一种轴向力平衡装置及轴向力平衡方法与流程

1.本发明涉及流体静压和流体动压机械密封试验，尤其涉及一种轴向力平衡装置及轴向力平衡方法。


背景技术：

2.反应堆冷却剂泵的机械密封由三级机械密封组成，该机械密封有两种不同的类型，分别是流体静压型机械密封和流体动压型机械密封。两种机械密封在装入反应堆冷却剂泵之前均需在专用试验装置中进行试验，以验证其质量可靠性。在机械密封试验过程中，三级机械密封串联安装在试验装置腔体中，因此其轴向力方向相同，则所有的轴向力会集中施加在同一个方向，对整个试验台架的可靠性和稳定性造成不良影响。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种轴向力平衡装置及轴向力平衡方法，设计新颖，安全可靠。
4.为了达到上述目的，本发明提供一种轴向力平衡装置，其用于机械密封试验装置中，所述轴向力平衡装置包含安装在试验轴上的平衡密封，所述平衡密封与安装在试验轴上的机械密封反向安装。
5.所述平衡密封的结构与所述机械密封中的第一级密封、第二级密封和第三级密封的结构相同，所述平衡密封与所述第一级密封背靠背安装。
6.所述平衡密封安装在机械密封试验装置中的密封室中。
7.所述轴向力平衡装置还包含安装在试验轴上的至少一个推力轴承。
8.所述推力轴承安装在机械密封试验装置中的推力轴承室中。
9.所述推力轴承采用角接触球轴承。
10.本发明还提供一种轴向力平衡方法，利用与机械密封反向安装的平衡密封来抵消机械密封产生的轴向力。
11.利用推力轴承来平衡未被平衡密封抵消掉的机械密封剩余轴向力。
12.本发明结合反向安装的平衡密封和推力轴承来共同平衡三级机械密封产生的轴向力，提高了机械密封试验的安全性和可靠性。
附图说明
13.图1是本发明提供的轴向力平衡装置的结构示意图。
具体实施方式
14.以下根据图1具体说明本发明的较佳实施例。
15.反应堆冷却剂泵的机械密封由三级机械密封组成，在机械密封试验过程中，三级机械密封串联安装在机械密封试验装置的腔体中，如图1所示，所述三级机械密封2包含从
下至上依次安装在试验轴5上的第一级密封21、第二级密封22和第三级密封23，这三级密封均是自主设计的流体动压型机械密封，这三级流体动压型密封每一级也是独立集成安装，且结构相同。所述三级机械密封2设置在密封室3和机械密封压盖1中，密封室3用来包容第一级密封21和第二级密封22，机械密封压盖1与所述密封室3通过螺栓连接，该机械密封压盖1用来包容第三级密封23。
16.本发明中提供一种轴向力平衡装置，其设置在机械密封试验装置的腔体中，用于平衡所述机械密封产生的轴向力。如图1所示，所述轴向力平衡装置包含安装在试验轴5上的平衡密封4，所述平衡密封4也设置在密封室3中，所述平衡密封4安装在所述第一级密封21的下方，所述平衡密封4与所述第一级密封21、第二级密封22和第三级密封23的结构相同，且所述平衡密封4与所述第一级密封21反向安装(背靠背安装)，所述平衡密封4产生与所述机械密封中的第一级密封21、第二级密封22和第三级密封23反向的轴向作用力，以抵消所述机械密封产生的大部分轴向力(机械密封里含有静环组件、动环组件、节流降压装置、弹簧等零件，轴向力的产生和重力、弹簧压缩后的弹力、流体压力相关，与密封高度尺寸没有直接关系。平衡密封之所以能够平衡其他三级密封的大部分轴向力，主要是依靠平衡密封内部的弹簧弹力，三级机械密封的轴向力使得平衡密封弹簧压缩量增大，弹力增加，抵消所施加的轴向力)。所述平衡密封4有两方面作用：一是和试验机械密封结构相同，反向安装可以最大限度平衡试验机械密封所产生的轴向力；二是该平衡密封4同时具有机械密封功能，可以承受试验过程中的高压注入水约17mpa，使得高压注入水不致向下流出而损坏试验台架下方的轴承及电机。
17.进一步，试验轴5上还安装有推力轴承7，其设置在推力轴承室6中，所述推力轴承室6用来包容所述推力轴承7，所述推力轴承7用于支撑试验轴5并抵消所述机械密封未被所述平衡密封4抵消掉的剩余轴向力。在本实施中，设置至少一个推力轴承7，所述推力轴承7采用角接触球轴承，除了作为转动轴承功能，还具有承受轴向力的功能，设置推力轴承是相对平衡密封的冗余安全，推力轴承的具体数量根据试验机械密封的轴向力进行选型，本试验装置所选的每一个推力轴承均可单独承受三级机械密封轴向力。
18.本发明还提供一种轴向力平衡方法，采用与机械密封反向安装的平衡密封4以及安装在试验轴5下部的推力轴承7来共同平衡所述机械密封产生的轴向力。所述平衡密封4安装在密封室3中，密封室3上加工有贯穿流道孔(图中未显示)，该贯穿流道孔位于第一级密封21和平衡密封4之间，流体介质从该贯穿流道孔注入机械密封。所述平衡密封4与所述第一级密封21背靠背安装，平衡密封4的轴向力向上，当试验流体介质从密封室3上的贯穿流道孔注入到机械密封中时，一部分流体从第一级密封21向上流入其他各级机械密封，另一部分流体向下流入平衡密封4。在正常运行条件下，平衡密封4产生的反向轴向力可以平衡三级机械密封产生的大部分轴向力，三级机械密封剩余的轴向力由推力轴承7进行平衡，推力轴承7可以承受平衡密封4发生故障后机械密封所产生的所有轴向力。
19.针对反应堆冷却剂泵的三级机械密封试验，由于试验过程中会模拟各种异常工况，试验时间长，导致三级机械密封产生的轴向力大，因此本发明结合平衡密封和推力轴承来共同平衡三级机械密封产生的轴向力，采用和三级机械密封结构相同但反向安装的平衡密封进行轴向力平衡，进一步结合推力轴承作为冗余安全，就算平衡密封失效，推力轴承也可短时间承受三级机械密封产生的全部轴向力，增加了试验机械密封和试验台架的安全性
和可靠性。
20.本发明提供的一种轴向力平衡装置及轴向力平衡方法设计新颖，安全可靠，适用于泵的机械密封试验及其他轴向力平衡装置或机械设备。
21.需要说明的是，在本发明的实施例中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述实施例，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。