專利名稱:磁流體動壓潤滑機(jī)械密封裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種磁流體動壓潤滑機(jī)械密封裝置，包括可編程控制器、轉(zhuǎn)軸，以及安裝在轉(zhuǎn)軸上的密封腔體、動環(huán)座和靜環(huán)座，密封腔體設(shè)置在轉(zhuǎn)軸的一側(cè)，密封腔體的外側(cè)設(shè)置靜環(huán)座和動環(huán)座，靜環(huán)座上安裝有靜環(huán)，動環(huán)座上安裝有動環(huán)，動環(huán)與靜環(huán)一端面相配合，靜環(huán)內(nèi)設(shè)置有一軸向引流孔，該引流孔一端引至動、靜環(huán)的配合端面，另一端經(jīng)管路連接磁流體儲罐，在動、靜環(huán)配合面外部設(shè)有磁場發(fā)生器及直流電源，動、靜環(huán)配合面間形成由磁流體潤滑膜形成的密封環(huán)，靜環(huán)內(nèi)埋設(shè)有壓力傳感器a，密封性能自適應(yīng)控制系統(tǒng)通過比較液膜壓力和被密封介質(zhì)的壓力來判斷該機(jī)械密封的密封性能是否滿足要求，保證機(jī)械密封的密封效果。
【專利說明】磁流體動壓潤滑機(jī)械密封裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本實用新型涉及一種非接觸式機(jī)械密封。采用鐵磁流體作為機(jī)械密封摩擦副的潤 滑介質(zhì)，并能根據(jù)操作參數(shù)的變化，通過調(diào)節(jié)外磁場強(qiáng)度來控制磁流體潤滑膜的粘度，使得 磁流體膜的動壓效應(yīng)適應(yīng)被密封介質(zhì)壓力和轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的變化。屬于密封【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】：
[0002] 現(xiàn)代工業(yè)裝備的大型化、自動化、智能化、集成化程度不斷提高，諸多旋轉(zhuǎn)運動副 處于高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速工作狀態(tài)，泄漏問題普遍存在。機(jī)械密封是流體動密封中最常見的 型式，是旋轉(zhuǎn)設(shè)備防止泄漏的重要部件。集成化、輕量化、高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性和微 /零泄漏是機(jī)械密封技術(shù)發(fā)展的大趨勢，是密封技術(shù)發(fā)展的主流方向。
[0003] 利用流體動壓效應(yīng)可實現(xiàn)機(jī)械密封動環(huán)和靜環(huán)端面的非接觸。研究人員力圖通過 流體動壓效應(yīng)來提高機(jī)械密封承載能力，減小摩擦、磨損和漏損，提高密封可靠性并延長密 封壽命。非接觸式機(jī)械密封的密封環(huán)端面被一層完整的微米級厚度的流體膜隔開，常用于 密封高壓、高速和潤滑性能較差的介質(zhì)。
[0004] 磁流體潤滑與密封是磁流體的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。磁流體潤滑就是用磁流體代替 傳統(tǒng)的潤滑油，對摩擦副進(jìn)行潤滑，依靠外部磁場改善摩擦性能、延長摩擦副的使用壽命。 較之于普通油潤滑，磁流體潤滑在外加磁場作用下，不但能準(zhǔn)確地充滿潤滑表面實現(xiàn)連續(xù) 潤滑，而且能抵消重力與離也力的作用，不易泄漏、不受外部介質(zhì)污染。近年來，在滾動軸 承、滑動軸承、巨型壓縮機(jī)、高速磨床、高速紗錠機(jī)、天文觀察裝置等機(jī)械裝備上，W磁流體 作為潤滑劑的滾動、滑動表面潤滑均有成功應(yīng)用的實例。
