端面摩擦扭矩可控的机械密封装置制造方法

文档序号:5663396阅读:150来源:国知局
端面摩擦扭矩可控的机械密封装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种端面摩擦扭矩可控的机械密封装置,其特征在于自动调整机械密封的弹簧压缩量,得到一个最佳弹簧比压,并在机械密封的摩擦扭矩与泄漏量之间存在一最佳工作点。工作中通过对弹簧比压的调整,可以实现对机械密封摩擦状况的控制,进而使得机械密封在允许泄漏量下获得较长的使用寿命。
【专利说明】端面摩擦扭矩可控的机械密封装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及本发明涉一种端面摩擦扭矩可控的机械密封装置,主要用于使机械密封工作在规定泄漏量下最佳摩擦状态,进而延长机械密封的使用寿命。
【背景技术】
[0002]机械密封端面的摩擦状态有如下几种:干摩擦状态;边界摩擦状态;流体摩擦状态;混合摩擦状态。机械密封端面摩擦状态决定了其密封副端面间的摩擦、磨损和泄漏。机械密封在运行过程中最重要的现象是端面间的摩擦,端面摩擦状态是决定机械密封工作寿命和密封性能好坏的关键因素。
[0003]衡量机械密封端面摩擦的一个重要参数是摩擦扭矩,机械密封端面摩擦扭矩的测量一直是一个难题,通常的做法是在轴上串一个扭矩传感器测量,使用总扭矩减去空载轴承扭矩得到摩擦扭矩的方法获取摩擦扭矩,但此方法引起测量误差的因素较多,比如空载轴承扭矩即使在同一转速下也存在冷态和热态时不一样,密封腔中介质的搅动等,另外还有振动等因素也会对轴承扭矩产生影响。为了精确测量机械密封端面间的摩擦扭矩,必须研制和静环座一体的在薄壁筒上贴应变片以应变方式测量静环的扭矩。
[0004]综上所述,需提供一种端面摩擦扭矩可控的机械密封装置来解决上述问题。

【发明内容】

[0005]本发明目的是:提供一种端面摩擦扭矩可控的机械密封装置。
[0006]根据上述发明目的,提供一技术方案:其包括:机械密封组件、摩擦扭矩传感器检测系统、PMN-PT堆叠、外置摩擦扭矩检测和PMN-PT堆叠控制系统,其特征在于:机械密封组件嵌入了扭矩传感器、静环后嵌入了 PMN-PT堆叠,摩擦扭矩传感器检测系统将扭矩传感器感应信息输送至外置摩擦扭矩检测和PMN-PT堆叠控制系统,外置摩擦扭矩检测和PMN-PT堆叠控制系统控制PMN-PT堆叠的极化电源的极性和幅值,通过调整PMN-PT堆叠伸缩达到调节弹簧(的压缩量,从而调节摩擦扭矩。
[0007]优选地,扭矩传感器嵌在静环座和扭矩传感器支座之间,且为静态传感器。
[0008]优选地,PMN-PT堆叠嵌在静环和静环座之间。
[0009]优选地,摩擦扭矩传感器检测系统包括摩擦扭矩传感器、应变信号处理、A/D转换。
[0010]优选地,外置摩擦扭矩检测和PMN-PT堆叠控制系统具备PMN-PT堆叠的极化电源的极性和幅值控制,通过外壳上设置的穿线孔、静环座内的接线槽信号孔进行线路联通。
[0011]优选地,外置摩擦扭矩检测和PMN-PT堆叠控制系统将采集到的摩擦扭矩,与试验装置上大量实验测得的最佳工作摩擦扭矩比较,根据比较结果去控制PMN-PT堆叠的极化电源的极性和幅值,使用PID闭环控制机械密封工作在最佳摩擦状态。
[0012]本发明优点是:
[0013]本发明机械密封存在一个最佳弹簧比压,使得机械密封的摩擦扭矩与泄漏量之间存在一最佳工作点。工作中通过对弹簧比压的调整,可以实现对机械密封摩擦状况的控制,进而使得机械密封在允许泄漏量下获得较长的使用寿命。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]【专利附图】
附图
【附图说明】
[0015]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
