一种防爆风机轴封材料摩擦测试装置及方法与流程

1.本发明属于机械部件的测试技术领域，涉及防爆风机轴封材料的测试装置及方法。


背景技术：

2.爆炸性危险区域主要以爆炸物质在这一危险区域内出现的频繁程度和持续时间来划分。除煤矿外，我国的防爆危险区域分成爆炸性气体区域和可燃性粉尘区域，爆炸0区指连续出现或长期出现爆炸性气体或粉尘的环境，如：储罐液面以上空间、罐区内气体管道和码头船岸对接管道等场合。爆炸1区指在正常运行时可能出现爆炸性气体或粉尘混合物的环境，爆炸2区指在正常运行时不可能出现爆炸性气体或粉尘混合物的环境，或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体或粉尘混合物的环境。符合0区防爆要求的设备可以用到1区或2区场所，1区设备可以用到2区场所，反之则不行。
3.风机被广泛地应用于石油、化工、制药、冶金、城市燃气站等含有爆炸性混合物的场所，因此风机除了需要具备产品本身所要求达到的基本性能之外，还需要有防爆措施保护。若不具备防爆品质，产生的静电火花、机械零部件火花和摩擦产生的热表面是可能引爆周围环境的点燃源，一旦发生爆炸事故将带来灾难性后果。一些特殊气体如：氢气、甲烷、乙烯和乙炔等点燃能低的气体，防爆风机要求输送这类气体时必须杜绝一切可能的点燃源。防爆风机除了叶轮与机壳之间摩擦可能产生点燃源外，防爆风机传动轴与机壳连接处的轴端密封同样可能产生点燃源，特别是轴封材料与轴套的摩擦，可能产生高温热表面、静电等点燃源。对于防爆设备最高表面温度，t6级最高表面温度不超过85℃，t5级最高表面温度不超过100℃，t4级最高表面温度不超过135℃，t3级最高表面温度不超过200℃，t2级最高表面温度不超过300℃，t1级最高表面温度不超过450℃。
4.目前国内应用在防爆风机除了叶轮与机壳之间摩擦可能产生点燃源外，防爆风机传动轴与机壳连接处的轴端密封同样可能产生点燃源，特别是轴封材料与轴套的摩擦，可能产生高温热表面、静电等点燃源。存在重大安全隐患和环保风险。因此亟需研制一种防爆风机轴封材料摩擦测试方法及装置，检测分析轴封材料与轴套摩擦时，轴封材料温升情况及静电积聚情况。


技术实现要素：

5.本发明的目的是弥补现有技术中对防爆风机轴封材料摩擦测试缺少相关研究的不足，提供一种防爆风机轴封材料摩擦测试装置及方法，为提高防爆风机的安全性能，提供参考依据。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种防爆风机轴封材料摩擦测试装置，包括轴封套，所述轴封套内壁设有沟槽，用于固定待测轴封材料。
7.作为本发明的一种优选方式，所述沟槽共有两个，两个沟槽之间具有间隙。
8.进一步优选地，所述沟槽的间隙内设有温度传感器。
9.进一步优选地，所述沟槽的间隙内设有静电传感器。
10.进一步优选地，沿所述沟槽轴线方向设有红外热成像仪。
11.进一步优选地，所述装置还包括防爆电机，所述防爆电机的机头上固定有轴套，所述轴套置于所述轴封套内；轴套上固定待测轴封材料。
12.进一步优选地，所述的防爆电机为变频电机，变频范围为0-60hz。
13.进一步优选地，所述轴套为不锈钢材质。
14.本发明还提供了一种防爆风机轴封材料摩擦测试方法，包括：将待测轴封材料环安装在轴封套的沟槽内；将静电传感器贴附于待测轴封材料环侧面；启动防爆电机；根据温度传感器、静电传感器的监测数据及红外热成像仪拍摄的待测轴封材料、轴封套和轴套表面的温升图像，分析判定轴封材料的摩擦性能和导静电性能。
