n c o n t e n t 9 c h a p t e r2d e v e l o p m e n to fr e a l - t i m ed a t aa c q u i s i t i o na n dm o n i t o r s y s t e mf o rg a sf i l ms e a lw i t ho u t s i d eg a ss o u r c e 儿 2 1d e v e l o p m e n t p r o g r a mc o n f i r m a t i o nf o rt h es y s t e m 1 1 2 2h a r d w a r ed e v e l o p m e n tf o rt h er e a l t i m ed a t aa c q u i s i t i o na n dm o n i t o r s y s t e m 12 2 2 1p f i n c i p l eo f h a r d w a r es y s t e m 1 2 2 2 2c o m p o s i t i o nf o rh a r d w a r e s y s t e m 13 2 3h a r d w a r ef o u n d a t i o nf o rt h er e a l ：t i m ed a t aa c q u i s i t i o na n d i i l o n i t o rs v s t e m 1 4 2 3 1p r e s s u r es e n s o rf o rt h er e a l t i m ed a t aa c q u i s i t i o na n d m o n i t o rs y s t e m 1 4 2 3 2e d d yc w e n ts e n s o rf o rt h er e a l - t i m ed a t aa c q u i s i t i o na n d m o n i t o rs y s t e m 1 6 2 3 3f l o ws e n s o rf o rt h er e a l - t i m ed a t aa c q u i s i t i o na n d m o n i t o rs y s t e m 1 8 2 3 4d a qc a r df o rt h er e a l - t i m ed a t aa c q u i s i t i o na n dm o n i t o rs y s t e m 1 9 2 4s o f t w a r ed e v e n p m e mf o rt h er e a l t i m ed a t aa c q u i s i t i o na n d m o n i t o rs v s t e m 2 1 2 4 1c o n c e p to f l a b v i e w 2 1 2 4 2d e v e l o p m e n t p r o g r a mf o rs o w a r es y s t e m 2 3 2 4 3a n a l y s i so f i n t e r f e r e n c es i g n a la n ds o l u t i o nm e n tf o rt h es o r w a r e s v s t e m 3 1 2 4 4a n a l y s i so f s e n s o re r r o rf o rt h es o t 乇w a r es y s t e m 3 2 t x 北京化工大学硕士学位论文 2 5c o n c l u s i o no f t h i sc h a p t e r 3 3 c h a p t e r3e x p e r i m e n tr e s e a r c ho fa c t i v ec o n t r o lf o rg a sf i l ms e a l w i t ho u t s i d eg a sr e s o u r c e 3 5 3 1e x p e r i m e n tp r o g r a mc o n f i r m a t i o n 3 5 3 1 1p r i n c i p l eo f a c t i v ec o n t r o l 3 5 3 1 2p a r a m e t e r so f a c t i v ec o n t r o l 3 6 3 1 3m e t h o do f a c t i v ec o n t r o l 3 6 3 1 3p r o g r a mo f a c t i v ec o n t r o l 3 7 