[0005] 目前使用的磁流體密封是利用磁場將磁流體控制在固定和轉(zhuǎn)動部件之間，消除密 封副的間隙，抵抗被密封介質(zhì)的壓力，實現(xiàn)對介質(zhì)的密封，并未利用磁流體的動壓效應(yīng)。磁 流體可W被磁場控制在所需位置，保持接觸區(qū)良好的潤滑狀態(tài)，尤其適用于高溫、低溫、零 泄漏等極端工況，且無需鹿大的供油系統(tǒng)。雖然增大磁場強(qiáng)度可提高密封壓力，但磁流體 粘度的增大會相應(yīng)增加轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動阻力，摩擦功耗增大。當(dāng)磁流體作為滑動軸承的潤滑介 質(zhì)時，可利用外磁場來控制磁流體的粘度，從而改變潤滑膜的動壓特性，調(diào)節(jié)軸承的承載性 能。研究表明，磁流體滑動軸承能形成良好的全油膜潤滑，產(chǎn)生的摩擦力比傳統(tǒng)的滑動軸承 要小得多，承載能力和抗磨損能力大大提高。
[0006] 最新的磁流體生產(chǎn)工藝已解決了磁流體既怕水又怕油的問題，并把磁流體的工作 溫度范圍擴(kuò)展到-6(TC?26(TC，基本解決了磁流體潤滑和密封技術(shù)推廣的瓶頸問題。對于 端面結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的螺旋槽或直線槽等動壓型機(jī)械密封，改用磁流體作為潤滑介質(zhì)，不但 可有效改善端面的潤滑狀況，而且可利用外部磁場控制密封性能，實現(xiàn)密封壓力和摩擦功 耗的在線調(diào)節(jié)，從而提高機(jī)械密封的穩(wěn)定性、可靠性及對波動工況的適應(yīng)性。
[0007] 機(jī)械密封，特別是高參數(shù)機(jī)械密封，往往工作在高壓、高轉(zhuǎn)速條件下。對于特定條 件下結(jié)構(gòu)一定的機(jī)械密封，其密封能力是穩(wěn)定的。但如果遇到壓力波動或轉(zhuǎn)速突變，機(jī)械密 封本身不具備應(yīng)變能力，故而會導(dǎo)致密封失效。在機(jī)械密封系統(tǒng)中集成自適應(yīng)控制系統(tǒng)則 能有效應(yīng)對工況波動。自適應(yīng)控制是指系統(tǒng)能夠修正自身特性w適應(yīng)對象和擾動的動特性 的變化。具有自適應(yīng)能力的系統(tǒng)應(yīng)具備該樣的功能，即：在系統(tǒng)運行中，依靠不斷采集控制 過程信息，確定被控對象的當(dāng)前實際工作狀態(tài)，優(yōu)化性能準(zhǔn)則，產(chǎn)生自適應(yīng)控制規(guī)律，從而 實時地調(diào)整控制器結(jié)構(gòu)或參數(shù)，使系統(tǒng)始終自動地工作在最優(yōu)或次最優(yōu)的運行狀態(tài)。自適 應(yīng)控制的目的是使控制器能適應(yīng)被控對象參數(shù)緩慢變化或?qū)ο筇匦噪yW確知的情況。自適 應(yīng)控制系統(tǒng)要能夠在線調(diào)整控制器參數(shù)W適應(yīng)工況變化。常用的自適應(yīng)控制方案有：編程 控制、模型參考自適應(yīng)和自校正控制。
[0008] 自從50年代末期由美國麻省理工學(xué)院提出第一個自適應(yīng)控制系統(tǒng)W來，先后出 現(xiàn)過許多不同形式的自適應(yīng)控制系統(tǒng)。模型參考自適應(yīng)控制和自校正調(diào)節(jié)器是目前比較成 熟的兩類自適應(yīng)控制系統(tǒng)。自適應(yīng)控制近年來得到了廣泛的重視，有關(guān)它的理論和應(yīng)用國 內(nèi)外學(xué)者都做了大量的工作，取得了大量的成果。自適應(yīng)系統(tǒng)在磁流體潤滑機(jī)械密封中的 應(yīng)用，國內(nèi)外尚未見公開的報道。為實現(xiàn)非接觸式機(jī)械密封的自動化運行，本實用新型采用 鐵磁流體作為機(jī)械密封摩擦副的潤滑介質(zhì)，并由自適應(yīng)控制系統(tǒng)偵測密封壓力的變化、調(diào) 節(jié)外磁場強(qiáng)度，從而保證機(jī)械密封的可靠運行。


【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0009] 本實用新型提供一種鐵磁流體潤滑的非接觸式機(jī)械密封裝置。
[0010] 本實用新型另一目的是提供一種非接觸式機(jī)械密封的密封性能自適應(yīng)控制方法。