15.本发明的防爆风机轴封材料摩擦测试装置及方法，具有的有益效果是：1.本发明利用温度传感器和红外热成像仪，能够实时检测轴封材料与轴套摩擦时产生的温升情况，分析鉴定轴封材料的防爆温度等级，保障防爆风机的安全。
16.2.本发明中静电传感器，能够实时检测轴封材料与轴套摩擦时产生的静电积聚情况，分析轴封材料导静电的能力，判定轴封材料与轴套摩擦是否产生静电火花，保障防爆风机的安全。
17.3.本发明的轴封材料摩擦测试装置及方法，能够对轴封材料的摩擦性能和导静电性能做定量分析，解决防爆风机轴封装置的安全问题，保障风机和周边设备及人员的安全。
附图说明
18.图1为本发明实施例中防爆风机轴封材料摩擦测试装置的结构示意图。
具体实施方式
19.为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。
20.实施例1本实施例提供的防爆风机轴封材料摩擦测试方法及装置，具体结构如图1所示，包括防爆电机1、电机机头2、轴套3、轴封套4、第一静电传感器6、第二静电传感器7、温度传感器9、固定螺栓10、固定座11、红外热成像仪12、计算机13。
21.轴封套4通过固定螺栓10安装在固定座11上。轴封套4内壁开设有两个沟槽，两个沟槽之间为一环形间隙。固定座11的中部空腔内设有红外热成像仪12，红外热成像仪12的线缆通过固定座11右侧预留孔道与计算机13相连。
22.防爆电机1的电机机头2穿过轴套3，电机机头2与轴套3采用插销固定，防爆电机1为变频电机，能够在0-60hz范围内无级变频，防爆电机1能够满足不同转速的要求。
23.待测轴封材料为一级密封环5和二级密封环8。一级密封环5安装于轴封套4左侧沟槽内，二级密封环8安装于轴封套4右侧沟槽内，一级密封环5与二级密封环8之间的环形空
间下部分设置温度传感器9，温度传感器9的数据线缆通过轴封套4下端预留孔道与计算机13相连。
24.一级密封环5与二级密封环8之间的环形空间上部分别设置第一静电传感器6和第二静电传感器7。第一静电传感器6贴附于一级密封环5的右侧，第二静电传感器7贴附于二级密封环8的左侧，第一静电传感器6和第二静电传感器7的线缆通过轴封套4上端预留孔道与计算机13相连。
25.在防爆电机1的电机机头2旋转过程中，轴套3依靠自身重力始终与一级密封环5的内圈相接触，同样地，轴套3依靠自身重力始终与二级密封环8的内圈相接触，采用此设置才能保证轴套3与一级密封环5和二级密封环8始终摩擦。
26.计算机13实时记录一级密封环5与二级密封环8之间温度传感器9的数值、第一静电传感器6和第二静电传感器7的电压数据，以及红外热成像仪12拍摄的一级密封环5、二级密封环8、轴封套4和轴套3表面的温升图像。计算机13根据实时记录的参数信息，分析判定轴封材料的摩擦性能和导静电性能。
27.实施例2：本实施例提供的防爆风机轴封材料摩擦测试方法，以测试聚四氟乙烯密封环材料为例，一级密封环5与二级密封环8采用聚四氟乙烯材质，轴套3采用不锈钢材质。防爆电机1设置转速为3000rpm,电机机头2与轴套3插销连接，电机机头2旋转带动轴套3旋转。轴套3依靠自身重力始终与一级密封环5的内圈相接触，同样地，轴套3依靠自身重力始终与二级密封环8的内圈相接触，轴套3与一级密封环5和二级密封环8始终摩擦。
28.轴套3转速同样为3000rpm，在此转速下旋转一小时，一级密封环5与二级密封环8之间温度传感器9检测初始温度为27.5℃，一小时后温度传感器9检测值为86.1℃, 一级密封环5与二级密封环8温升为58.6℃；红外热成像仪12拍摄的一级密封环5、二级密封环8、轴封套4和轴套3的初始表面温度最大值为27.4℃，一小时后红外热成像仪12检测的表面温度最大值为64.6℃，证明聚四氟乙烯密封环符合防爆设备最高表面温度t5级别。