[0016]图1为本发明的剖视示意图;
[0017]图2为本发明的功能方块示意图。
【具体实施方式】
[0018]实施例:如图1-2所示,其为发明中一种端面摩擦扭矩可控的机械密封装置的具体实施例,其包括具机械密封组件100、摩擦扭矩传感器检测系统200、PMN-PT堆叠300、外置摩擦扭矩检测和PMN-PT堆叠控制系统400,其特征在于:机械密封组件100嵌入了扭矩传感器8、静环3后嵌入了 PMN-PT堆叠7,摩擦扭矩传感器检测系统200将扭矩传感器8感应信息输送至外置摩擦扭矩检测和PMN-PT堆叠控制系统400,外置摩擦扭矩检测和PMN-PT堆叠控制系统400控制PMN-PT堆叠的极化电源的极性和幅值,通过调整PMN-PT堆叠7伸缩达到调节弹簧1压缩量,从而调节摩擦扭矩。扭矩传感器8嵌在静环座和密封压盖之间,且为静态传感器。PMN-PT堆叠7嵌在静环3和静环座6之间。摩擦扭矩传感器检测系统200包括摩擦扭矩传感器8、应变信号处理、A/D转换。外置摩擦扭矩检测和PMN-PT堆叠控制系统400具备PMN-PT堆叠7的极化电源的极性和幅值控制,通过外壳12上设置的穿线孔15、静环座6内的接线槽16信号孔17进行线路联通。外置摩擦扭矩检测和PMN-PT堆叠控制系统400采集到的摩擦扭矩,与试验装置上大量实验测得的最佳工作摩擦扭矩比较,根据比较结果去控制PMN-PT堆叠7的极化电源的极性和幅值,使用PID闭环控制使机械密封工作在最佳摩擦状态。
[0019]摩擦扭矩传感器检测系统200中的扭矩传感器8,通过两侧的两个键13插入静环3上开的两个键槽,扭矩传感器8上贴有应变片9,当端面摩擦使静环3扭转时,通过键13使扭矩传感器8扭转,扭矩传感器8上贴有应变片9通过感应转动测得端面间的摩擦扭矩。应变片9在扭矩传感器8的同一圆周线上成45度和135度方向黏贴,在实际制作与测量时,沿轴的某断面的圆周方向每隔90度布置一个应变片,并将它们接成全桥电路。由此可提高扭矩传感器的输出灵敏度,并可消除轴向力和弯曲力的影响。扭矩传感器8和扭矩传感器支座11通过螺栓10法兰连接,扭矩传感器支座11下方有三个扇环顶紧静环座3,扭矩传感器8和静环座3不贴合。
[0020]考虑到静环3和静环座6之间的“0”形圈的摩擦对摩擦扭矩测量的影响,在安装静环时,在“0”形圈4上涂上润滑油,以减少在“0”形圈4和静环座6之间的摩擦。
[0021]静环座6为中空筒体,PMN-PT堆叠7、与动环2抵靠接触的静环3、和辅助环5。
[0022]PMN-PT堆叠7,使用η片长度为1cm的PMN-PT型环形陶瓷片,每片加上电极,将η片组装成堆叠,每片的电极并联接上电压源,电压源为0-105ν可调,电压源的调节使用单片机控制。弹簧压缩量的调节是通过控制PMN-PT堆叠7的伸缩实现的。考虑到弹簧压缩变化量的正负特性,极化电源首先进行极性控制,然后进行输出电压值的控制。PMN-PT堆叠7的伸缩是通过控制供给它的极化电源极性和输出电压的幅值实现的。弹簧压缩量的变化通过控制PMN-PT堆叠的极化电压控制,根据PMN-PT堆叠7的伸缩量与极化电压的关系,用弹簧压缩量的变化去控制极化电源输出相应的电压,进而改变密封件的弹簧比压使摩擦趋于最优化。摩擦扭矩信号经电桥拾取、放大、滤波、A/D转换后供单片机采集。摩擦扭矩的测量、极化电源的极性以及电压输出值的控制使用单片机控制。摩擦扭矩信号经应变桥转换的电压信号比较微弱,需放大,同时考虑到干扰信号的存在,放大后的信号还需要滤波,考虑到频率信号的抗干扰能力强还要将输出电压信号转换为占空比为50%的5V方波信号。对输出的频率信号使用开关电容和锁相环电路进行频率跟踪滤波。