[0011] 本實用新型的具體技術(shù)方案如下：
[0012] 一種磁流體動壓潤滑機(jī)械密封裝置，該裝置包括可編程控制器、轉(zhuǎn)軸，W及安裝在 轉(zhuǎn)軸上的密封腔體、動環(huán)座和靜環(huán)座，密封腔體設(shè)置在轉(zhuǎn)軸的一側(cè)，密封腔體的外側(cè)設(shè)置靜 環(huán)座和動環(huán)座，靜環(huán)座上安裝有靜環(huán)，動環(huán)座上安裝有動環(huán)，動環(huán)與靜環(huán)一端面相配合，
[0013] 所述靜環(huán)內(nèi)設(shè)置有一軸向引流孔，該引流孔一端引至動、靜環(huán)的配合端面，另一端 經(jīng)管路連接磁流體儲罐，在動、靜環(huán)配合面外部設(shè)有磁場發(fā)生器及直流電源，動、靜環(huán)配合 面間形成由磁流體潤滑膜形成的密封環(huán)，靜環(huán)內(nèi)埋設(shè)有壓力傳感器a,該壓力傳感器a頭端 設(shè)于動、靜環(huán)配合的密封環(huán)內(nèi)，所述磁流體儲罐還連接有氮氣瓶，磁流體儲罐與引流孔之間 的連接管路上還設(shè)有電磁閥、壓力傳感器C和流量傳感器；
[0014] 密封腔體內(nèi)側(cè)設(shè)有壓力傳感器b，轉(zhuǎn)軸上還安裝有轉(zhuǎn)速傳感器，各傳感器、電磁閥 和磁場發(fā)生器的直流電源分別與可編程控制器相連。
[0015] 本實用新型的進(jìn)一步設(shè)計在于：
[0016] 動環(huán)端面開設(shè)有若干微米級深度的螺旋槽，螺紋方向與動環(huán)旋轉(zhuǎn)方向相同，動環(huán) 的該端面與靜環(huán)配合。
[0017] 壓力傳感器a頭端位于動環(huán)端面的螺旋槽的底徑處。
[0018] 所述磁流體為鐵磁流體。
[0019] 靜環(huán)與轉(zhuǎn)軸配合面設(shè)有靜環(huán)密封圈，動環(huán)與轉(zhuǎn)軸配合面設(shè)有動環(huán)密封圈。
[0020] 磁場發(fā)生器為環(huán)形，安裝在動、靜環(huán)形成的密封環(huán)的外圈。
[0021] 靜環(huán)座由前、后兩部分，W及連接前、后部分的彈性元件組成，前部與靜環(huán)相裝配， 后與密封腔相配合。
[0022] 采用上述裝置的自適應(yīng)密封控制方法，該方法包括W下步驟：
[0023] 步驟一，啟動程序，設(shè)置參數(shù)；
[0024] 步驟二，監(jiān)測參數(shù)；
[0025] 由壓力傳感器b測量密封腔體內(nèi)被密封介質(zhì)壓力Pm,由轉(zhuǎn)速傳感器測量轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速 n，由壓力傳感器a測量液膜密封壓力P。，并判斷Pm和n的變化幅度；
[0026] 步驟H，粗調(diào)判斷；
[0027] 若被密封介質(zhì)壓力Pm變化幅度《0. OlMPa，或n變化幅度《lOrad ? S 則繼續(xù)保 持監(jiān)控狀態(tài)回到步驟二；
[0028] 若被密封介質(zhì)壓力Pm變化幅度> 0. OlMPa，且持續(xù)時間t > Is ;或/和轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速 n變化幅度> 1化ad ? S-1，且持續(xù)時間t > Is ;則啟動粗調(diào)步驟；
[0029] 所述粗調(diào)步驟如下：
[0030] ①若僅有被密封介質(zhì)壓力Pm變化幅度> 0. OlMPa，且持續(xù)時間t > Is ;
[0031] 若被密封介質(zhì)壓力Pm變化為Pmi時，則調(diào)節(jié)磁場發(fā)生器電壓，使液膜密封壓力P。變 化至Pml;
[003引②若僅有轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速n變化幅度> lOrad ? S4,且持續(xù)時間t > Is ;