29.轴套3转速3000rpm，第一静电传感器6和第二静电传感器7的初始静电电压为0伏，在旋转一小时过程中，第一静电传感器6最大静电电压为7321伏，第二静电传感器7最大静电电压为7578伏。证明聚四氟乙烯密封环存在积聚静电的风险，需改进聚四氟乙烯的导电性。
30.实施例3：本实施例提供的防爆风机轴封材料摩擦测试方法，以测试聚苯硫醚密封环材料为例，一级密封环5与二级密封环8采用聚苯硫醚材质，轴套3采用不锈钢材质。防爆电机1设置转速为3000rpm,电机机头2与轴套3插销连接，电机机头2旋转带动轴套3旋转。轴套3依靠自身重力始终与一级密封环5的内圈相接触，同样地，轴套3依靠自身重力始终与二级密封环8的内圈相接触，轴套3与一级密封环5和二级密封环8始终摩擦。
31.轴套3转速同样为3000rpm，在此转速下旋转一小时，一级密封环5与二级密封环8之间温度传感器9检测初始温度为27.7℃，一小时后温度传感器9检测值为94.1℃, 一级密封环5与二级密封环8温升为66.4℃；红外热成像仪12拍摄的一级密封环5、二级密封环8、轴封套4和轴套3的初始表面温度最大值为27.8℃，一小时后红外热成像仪12检测的表面温度最大值为68.9℃，证明聚苯硫醚密封环符合防爆设备最高表面温度t5级别。
32.轴套3转速3000rpm，第一静电传感器6和第二静电传感器7的初始静电电压为0伏，在旋转一小时过程中，第一静电传感器6最大静电电压为5743伏，第二静电传感器7最大静
电电压为5987伏。证明聚苯硫醚密封环存在积聚静电的风险，需改进聚苯硫醚的导电性。
33.实施例4：本实施例提供的防爆风机轴封材料摩擦测试方法，以测试石墨密封环材料为例，一级密封环5与二级密封环8采用石墨材质，轴套3采用不锈钢材质。防爆电机1设置转速为3000rpm,电机机头2与轴套3插销连接，电机机头2旋转带动轴套3旋转。轴套3依靠自身重力始终与一级密封环5的内圈相接触，同样地，轴套3依靠自身重力始终与二级密封环8的内圈相接触，轴套3与一级密封环5和二级密封环8始终摩擦。
34.轴套3转速同样为3000rpm，在此转速下旋转一小时，一级密封环5与二级密封环8之间温度传感器9检测初始温度为27.6℃，一小时后温度传感器9检测值为67.2℃,一级密封环5与二级密封环8温升为39.6℃；红外热成像仪12拍摄的一级密封环5、二级密封环8、轴封套4和轴套3的初始表面温度最大值为27.8℃，一小时后红外热成像仪12检测的表面温度最大值为47.2℃，证明石墨密封环符合防爆设备最高表面温度t6级别。
35.轴套3转速3000rpm，第一静电传感器6和第二静电传感器7的初始静电电压为0伏，在旋转一小时过程中，第一静电传感器6最大静电电压为150伏，第二静电传感器7最大静电电压为154伏。证明石墨密封环不存在积聚静电的风险。
36.实施例5：本实施例提供的防爆风机轴封材料摩擦测试方法，以测试聚醚醚酮密封环材料为例，一级密封环5与二级密封环8采用聚醚醚酮材质，轴套3采用不锈钢材质。防爆电机1设置转速为3000rpm,电机机头2与轴套3插销连接，电机机头2旋转带动轴套3旋转。轴套3依靠自身重力始终与一级密封环5的内圈相接触，同样地，轴套3依靠自身重力始终与二级密封环8的内圈相接触，轴套3与一级密封环5和二级密封环8始终摩擦。