3 2e x p e r i m e n ts y s t e m 3 8 3 2 1d r i v es y s t e m 3 8 3 2 2g a ss u p p l ys y s t e m 4 0 3 2 3c o n t r o ls y s t e m 4 1 3 2 4t e x ts y s t e m 4 2 3 3s e a ld e v i c ef o ra c t i v ec o n t r o le x p e r i m e n t 4 2 3 3 1e x p e r i m e n ts e a ls t r u c t u r e 4 2 3 3 2t e s tp r i n c i p l e 4 4 3 4a c t i v ec o n t r o lt e s to nt h et a r g to f e n df a c et h i c k e s so f g a sf i l m 4 4 3 4 1c o n d i t i o na n dp a r a m e t e r sf o re x p e r i m e n t 4 5 3 4 2m e t h o do f e x p e r i m e n t 4 5 3 4 3r e s u l ta n da n a l y s i so f e x p e r i m e n t 4 6 3 5a c t i v ec o n t r o lt e s to nt h et a r g to f e n df a c el a e k a g eo f g a sf i l m 5 4 3 5 1c o n d i t i o na n dp a r a m e t e r sf o re x p e r i m e n t 5 4 3 5 2m e t h o do f e x p e r i m e n t 5 4 3 5 3r e s u l ta n da n a l y s i so f e x p e r i m e n t 5 4 3 6a u t o m a t i cc o n t 0 1e x p e r i m e n t 5 6 3 6 1c o n d i t i o na n dp a r a m e t e r sf o re x p e r i m e n t 5 6 3 6 2m e t h o do f e x p e r i m e n t 5 7 3 6 3r e s u l ta n da n a l y s i so f e x p e r i m e n t 5 7 3 6 4a n a l y s i so f f a c t o r sf o ri n f l u r e n c i n ge x p e r i m e n t 5 9 3 7c o n c l u s i o no f t h i sc h a p t e r 6 4 c h a p t e r 4c o n c l u s i o na n dp r o s p e c to ft h i sp a p e r 6 5 4 1c o n c l u s i o no f t h i sp a p e r 6 5 x c o n t e n t s 4 2p r o s p e c ta n do u t l o o k 6 6 r e f e r e n c e 6 7 a c k n o w l e d g e m e n t 7 l r e s e a r c ha c h i e v e m e n ta n d p u b l i s h e da c a d e m i cp a p e r s 7 3 i n t r o d u c t i o no f m e n t o ra n da u t h o r 7 5 x i 北京化工大学硕士学位论文 x i i 主要符号说明 主要符号说明 端面气膜厚度，l t t m 端面介质气体泄漏量，k g s 。1 被密封介质气体压力，m p a 阻封气压力，m p a 阻封气压力降，m p a 密封内压，m p a q r 只 功 b 北京化工大学硕士学位论文 x 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题来源及研究的目的和意义 本课题来源于“十二五”科技支撑计划“关键基础件和通用部件”中的“高 参数泵机械密封装置关键技术研究与应用”相关课题。 本文旨在通过对有源气膜密封可调控特性进行深入的试验研究，解决有源气 膜密封在什么时候能够进行调控，如何调控这两个核心问题。在大量调控试验的 基础之上，总结出调控过程的相关规律，指导自动调控试验。