УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МАНЖЕТНЫХ УПЛОТНЕНИЙ
DEVICE FOR INVESTIGATION OF CUP-TYPE SEALS

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть применено на машиностроительных заводах, изготавливающих насосы, редукторы и другие агрегаты, имеющие манжетные уплотнения, а также на предприятиях, занимающихся вопросами совершенствования, проектирования уплотнений, повышения их долговечности и разработки новых материалов для их изготовления.
Известно устройство для определения износа выступа сальника подшипника (Пат. США №3488682, 1970), состоящее из корпуса, полого вала, уплотнения, датчика и считывающего устройства. Принцип работы этого устройства состоит в измерении радиального контактного давления манжетного уплотнения на вал, которое по мере износа уплотнения уменьшается.
Известно устройство для непрерывного измерения износа вращающего вала (Авторское свидетельство СССР №577401, кл. G01В 7/32, 1976), содержащее корпус, имитатор вала, металлическое кольцо, основное и вспомогательное уплотнения, установленные между корпусом и металлическим кольцом, два источника питания, электроды, щеточные контакты и регистрирующий прибор.
Известно устройство для непрерывного измерения износа вращающего вала (Авторское свидетельство СССР №757914, кл. G01N 3/56, G01B 7/06, 1980), содержащее корпус, полый имитатор вала, основное и вспомогательное уплотнения, установленные между корпусом и металлическим кольцом, два источника питания, причем первый выполнен в виде источника тока, электроды, закрепленные на внутренней поверхности металлического кольца, щеточные контакты и регистрирующий прибор.
Известно устройство для исследования манжетных уплотнений (Авторское свидетельство СССР №573648, кл. F16J 15/00, 1975), состоящее из снабженного щеточным контактом вала и корпуса, в полости которого установлена исследуемая манжета, системы контроля, включающее блоки задержки и усиления сигналов, два вольтметра с блоком перемножения, к выходу которого через интегратор подключен третий вольтметр, при этом в полость корпуса залит жидкий проводник, а в тело губы манжеты вмонтированы два зондирующих электрода, подсоединенных к системе контроля. Данное устройство позволяет определять направления и скорости перемещения волны вибрации губы манжеты, а также точек расположения экстремальных значений амплитуды последней.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является стенд для испытания уплотнений валов (Авторское свидетельство СССР №257109, кл. G01M 3/02, 1969), содержащий корпус, вал, устройство для подачи жидкости в полость между двумя исследуемыми уплотнениями, привод вращения вала и контрольно-измерительную аппаратуру. Стенд используется для испытания уплотнений при различной величине эксцентриситета вала, для чего каждая из испытательных камер снабжена двумя ушками с регулировочными винтами для создания требуемой величины эксцентриситета.
Недостатком известных устройств является невозможность одновременной фиксации параметров губы манжеты по всей поверхности контакта вала с манжетным уплотнением, а также невысокая надежность вследствие применения щеточных контактов в цепи передачи измерительного сигнала.
Технический результат - возможность непрерывного мониторинга и определения времени от начала испытания манжетного уплотнения до нарушения его герметичности, оценки объема протекания жидкости и динамики изменения этого объема во времени, а также повышение надежности работы устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для исследования манжетных уплотнений, состоящее из корпуса с размещенными в нем основным и вспомогательным манжетными уплотнениями, контактирующего с ними исследуемого вала, электродвигателя привода вала и устройства для подачи жидкости в полость между двумя исследуемыми уплотнениями, дополнительно снабжается системой непрерывной фиксации и обработки светового сигнала, включающей объектив с обоймой светодиодов ультрафиолетового излучения, управляемую диафрагму, прибор с зарядовой связью (ПЗС-матрицу), усилитель, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), блок управления и персональный компьютер, при этом жидкость имеет флюоресцирующие добавки, а манжетные уплотнения охватываются специальными упорными кольцами.
На чертеже представлена конструкция устройства для исследования манжетных уплотнений.
