碳环密封结构中波形弹簧预紧力的测量方法与流程

本发明涉及高速离心式压缩机技术领域，具体涉及一种高速离心式压缩机中的碳环密封结构中的波形弹簧预紧力的测量方法。

背景技术：

高速离心式压缩机是一种高端叶轮机械设备，由于技术先进性和制造复杂性的限制，目前，世界仅有的为数不多的几个国家可以生产高质量的高速离心式压缩机。高速离心式压缩机作为高速旋转的设备，通常采用增速齿轮箱联接，而齿轮箱的高速轴几乎采用滑动轴承，因此，轴向油封设计的好坏决定着整个齿箱是否会发生漏油现象，加之，压气端的气体不可避免的泄露，所以轴向气封的设计也非常关键，业内通常采用的是碳环密封结构来实现滑动轴承的轴向气封和轴向油封，如图1所示，碳环密封结构主要包括油封体1、气封体2、碳环座3、定位环4、波形弹簧5(进气侧1个，进油侧1个)、旋转轴6、碳环7(进气侧1个，进油侧2个)。旋转轴7的进油侧为滑动轴承的出油口，润滑油沿着轴向先后通过梳齿密封和碳环密封；旋转轴7的进气侧为叶轮轮背，泄露的气体先后通过梳齿密封和碳环密封。因梳齿密封的密封效果稍欠佳，因此，碳环密封的密封效果起着关键性的作用。碳环密封结构中的碳环7通过波形弹簧5轴向压在气封体2及定位环4上，因此，碳环7的松紧程度主要取决于波形弹簧5的预紧力。并且，波形弹簧5的预紧力的大小对于碳环密封的效果有着重要影响，若波形弹簧5的预紧力过小，碳环7受压不够，润滑油或气体就会从碳环7的端面泄露过去；若波形弹簧5的预紧力过大，碳环7受压过度，一方面会导致碳环7过度磨损，另一方面会导致碳环7温度过高，从而导致旋转轴6的轴颈温度过高，此外，还有可能造成碳环7的破损，从而起不到密封的效果。因不同规格的波形弹簧的自由高度不是线性变化的，且同一规格的波形弹簧的自由高度都会有很大误差，因此，简单方便地检测不同规格波形弹簧的预紧力的大小显得十分的重要。

技术实现要素：

本发明通过提供一种碳环密封结构中波形弹簧预紧力的测量方法，以解决波形弹簧的预紧力不易测量的问题。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明提供一种碳环密封结构中波形弹簧预紧力的测量方法，包括：

步骤S1：将碳环密封结构水平放置；

步骤S2：将碳环密封结构中气封侧的碳环向上顶至与碳环座的内孔侧壁接触；

步骤S3：先后将螺纹轴和重量大于螺纹轴的螺纹套分别独自水平放置于碳环的内表面，且保证螺纹轴的轴线和螺纹套的轴线分别与水平方向平行；

步骤S4：如果在放置螺纹轴后碳环向下滑落，判断碳环密封结构中气封侧的波形弹簧的预紧力偏小；如果在放置螺纹轴后碳环保持静止，而在放置螺纹套后碳环向下滑落，判断波形弹簧的预紧力正常；如果在先后分别放置螺纹轴和螺纹套后碳环均保持静止，则判断波形碳簧的预紧力偏大。

本发明还提供一种碳环密封结构中波形弹簧预紧力的测量方法，包括：

步骤S1：将碳环密封结构水平放置；

步骤S2：将碳环密封结构中油封侧的两个碳环向上顶至与碳环座的内孔侧壁接触；

步骤S3：先后将螺纹套以及螺纹套与螺纹轴组成的轴套组合分别独自水平放置于两个碳环的内表面，且保证螺纹套的轴线和轴套组合的轴线分别与水平方向平行；

步骤S4：如果在放置螺纹套后两个碳环向下滑落，判断碳环密封结构中油封侧的波形弹簧的预紧力偏小；如果在放置螺纹套后两个碳环保持静止，而在放置轴套组合后两个碳环向下滑落，判断波形弹簧的预紧力正常；如果在先后分别放置螺纹套和轴套组合后两个碳环均保持静止，则判断波形碳簧的预紧力偏大。

