[發(fā)明專利]磁流體潤滑的機械密封裝置及自適應密封控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410614383.1
• 申請日: 2014-11-04
• 公開（公告）號: CN104390012A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設計）人: 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（專利權）人: 南京工業(yè)大學
• 主分類號: F16J15/43
• 分類號: F16J15/43
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 張立榮

1.一種磁流體潤滑的機械密封裝置，該裝置包括可編程控制器、轉軸，以及安裝在轉軸上的密封腔體、動環(huán)座和靜環(huán)座，密封腔體設置在轉軸的一側，密封腔體的外側設置靜環(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)5內設置有一軸向引流孔，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)內埋設有壓力傳感器a，該壓力傳感器a頭端設于動、靜環(huán)配合的密封環(huán)內，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有電磁閥、壓力傳感器c和流量傳感器；

密封腔體內側設有壓力傳感器b，轉軸上還安裝有轉速傳感器，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)權利要求1所述密封裝置，其特征是：動環(huán)端面開設有若干微米級深度的螺旋槽，螺紋方向與動環(huán)旋轉方向相同，動環(huán)的該端面與靜環(huán)配合。

3.根據(jù)權利要求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)權利要求1所述密封裝置，其特征是：靜環(huán)與轉軸配合面設有靜環(huán)密封圈，動環(huán)與轉軸配合面設有動環(huán)密封圈。

6.根據(jù)權利要求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)權利要求1所述密封裝置，其特征是：靜環(huán)座由前、后兩部分，以及連接前、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。

8.利用權利要求1-7任一所述密封裝置的自適應密封控制方法，該方法包括以下步驟：

步驟一，啟動程序，設置參數(shù)；

步驟二，監(jiān)測參數(shù)；

由壓力傳感器b測量密封腔體內被密封介質壓力P_m，由轉速傳感器測量轉軸轉速n，由壓力傳感器a測量液膜密封壓力P_n，并判斷P_m和n的變化幅度；

步驟三，粗調判斷；

若被密封介質壓力P_m變化幅度≤0.01MPa，或n變化幅度≤10rad·s^-1，則繼續(xù)保持監(jiān)控狀態(tài)回到步驟二；

若被密封介質壓力P_m變化幅度＞0.01MPa，且持續(xù)時間t≥1s；或/和轉軸轉速n變化幅度＞10rad·s^-1，且持續(xù)時間t≥1s；則啟動粗調步驟；

所述粗調步驟如下：

①若僅有被密封介質壓力P_m變化幅度＞0.01MPa，且持續(xù)時間t≥1s；

若被密封介質壓力P_m變化為P_m1時，則調節(jié)磁場發(fā)生器電壓，使液膜密封壓力P_n變化至P_m1；

②若僅有轉軸轉速n變化幅度＞10rad·s^-1，且持續(xù)時間t≥1s；

若轉速n變化為n’時，會導致液膜密封壓力由P_n變化為P_n1，則調節(jié)磁場發(fā)生器電壓，使P_n1變化至P_m；

③若被密封介質壓力P_m變化幅度＞0.01MPa，且持續(xù)時間t≥1s；同時轉軸轉速n變化幅度＞10rad·s^-1，且持續(xù)時間t≥1s；

若被密封介質壓力P_m變化為P_m1，因轉速n變化為n’，使液膜密封壓力P_n變化為P_n1。則調節(jié)磁場發(fā)生器電壓，使P_n1變化至P_m1。

步驟四，補液判斷；

粗調后，根據(jù)式(4)計算堰區(qū)和槽區(qū)的介質損失量Q，

堰區(qū)和槽區(qū)的介質損失量Q的計算公式如下；

Q=πh136μpg-pilnrgri---(4)]]>

其中，h₁為堰區(qū)膜厚，p_g為槽底徑處的壓力，p_i為密封環(huán)內徑處壓力，μ為密封結構中液膜粘度等于鐵磁流體粘度η，r_i為密封環(huán)的內徑，r_g為密封環(huán)的槽底徑處半徑。

計算并判斷Q是否超過1×10^-9m³/s；若Q沒有超過1×10^-9m³/s則不進行補液；若Q超過1×10^-9m³/s則啟動補液；通過控制電磁閥15、壓力傳感器c和流量傳感器，開啟磁流體儲罐與引流孔之間的連接管路，向密封環(huán)補充相應的鐵磁流體。

步驟五，微調判斷；

繼續(xù)測量密封環(huán)處的液膜密封壓力P_n2與被密封介質壓力P_m2。若二者相差不超過0.01MPa，則該控制過程結束回到步驟二；

若二者相差超過0.01MPa，則啟動微調程序。

所述微調程序如下：

如果P_n2>P_m2，則以0.2V的步長逐步減小磁場發(fā)生器電壓至﹣0.01MPa≤P_n2-P_m2≤0.01MPa；然后至步驟二；

如果P_n2＜P_m2，則以0.2V的步長逐步增大磁場發(fā)生器電壓至﹣0.01MPa≤P_n2-P_m2≤0.01MPa；然后至步驟二。

9.根據(jù)權利要求8所述控制方法，其特征是：步驟五中還包括以下步驟，

若三次微調后，仍有P_n2-P_m2＜﹣0.01MPa，則以0.1V步長，增加磁場發(fā)生器電壓；

三次仍不符，繼續(xù)以前步長的一半減小電壓，直至﹣0.01MPa≤P_n2-P_m2≤0.01MPa；

若三次微調后，仍有P_n2-P_m2>0.01MPa，則以0.1V步長，減小磁場發(fā)生器電壓；

三次仍不符，繼續(xù)以前步長的一半增加電壓，直至﹣0.01MPa≤P_n2-P_m2≤0.01Mpa。