[0023]工作过程:当摩擦扭矩小于设定值时,外置摩擦扭矩检测和PMN-PT堆叠控制系统(400)通过加可控电源的输出电压来加大PMN-PT堆叠7的伸缩量,并将静环3 —端向动环2移动,弹簧1受力压缩,由此加大静环3和动环2之间的摩擦,当扭矩传感器8上的应变片9检测到摩擦扭矩超过设定值时,将通知可控电源降低输出电压,从而减小压PMN-PT堆叠7伸缩量,并保持一个最佳弹簧比压。
[0024]密封端面的摩擦扭矩正比于端面间的弹簧比压,而弹簧比压与密封件的弹簧压缩量有关,可以通过控制弹簧压缩量进而控制摩擦扭矩。使用在静环后加电致伸缩材料PMN-PT型陶瓷环形堆叠控制弹簧的压缩量。
[0025]在已有的基于摩擦扭矩和泄漏率模糊控制试验装置的基础上测得摩擦扭矩与弹簧压缩量变化关系。使用环形PMN-PT型陶瓷堆叠对弹簧压缩量进行调节,进而调节摩擦扭矩。以摩擦扭矩和摩擦扭矩的变化作为现有测试装置的模糊控制器的输入,以弹簧压缩量的变化作为输出,在试验装置上可以实测出在不同的介质压力下的摩擦扭矩和弹簧压缩量之间的关系。弹簧压缩量的变化通过控制电致伸缩材料的极化电压控制,根据电致伸缩材料的伸缩量与极化电压的关系,用弹簧压缩量的变化去控制极化电源输出相应的电压,进而改变密封件的弹簧比压使摩擦趋于最优化。
[0026]针对某型号的机械密封,假设在试验机上测出的最佳工作摩擦扭矩为Mf,端面的摩擦特性延续,工作时实际测得的摩擦扭矩为Mft,摩擦扭矩的变化为AMf = Mft-Mf,根据摩擦扭矩的变化和弹簧压缩量变化的关系,可得dl = kAMf (k为根据试验机试验记录的数据回归分析获得的系数)。首先根据dl的正负控制极化电源的输出极性,然后更加dl的值调节极化电源的电压输出值。摩擦扭矩的测量、极化电源的极性以及电压输出值的控制使用单片机控制。
[0027]当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种端面摩擦扭矩可控的机械密封装置,其包括:机械密封组件、摩擦扭矩传感器检测系统、PMN-PT堆叠、外置摩擦扭矩检测和PMN-PT堆叠控制系统,其特征在于:机械密封组件嵌入了扭矩传感器、静环后嵌入了 PMN-PT堆叠,摩擦扭矩传感器检测系统将扭矩传感器感应信息输送至外置摩擦扭矩检测和PMN-PT堆叠控制系统,外置摩擦扭矩检测和PMN-PT堆叠控制系统控制PMN-PT堆叠的极化电源的极性和幅值,通过调整PMN-PT堆叠伸缩达到调节弹簧的压缩量,从而调节摩擦扭矩。
2.根据权利要求1所述的端面摩擦扭矩可控的机械密封装置,其特征在于,扭矩传感器嵌在静环座和扭矩传感器支座之间,且为静态传感器。
3.根据权利要求1所述的端面摩擦扭矩可控的机械密封装置,其特征在于,PMN-PT堆叠嵌在静环和静环座之间。
4.根据权利要求1所述的端面摩擦扭矩可控的机械密封装置,摩擦扭矩传感器检测系统包括摩擦扭矩传感器、应变信号处理、A/D转换。
5.根据权利要求1所述的端面摩擦扭矩可控的机械密封装置,其特征在于,具备PMN-PT堆叠的极化电源的极性和幅值控制,通过外壳上设置的穿线孔、静环座内的接线槽及信号孔进行线路联通。
6.根据权利要求1所述的端面摩擦扭矩可控的机械密封装置,其特征在于,外置摩擦扭矩检测和PMN-PT堆叠控制系统将采集到的摩擦扭矩,与试验装置上大量实验测得的最佳工作摩擦扭矩比较,根据比较结果去控制PMN-PT堆叠的极化电源的极性和幅值,使用PID闭环控制机械密封工作在最佳摩擦状态。
【文档编号】F16J15/16GK103671921SQ201310548680
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月7日 优先权日:2013年11月7日
【发明者】刘其和, 魏龙, 王永红, 金良, 蒋汝根 申请人:南京化工职业技术学院
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