与现有技术相比，本发明提供的碳环密封结构中波形弹簧预紧力的测量方法的优点是：所使用的测量工具简单、制造难度低、制造成本低，并且，测量方法操作简单。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1现有的碳环密封结构示意图；

图2为根据本发明实施例的气封侧碳环松紧度检测示意图一；

图3为根据本发明实施例的气封侧碳环松紧度检测示意图二；

图4为根据本发明实施例的油封侧碳环松紧度检测示意图一；

图5为根据本发明实施例的油封侧碳环松紧度检测示意图二。

其中的附图标记为：油封体1、气封体2、碳环座3、定位环4、波形弹簧5、转轴6、碳环7、螺纹轴8、螺纹套9、轴套组合10。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

碳环密封结构包括进气侧的密封和进油侧的密封，本发明将密封的进气侧称之为气封侧，将密封的进油侧称之为油封侧。下面分别对气封侧和油封侧波形弹簧预紧力大小的测量方法进行说明。

图2和图3分别为根据本发明实施例的气封侧碳环松紧度检测示意图一和气封侧碳环松紧度检测示意图二。

如图2和图3所示，气封侧波形弹簧预紧力大小的测量方法，包括：

步骤S1：将碳环密封结构水平放置。

步骤S2：将碳环密封结构中气封侧的碳环7向上顶至与碳环座3的内孔侧壁接触。

步骤S2的目的在于让碳环7的下部与碳环座3的底部内壁无法接触，使碳环7在碳环座3内具有向下运动的空间。

在本发明的一个具体实施例中，气封侧的碳环7的内径在86-87mm之间，外径在100-101mm之间，图2中示出的气封侧的碳环7的内径为86.8mm，外径为100.7mm。

步骤S3：先后将螺纹轴8和重量大于螺纹轴8的螺纹套9分别独自水平放置于碳环7的内表面，且保证螺纹轴8的轴线和螺纹套9的轴线分别与水平方向平行。

保证螺纹轴8的轴线和螺纹套9的轴线分别与水平方向平行的目的在于使螺纹轴8和螺纹套9始终不会发生倾斜，即保证螺纹轴8的重心与碳环7的重心沿螺纹轴8的径向重合，螺纹套9的重心与碳环7的重心沿螺纹套9的径向重合，即使螺纹轴8和螺纹套9随着碳环7向下滑落，螺纹轴8和螺纹套9也不会因为失去重心而相对于水平方向发生倾斜。

基于上述内径为86.8mm，外径为100.7mm的碳环7，选取重量为0.5kg的螺纹轴，重量1kg的螺纹套进行测试。

步骤S4：如果在放置螺纹轴8后碳环7向下滑落，判断碳环密封结构中气封侧的波形弹簧5的预紧力偏小；如果在放置螺纹轴8后碳环7保持静止，而在放置螺纹套9后碳环7向下滑落，判断波形弹簧5的预紧力正常；如果在先后分别放置螺纹轴8和螺纹套9后碳环7均保持静止，则判断波形碳簧5的预紧力偏大。

在先后将螺纹轴8和重量大于螺纹轴8的螺纹套9分别独自水平放置于碳环7的内表面后，观察碳环7的移动情况，包括以下几种情况：

1、如果在放置螺纹轴8后碳环7向下滑落，说明碳环7与碳环座3之间的配合过松，碳环7与碳环座3之间的松紧度过松无法保证密封性，换言之，波形弹簧5的预紧力偏小，此时应加大波形弹簧5的预紧力；

2、如果在放置螺纹轴8后碳环7保持静止，而在放置螺纹套9后碳环7向下滑落，说明碳环7与碳环座3之间的配合刚好合适，碳环7与碳环座3之间的松紧度合适，既可以保证密封性又不会磨损碳环7，换言之，波形弹簧5的预紧力正常，此时不用调节波形弹簧5的预紧力；