Устройство для исследования манжетных уплотнений состоит из электродвигателя постоянного тока 3 с возможностью регулирования частоты вращения с помощью блока регулирования 4, тахогенератора 1, верхней 10 и нижней 17 частей корпуса стенда, а также насоса 19 с манометром 20, соединенных с верхней частью 10 корпуса шлангом высокого давления 21. Внутри корпуса устройства залита жидкость (масло, вода и т.д.) с флюоресцирующими добавками и, с целью недопущения ее утечки, на исследуемом валу 9 устанавливаются манжетные уплотнения 12 и 22. Нижняя часть 17 корпуса закреплена на раме 2. Исследуемый вал 9 устанавливается в подшипниках качения 11 и соединяется с выходным валом 5 электродвигателя 3 посредством специальной фрикционной муфты 6 с «карманами» для вставки грузиков с целью создания требуемой величины эксцентриситета, которая фиксируется лазерным виброметром 29. Фрикционная муфта 6 имеет рычаг 7 «включения-отключения» сцепления, который в позиции «включено» замыкает концевой выключатель 8, соединенный с персональным компьютером 34. Манжетные уплотнения 12 и 22 по внешнему контуру охватываются упорными кольцами 18 и 23, а внешняя торцевая поверхность манжеты 22 прижимается крышкой 24, которая фиксируются на шпильках 25 гайками. Ближайший к фрикционной муфте 6 подшипник 11 установлен внутри втулки 16. Давление, создаваемое насосом в корпусе, контролируется с помощью манометра 20. Упорные кольца разных толщин выполняются из пластмассы и служат для фиксации манжет разных диаметров при исследовании различных валов. Между подшипниками 11 и манжетой 12 устанавливаются дистанционные кольца 15. Крышка 13 фиксируется на шпильках 14 гайками.
На раме 2 рядом с корпусом устройства со стороны, противоположной электродвигателю 3, закреплен объектив 27 с обоймой светодиодов ультрафиолетового излучения 26 с управляемой диафрагмой 28. Система обработки светового сигнала состоит из объектива 27, ПЗС-матрицы 30, усилителя 31, АЦП 32, блока управления 33 и персонального компьютера 34.
Данное устройство позволяет исследовать манжетные уплотнения при различных условиях испытаний в зависимости от частоты вращения двигателя, от величины давления и вида жидкости.
Так как в жидкости присутствуют флюоресцирующие добавки, определение порога герметичности манжетного уплотнения происходит в темном помещении.
Устройство работает следующим образом.
Вначале подбираются и устанавливаются в «карманы» муфты 6 грузики, необходимые для создания требуемой величины эксцентриситета, которая контролируется виброметром 29.
Вал 5 электродвигателя 3 набирает обороты, заданные блоком регулирования 4. По достижению необходимых для испытаний число оборотов, показываемых тахометром 1, рычаг 7 фрикционной муфты 6 устанавливается в положение «включено», замыкается концевой выключатель 8, и сигнал о начале испытаний поступает в компьютер 34.
Вращение от вала 5 электродвигателя 3 посредством муфты 6 передается исследуемому валу 9, при вращении которого вследствие вибрации губы манжеты 22, вызываемой микронеровностями поверхности вала 9, его эксцентриситетом, радиальным и осевым биением относительно корпуса устройства, возникает волна вибрации, проявляемая в виде микроподтеканий жидкости с флюоресцирующими добавками.
Жидкость, находящаяся в корпусе устройства, имеет свойство светиться в видимом диапазоне волн под действием ультрафиолетового облучения. Когда в процессе испытания манжетного уплотнения 22 нарушается его герметичность и жидкость появляется на внешней стороне манжетного уплотнения, то при ультрафиолетовом облучении в темноте появляется светящееся кольцо. Изображение этого кольца через объектив 27, который имеет диаметр, больший чем диаметр вала 9, передается на
ПЗС-матрицу 30, где преобразуется в аналоговый электрический сигнал. Этот сигнал усиливается усилителем 31 и передается на аналогово-цифровой преобразователь 32. Оцифрованный сигнал поступает на персональный компьютер 34, где он обрабатывается с помощью компьютерной программы.
Блок управления 33 контролирует уровень аналогового сигнала и регулирует диафрагму 28 объектива 27 так, чтобы амплитуда аналогового сигнала находилась в пределах, необходимых для обеспечения диапазона аналогово-цифрового преобразователя 32, кроме того, блок управления 33 подает сигналы развертки на ПЗС-матрицу 30 и синхронизирует работу ПЗС- матрицы с персональным компьютером 34.
Компьютерная программа позволяет определить время от начала испытания манжетного уплотнения до наступления порога нарушения его герметичности. Кроме того, зная угол наклона губы манжетного уплотнения относительно вала, по ширине светящегося кольца можно оценить объем протекания жидкости, а также оценить динамику изменения объема протекшей жидкости.
Внедрение изобретения позволит уточнить механизм трения и износа манжеты и вала, а разработка на этой основе мероприятий по снижению износа валов насосов, редукторов и других агрегатов, имеющих манжетные уплотнения, даст значительную экономию денежных средств.