机械密封试验装置轴系调整方法与评定

金 良 刘其和 魏 龙

（南京化工职业技术学院 南京）

一、问题及原因

一套长期用于测试各种机械密封性能的计算机辅助试验装置，在测试过程中监测显示轴系调整前出现扭矩异常波动现象，见图1。

通过对试验装置在运行过程的观察与扭矩异常值的分析发现，导致摩擦扭矩出现异常的原因是装置整个旋转轴系不同心，需要将整个装置的轴系重新调整定位。

二、试验装置轴系调整方法

图1 试验装置轴系调整前扭矩

为保证试验装置轴系在测试过程中与密封腔的同轴度、垂直度等达到技术要求，轴系安装过程中找正顺序依次是：试验台架→步进电机移动平台→密封腔→转轴→转速-扭矩传感器→电机。试验装置轴系调整过程中主要使用工具是合像水平仪（精度0.1 mm/m）和百分表（精度0.01 mm），可以满足试验装置的精度要求。

1.试验台架水平位置调整

试验台架由底部槽钢支座和上部铸造导轨组成，两者之间通过螺栓连接，可有效防止台架受外部因素影响后产生应力变形，保证台架整体性和尺寸固定。

在台架水平位置调整之前将合像水平仪放置在台架任意一端以检测台架横向高低。根据水平检测结果将千斤顶放置在较低端支座底部，同时将合像水平仪调零后放置在台架中间平面处，通过千斤顶的升降将台架调至水平位置。此时将斜铁插入台架底座与地面之间间隙中。在保证横向水平后再用同样方法调整台架纵向垂直度。调整完毕后将合像水平仪放置在任意几个位置检测导轨平面是否处于水平，达到使用要求后将斜铁与底座焊接成一体，在此过程中要注意观察合像水平仪图像是否有变化，避免焊接变形引起尺寸变化。焊接完成后使用膨胀螺丝将台架固定在地面上，再将台架底座与地面之间的缝隙中灌满水泥砂浆，保证台架底部与地面完全接触，避免因空心产生台架振动。

2.步进电机移动平台位置调整

移动平台在加工时要求平行度0.06 mm，表面粗糙度6.3 μm，保证移动平台在安装完成后中心线与导轨中心线基本重合，只需调整移动平台水平度即可满足移动平台与导轨中心线平行。将合像水平仪放置移动平台上依次检测横向和纵向水平度，根据水平度偏差分别微调底座4个拐角处螺母，直至横、纵向达到水平位置即可。调整后将平台与导轨通过螺栓固定，避免位置发生改变。

3.密封腔位置调整

由于试验装置的轴系中心线为同一水平线，因此密封腔中心线应与移动平台中心线在一个垂直平面内，以保证密封腔在移动过程中与旋转轴同心。可通过游标卡尺测量密封腔底面四角与平台平行两边的距离，根据测量值调整至两者中心重合。

测量调整时，为避免受到游标卡尺精度和密封腔内壁与外壁同心度偏差的影响，粗调后将1块百分表安装在密封腔内并保持位置固定，同时按图中方向移动密封腔，观察百分表数据变化规律，见图2。如果密封腔中心线与移动平台中心线不平行，在密封腔移动过程中百分表读数将变大或变小，如果两者平行，则移动过程中百分表读数无变化。调整百分表读数变化范围在技术要求以内时，可以判定密封腔与移动平台两者中心平行。调整完成后通过螺栓将密封腔与平台之间固定。

图2 密封腔与移动平台调整示意图

4.旋转轴位置调整

根据台架长度在旋转轴上设计两个变径点，以此来限制轴承安装位置，并在密封腔一侧的轴承座中过盈配合安装两个止推环防止旋转轴在受到较大轴向力后产生的轴向蹿动。将旋转轴与轴承和轴承座装配好后放置在导轨上，使用直角尺测量轴外径到密封腔外壁两边距离进行粗调，使旋转轴中心与密封腔中心基本重合。锁紧螺栓将轴承座固定在导轨上，通过调整移动平台，使旋转轴端穿过密封腔并伸出密封腔端面10～20 mm。为减少测量误差，在转轴上安装两个百分表分别测量径向距离，检测转轴与密封腔是否同心，测量角度相差180°。再在轴端安装1块百分表，测量轴向距离，检测轴端面与密封腔端面是否平行，见图3。调整过程中以密封腔为固定端，盘动转轴观察百分表数据变化规律，以三角形相似原理为调整依据，先调整转轴水平，再调整转轴左右位置，最终实现两者中心重合。调整至百分表读数变化范围在技术要求以内时，可认判定旋转轴与密封腔两者同心。

5．密封腔移动过程中与转轴位置检测

图3 密封腔与转轴调整示意图

图4 密封腔移动过程中与转轴平行度检测示意图

为避免密封腔在平台水平移动时和转轴之间存在夹角，导致在不同位置时密封腔与转轴之间同轴度产生偏差，将两块百分表安装在转轴上测量径向距离，测量角度相差90°。水平移动密封腔过程中保持百分表位置固定，观察百分表读数变化规律。调整旋转轴至两表读数变化在技术要求范围以内时，表明移动过程中两者同轴度达到要求，见图4。

6．转速—扭矩传感器与电机位置调整

转速—扭矩传感器与电机位置调整实质就是转轴、转速—扭矩传感器、电机三者之间联轴器的校正。联轴器校正采用双表找正法。将两块百分表安装在联轴器同一端，一块表测量径向距离，另一块表测量轴向距离。调整至两表读数满足《机械设备安装工程施工及验收通用规范》GB 50231-1998中对于弹性联轴器调心允许偏差值要求。

三、试验装置调整后的检测与分析

通过对试验装置在运行过程中摩擦扭矩和振动的测量，来评定安装调试完成后装置的同轴度是否满足机械密封试验装置安装技术要求。

1.摩擦扭矩测量与分析

监测结果显示，调整后试验装置的摩擦扭矩平稳，无明显异常值或大幅度跳动（图5），试验装置在不同转速下摩擦扭矩平稳并具有较高的测量精度，见图6。

图5 轴系调整后摩擦扭矩

图6 不同转速下摩擦扭矩

2.振动测量与分析

使用MD75-01H/B设备智能点检仪检测试验装置密封腔、导轨、电机3处振动烈度与电机侧轴承、密封腔侧轴承、两轴承之间振幅。

测量数据显示，试验装置在设计转速范围内运行时，振动烈度波动范围 0.53～1.74 mm/s，且随转速增加而增加，见图7。振幅波动范围5.37～17.24 μm，当转速＜3500 r/min时，振幅值比较小并有所波动，当转速＞3500 r/min时，振幅值较大，见图8。测量值符合ISO 2372机械振动标准和API611振动标准要求，依据上述标准评定机械密封试验装置振动状态合格，可长期运行。

图7 不同点振动烈度与转速关系

图8 轴承及其附近振幅与转速关系