3、如果在先后分别放置螺纹轴8和螺纹套9后碳环7均保持静止，说明碳环7与碳环座3之间的配合过紧，碳环7与碳环座3之间的松紧度过紧，会导致过度的磨损碳环7，从而无法保证密封性，换言之，波形弹簧5的预紧力偏大，此时应减小波形弹簧5的预紧力。

图4和图5分别为根据本发明实施例的油封侧碳环松紧度检测示意图一和油封侧碳环松紧度检测示意图二。

如图4和图5所示，油封侧波形弹簧预紧力大小的测量方法，包括：

步骤S1：将碳环密封结构水平放置。

步骤S2：将碳环密封结构中油封侧的两个碳环7向上顶至与碳环座3的内孔侧壁接触。

由于油封侧的密封性强度要高于气封侧的密封性强度，因此，油封侧设置有两个相同的碳环7，来增强油封侧的密封性。

在将两个碳环7向上顶至与碳环座3的内孔侧壁后，使碳环7的下部与碳环座3的底部内壁无法接触，从而使碳环7在碳环座3内具有向下运动的空间。

在本发明的另一个具体实施例中，在本发明的一个具体实施例中，油封侧的两个碳环7的内径在94-95mm之间，外径在107-109mm之间，图4中示出的油封侧的两个碳环7的内径均为94.1mm，外径均为108mm。

步骤S3：先后将螺纹套9以及螺纹套9与螺纹轴8组成的轴套组合10分别独自水平放置于两个碳环7的内表面，且保证螺纹套9的轴线和轴套组合10的轴线分别与水平方向平行。

由于在碳环密封结构的油封侧设置了两个碳环7，油封侧的波形弹簧5的预紧力要比气封侧的波形弹簧5的预紧力要大，因此，在对油封侧的波形弹簧进行测试时，将先放入碳环7内表面的螺纹轴8替换成重量大于螺纹轴8的螺纹套9，将后放入碳环7内表面的螺纹套9替换成螺纹轴8与螺纹套9组成的轴套组合10。

基于上述内径均为86.8mm，外径均为100.7mm的两个碳环7，选取重量为0.5kg的螺纹轴，重量1kg的螺纹套进行测试。

保证螺纹套9的轴线和轴套组合10的轴线分别与水平方向平行的目的在于使螺纹套9的轴线和轴套组合10始终不会发生倾斜，即保证螺纹套9的重心与碳环7的重心沿螺纹套9的径向重合，轴套组合10的重心与碳环7的重心沿轴套组合10的径向重合，即使螺纹轴8和螺纹套9随着碳环7向下滑落，螺纹套9和轴套组合10也不会因为失去重心而相对于水平方向发生倾斜。

步骤S4：如果在放置螺纹套9后两个碳环7向下滑落，判断碳环密封结构中油封侧的波形弹簧5的预紧力偏小；如果在放置螺纹套9后两个碳环保持静止，而在放置轴套组合10后两个碳环7向下滑落，判断波形弹簧5的预紧力正常；如果在先后分别放置螺纹套9和轴套组合10后两个碳环7均保持静止，则判断波形碳簧5的预紧力偏大。

在先后将螺纹套9和轴套组合10分别独自水平放置于碳环7的内表面后，观察碳环7的移动情况，包括以下几种情况：

1、如果在放置螺纹套9后碳环7向下滑落，说明碳环7与碳环座3之间的配合过松，碳环7与碳环座3之间的松紧度过松无法保证密封性，换言之，波形弹簧5的预紧力偏小，此时应加大波形弹簧5的预紧力；

2、如果在放置螺纹套9后碳环7保持静止，而在放置轴套组合10后碳环7向下滑落，说明碳环7与碳环座3之间的配合刚好合适，碳环7与碳环座3之间的松紧度合适，既可以保证密封性又不会磨损碳环7，换言之，波形弹簧5的预紧力正常，此时不用调节波形弹簧5的预紧力；

3、如果在先后分别放置螺纹套9和轴套组合10后碳环7均保持静止，说明碳环7与碳环座3之间的配合过紧，碳环7与碳环座3之间的松紧度过紧，会导致过度的磨损碳环7，从而无法保证密封性，换言之，波形弹簧5的预紧力偏大，此时应减小波形弹簧5的预紧力。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。