[0033] 若轉(zhuǎn)速n變化為n'時，會導(dǎo)致液膜密封壓力由P。變化為P。1，則調(diào)節(jié)磁場發(fā)生器電 壓，使P"i變化至Pm;
[0034] ③若被密封介質(zhì)壓力Pm變化幅度> 0. OlMPa，且持續(xù)時間t > Is ;同時轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速 n變化幅度> lOrad ? S-1，且持續(xù)時間t > Is ;
[00巧]若被密封介質(zhì)壓力Pm變化為P ml,因轉(zhuǎn)速n變化為n'，使液膜密封壓力P。變化為 P"i。貝1J調(diào)節(jié)磁場發(fā)生器電壓，使P"i變化至Pml。
[003引步驟四，補(bǔ)液判斷；
[0037] 粗調(diào)后，根據(jù)式（4)計算眶區(qū)和槽區(qū)的介質(zhì)損失量Q，
[0038] 眶區(qū)和槽區(qū)的介質(zhì)損失量Q的計算公式如下；
[0039]

【權(quán)利要求】
1. 一種磁流體動壓潤滑機(jī)械密封裝置，該裝置包括可編程控制器、轉(zhuǎn)軸，w及安裝在轉(zhuǎn) 軸上的密封腔體、動環(huán)座和靜環(huán)座，密封腔體設(shè)置在轉(zhuǎn)軸的一側(cè)，密封腔體的外側(cè)設(shè)置靜環(huán) 座和動環(huán)座，靜環(huán)座上安裝有靜環(huán)，動環(huán)座上安裝有動環(huán)，動環(huán)與靜環(huán)一端面相配合，其特 征是：所述靜環(huán)內(nèi)設(shè)置有一軸向引流孔，該引流孔一端引至動、靜環(huán)的配合端面，另一端 經(jīng)管路連接磁流體儲罐，在動、靜環(huán)配合面外部設(shè)有磁場發(fā)生器及直流電源，動、靜環(huán)配合 面間形成由磁流體潤滑膜形成的密封環(huán)，靜環(huán)內(nèi)埋設(shè)有壓力傳感器a,該壓力傳感器a頭端 設(shè)于動、靜環(huán)配合的密封環(huán)內(nèi)，所述磁流體儲罐還連接有氮氣瓶，磁流體儲罐與引流孔之間 的連接管路上還設(shè)有電磁閥、壓力傳感器C和流量傳感器；密封腔體內(nèi)側(cè)設(shè)有壓力傳感器 b，轉(zhuǎn)軸上還安裝有轉(zhuǎn)速傳感器，各傳感器、電磁閥和磁場發(fā)生器的直流電源分別與可編程 控制器相連。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述密封裝置，其特征是；動環(huán)端面開設(shè)有若干微米級深度的螺旋 槽，螺紋方向與動環(huán)旋轉(zhuǎn)方向相同，動環(huán)的該端面與靜環(huán)配合。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述密封裝置，其特征是；壓力傳感器a頭端位于動環(huán)端面的螺旋 槽的底徑處。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述密封裝置，其特征是；所述磁流體為鐵磁流體。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述密封裝置，其特征是；靜環(huán)與轉(zhuǎn)軸配合面設(shè)有靜環(huán)密封圈，動環(huán) 與轉(zhuǎn)軸配合面設(shè)有動環(huán)密封圈。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述密封裝置，其特征是；磁場發(fā)生器為環(huán)形，安裝在動、靜環(huán)形成 的密封環(huán)的外圈。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述密封裝置，其特征是：靜環(huán)座由前、后兩部分，W及連接前、后部 分的彈性元件組成，前部與靜環(huán)相裝配，后與密封腔相配合。
【文檔編號】F16J15-43GK204284455SQ201420651921
【發(fā)明者】周劍鋒, 趙海龍, 汪宇, 徐天成, 邵春雷, 顧伯勤, 呂中堯, 王瑩, 張夢園 [申請人]南京工業(yè)大學(xué)