37.轴套3转速同样为3000rpm，在此转速下旋转一小时，一级密封环5与二级密封环8之间温度传感器9检测初始温度为27.5℃，一小时后温度传感器9检测值为83.4℃, 一级密封环5与二级密封环8温升为55.9℃；红外热成像仪12拍摄的一级密封环5、二级密封环8、轴封套4和轴套3的初始表面温度最大值为27.6℃，一小时后红外热成像仪12检测的表面温度最大值为62.6℃，证明聚醚醚酮密封环符合防爆设备最高表面温度t6级别。
38.轴套3转速3000rpm，第一静电传感器6和第二静电传感器7的初始静电电压为0伏，在旋转一小时过程中，第一静电传感器6最大静电电压为3554伏，第二静电传感器7最大静电电压为3670伏。证明聚醚醚酮密封环存在积聚静电的风险，需改进聚聚醚醚酮的导电性。
39.实施例6：本实施例提供的防爆风机轴封材料摩擦测试方法，以测试聚碳酸酯密封环材料为例，一级密封环5与二级密封环8采用聚碳酸酯材质，轴套3采用不锈钢材质。防爆电机1设置转速为3000rpm,电机机头2与轴套3插销连接，电机机头2旋转带动轴套3旋转。轴套3依靠自身重力始终与一级密封环5的内圈相接触，同样地，轴套3依靠自身重力始终与二级密封环8的内圈相接触，轴套3与一级密封环5和二级密封环8始终摩擦。
40.轴套3转速同样为3000rpm，在此转速下旋转一小时，一级密封环5与二级密封环8之间温度传感器9检测初始温度为27.9℃，一小时后温度传感器9检测值为79.6℃, 一级密封环5与二级密封环8温升为51.7℃；红外热成像仪12拍摄的一级密封环5、二级密封环8、轴封套4和轴套3的初始表面温度最大值为27.6℃，一小时后红外热成像仪12检测的表面温度最大值为60.6℃，证明聚碳酸酯密封环符合防爆设备最高表面温度t6级别。
41.轴套3转速3000rpm，第一静电传感器6和第二静电传感器7的初始静电电压为0伏，在旋转一小时过程中，第一静电传感器6最大静电电压为5647伏和第二静电传感器7最大静
电电压为5785伏。证明聚碳酸酯密封环存在积聚静电的风险，需改进聚碳酸酯的导电性。
42.实施例7：本实施例提供的防爆风机轴封材料摩擦测试方法，以测试聚醚砜密封环材料为例，一级密封环5与二级密封环8采用聚醚砜材质，轴套3采用不锈钢材质。防爆电机1设置转速为3000rpm,电机机头2与轴套3插销连接，电机机头2旋转带动轴套3旋转。轴套3依靠自身重力始终与一级密封环5的内圈相接触，同样地，轴套3依靠自身重力始终与二级密封环8的内圈相接触，轴套3与一级密封环5和二级密封环8始终摩擦。
43.轴套3转速同样为3000rpm，在此转速下旋转一小时，一级密封环5与二级密封环8之间温度传感器9检测初始温度为28.2℃，一小时后温度传感器9检测值为89.2℃,一级密封环5与二级密封环8温升为61℃；红外热成像仪12拍摄的一级密封环5、二级密封环8、轴封套4和轴套3的初始表面温度最大值为27.5℃，一小时后红外热成像仪12检测的表面温度最大值为68.3℃，证明聚醚砜密封环符合防爆设备最高表面温度t6级别。
44.轴套3转速3000rpm，第一静电传感器6和第二静电传感器7的初始静电电压为0伏，在旋转一小时过程中，第一静电传感器6最大静电电压为7543伏，第二静电传感器7最大静电电压为7821伏。证明聚醚砜密封环存在积聚静电的风险，需改进聚醚砜的导电性。
45.爆炸0区指连续出现或长期出现爆炸性气体或粉尘的环境，如：储罐液面以上空间、罐区内气体管道和码头船岸对接管道等场合皆属于爆炸零区。根据gb50759《油气回收处理设施技术标准》规定风机应进行非电气防爆设计和进出口配备阻火器，因此本发明针对非电气防爆中轴封摩擦热表面静电进行测试评价，具有广阔的应用前景。