在自动调控试验中， 总结出影响因素，分析这些因素带来的影响，探讨改进调控方案，为未来工业应 用打下基础。 在高速旋转设备中，非接触机械密封得到了非常广泛地应用【心】。如气膜密 封，在其高速运转时，由于动压效应产生的气膜使得密封环端面问的摩擦力大大 减小，极大提高了使用寿命，保证工作主机的连续运转 3 4 1 。尽管如此，气膜密 封还是具有其自身难以改变的缺点。当气膜密封在中低转速的情况下，两密封环 间的动压效应不是十分明显，密封环问的气膜厚度并不稳定，两密封环有可能发 生碰磨，导致密封端面磨损甚至失效。鉴于上述情况，实现对气膜密封在各种工 况下的运转过程实时动态数据采集与监测，并对影响密封稳定运行的关键参数进 行调控，来保证其一直能够稳定高效地工作就成为了必须面对的课题【5 - 1 。 本文根据有源气膜密封结构，结合该型密封所具有可调控特性，开发出能够 在该型密封运行的各个阶段对所选定的密封性能参数进行实时的数据采集与监 测的系统。采用试探调控试验方法对该型密封进行自动调控。成功实现对有源气 膜密封进行实时状态监测和调控，确保密封在运转阶段正常连续高效工作，对于 工作主机节省能源，降低安全事故发生率，提高生产效率都具有重要意义。 1 2 有源气膜密封的发展 有源气膜密封通过在密封系统外部引入外接气源，将其通过特殊结构引入到 气膜密封端面间，通过改变外接气源的压力可以对气膜密封的工作状态进行调 控。 图卜l 是静压式有源气膜密封的工作原理，在两个相对旋转的密封环端面问 引入高于被密封气体( 压力为r ) 的阻封气，如空气或氮气( 压力为只) 。为了达 到减小泄漏控制气体流量的目的，阻封气经过节流装置，如小孔节流和均压槽， 进入到密封的动静环端面间。经小孔节流后，阻封气的压力降为角，并向密封 北京化工大学硕士学位论文 介质侧和大气侧流动。这样在动、静环端面就主要依靠流体静压效应形成了一层 微米级的气膜，将密封动静环隔开，形成非接触密封 1 2 】。在设备高速运转的过 程中，由于主机轴承振动等问题可能导致被密封气体压力波动，这样就会导致密 封环相对运动不稳定，容易产生碰磨。新型有源气膜密封的阻封气是由外接气源 供气，通过改变外接气源的压力来来达到调节密封端面的开启力的目的，实现对 密封静环的轴向位置的调节，完成对高速运转的气膜密封的在线调控。 岛 l 毋 一颟! 转中心一 ( a ) 总体结构( b ) 端面结构 图1 - 1 静压式密封工作原理 f i g 1 - 1s c h e m a t i cd r a w i n go fs t a t i cs e a l 针对气膜密封在中低速容易产生碰磨的问题，北京化工大学流体密封实验室 提出了一种新型结构的有源气膜密封。新型有源气膜密封是在传统的流体静压式 密封的基础上，结合了动压式密封特点而形成。流体静压式密封是将能够平衡密 封端面压紧力的外部气源气体引入密封端面。密封运转前在密封端面形成一层极 薄的气膜，保证了密封端面的分离。其外接气源可以实现对密封补偿环的轴向位 移的调控。动压式密封在高速运转的过程当中，端面动压效应形成的稳定气膜能 够保证密封在运转期间动静环的分离，保证其正常高效地运转。但是动压式气膜 密封由于没有外接气源，在运转过程中并不能通过改变端面气膜厚度来调整密封 运转状态，大大限制了动压式气膜密封的应用范围。结合以上两种气膜密封的各 自优点，本课题组提出了新型有源气膜密封。它既具有传统气膜密封的各种优点， 也有其自身独特的优点。新型有源气膜密封在传统的气膜密封相关设计成熟的基 础上，通过对密封环改进形成的一种新型密封。由于外接气源在密封启停及运转 期间对密封端面持续供气，因此该新型密封利用可以调节的阻封气压力实现对密 封运行各个阶段进行在线监测和调控。 图1 - 2 为混合式有源气膜密封的工作原理。该密封结合原有动压式和静压式 气膜密封特点，引入外加压气源。这样在密封开启和停止阶段，结合静压式有源 气膜密封的特性，在端面间形成稳定的气膜，避免了密封环问的碰磨情况的发生。 在静压式有源气膜密封结构的基础上，通过在动环端面开有不同形式的动压槽， 2 第一章绪论 引入动压效应【1 3 】。在密封高速运转的过程中，可以利用动压效应来形成端面稳 定的气膜，保证密封正常高效地工作。在运转过程中，将外接气源引入密封端面， 同样可以实现对密封环轴向位置的调节。新型有源气膜密封充分将静压式有源气 膜密封可以调节特性与动压效应相结合，形成混合式气膜密封。混合式有源气膜 密封同静压式有源气膜密封在调控方面的工作原理相同，在密封运转期间对整个 系统可以实现在线监测和调控4 l 。 图1 2 混合式气膜密封的工作原理 f i g 1 2p r i n c i p l eo fd y n a m i c s t a t i cm i x i n gs e a l 1 3 密封端面监测技术的研究进展 反映密封端面工作状态的主要参数包括端面摩擦扭矩、端面温度、端面间隙 和端面流体膜压等。实现对这些参数的实时监测，对于掌握密封端面在密封运转 过程当中变化状态，针对不同状态做出针对性调节具有重要意义。 1 3 1 密封摩擦扭矩监测 密封运转期间，影响稳定运行的因素很多，端面摩擦扭矩是其中重要的一个 因素。密封高速运转期间，由于端面摩擦扭矩增大，密封环之间相对摩擦磨损增 大，密封环的寿命就会大大缩短。相对摩擦磨损的增加也使得密封环间的温度迅 速上升，使得密封环容易产生热裂等问题，缩短了密封环的使用寿命。鉴于此实 施对该参数的监测对于整套设备的正常运转至关重要。 目前工业应用上，常用的监测方法主要包含两种：一是支反力法，一是传递 法。动力机械在运转的过程中，由于扭矩的作用，机械本身会对支座产生反力。 当密封运转之后，随着转速的变化支座反力也会随之变化，通过支座反力与摩擦 扭矩之间的数学关系便可推算出所测量的摩擦扭矩值。由于测量的是支座反力的 变化，所以在设备上的旋转件和静止件之间就没有测量信号的问题，也就不存在 气 北京化工大学硕士学位论文 信号的传输问题。由于转速或者动力机械内部轴承的振动对于测量信号的干扰问 题也就不存在了。支座反力的测量相对于在旋转件和静止件之间安装传感器测量 信号来说，从试验结构的确定到测量仪器的安装都相对简单，容易实施。国外的 著名科学家em a y e r 和我国学者李鲲【1 5 】都是采用这种相对成熟的支反力法来测 量动静环间的摩擦扭矩。这种方法的具体操作步骤是在旋转机械的密封腔的上部 安装一个测力杆，并在测力杆上安装载荷传感器。通过这个载荷传感器的测量， 经过相关计算来推导出端面摩擦扭矩。该方法虽然简单易行，但是也有其自身的 缺点。整个部件运转的过程中，轴承对轴表面的摩擦会对该种方法产生很大影响。 所以在选用轴承的时候要特别注意到这一点。学者李鲲经过大量试验，最终选择 用气体静压轴承作为支撑会降低对测试精度的影响。 传递法是将弹性元件安装在旋转件和静止件之间，旋转件和静止件之间的扭 矩通过弹性元件传递，在扭矩的作用下弹性元件的某个或部分物理参数将会随之 变化。端面间的扭矩值随着弹性元件的相关参数的变化而变化，而参数变化量与 端面的扭矩值具有一定的数学关系，最后可以根据弹性元件参数变化量来推算出 所测量的端面扭矩值【l6 i 。根据以上原则制成的传感器主要分成三类：应变式传 感器、扭转角相位差式传感器以及套式磁弹性扭矩传感器。 国内很多学者普遍采用的是一种相对简单的方法来测量扭矩。首先应用相关 仪器测量整个系统的在运行时动力机械与其密封部位的摩擦扭矩，然后在空载运 行时在相同部位再进行一次测量。两者之差即为所需澳4 量的扭矩值。该方法既有 自身的优点，同时缺点也十分明显。空载运行的过程中，采取的是间接测量的方 法，不能保证空载运行的工况和正常运行时的工况完全相同。这样就有可能一些 其他的干扰因素会影响到测量精度，最终影响到所测量的摩擦扭矩值。该方法用 于对监测水平要求一般的情况。 但是在某些特殊的情况下，需要对摩擦扭矩进行精确测量。通过这些参数值 的变化来调节密封工作状态，提高整个密封系统的工作寿命。在密封正常工作的 状态下，密封端面的摩擦扭矩测量十分困难，其测量值非常小并且不稳定。在工 况较为恶劣情况下，例如转速很高、被密封介质压力以及温度都很高，所测量的 摩擦扭矩值因为很容易被其他信号或者噪声干扰而与实际值产生较大偏差，某些 情况下有可能根本测量不到信号。国内学者孙见君通过大量试验发现在密封静环 的背面设置扭矩传感器可以避免上述提到的影响因素从而测量到相对准确的摩 擦扭矩，提高测量精度【1 7 】。 1 。3 2 密封端面温度监测 4 第一章绪论 目前的工业应用中，密封环端面的温度测量主要是通过三种方法进行。热电 阻法，某些导体或者半导体在所处环境温度的不稳定的场合下，其相应的参数会 随之变化，根据这一原理制作成的热电阻传感器可以进行密封端面温度的测量， 该方法既有优点也有其自身的不足。将测量部件直接埋设在密封环表面，使传感 器直接处于端面温度场内，可以很快地捕捉到温度信号，能够及时地反映出相关 变化情况。也正是因为传感器直接处于端面温度场当中，摩擦生热情况将对传感 器的测量和寿命造成很大的影响，加速传感器老化。温度测量过程其非线性程度 很大，测量精度无法保证。端面温度变化范围大，灵敏度太高不利于精确测量。 在流体润滑状态下，密封端面被流体完全隔开而避免端面间的直接摩擦，这样会 使传感器得到保护，而混合摩擦状态下传感器就容易受到影响。在流体处于湍流 运动状态下即密封环被流体膜完全分开使之处于全润滑条件下，测量结果比较准 确。其他状态下，该方法测量得到的结果并不是非常准确。热电偶法，热电偶体 积小，可以很方便地将其埋设在密封环的各个方位，可以实现对密封端面多点温 度测量。热电偶法测量精度较高，由于其埋设在密封环内