磁流体动压润滑机械密封装置的制造方法
【技术领域】：
[0001] 本实用新型涉及一种非接触式机械密封。采用铁磁流体作为机械密封摩擦副的润 滑介质，并能根据操作参数的变化，通过调节外磁场强度来控制磁流体润滑膜的粘度，使得 磁流体膜的动压效应适应被密封介质压力和转轴转速的变化。属于密封技术领域。
【背景技术】：
[0002] 现代工业装备的大型化、自动化、智能化、集成化程度不断提高，诸多旋转运动副 处于高温、高压、高转速工作状态，泄漏问题普遍存在。机械密封是流体动密封中最常见的 型式，是旋转设备防止泄漏的重要部件。集成化、轻量化、高精度、高稳定性、高可靠性和微 /零泄漏是机械密封技术发展的大趋势，是密封技术发展的主流方向。
[0003] 利用流体动压效应可实现机械密封动环和静环端面的非接触。研究人员力图通过 流体动压效应来提高机械密封承载能力，减小摩擦、磨损和漏损，提高密封可靠性并延长密 封寿命。非接触式机械密封的密封环端面被一层完整的微米级厚度的流体膜隔开，常用于 密封高压、高速和润滑性能较差的介质。
[0004] 磁流体润滑与密封是磁流体的主要应用领域之一。磁流体润滑就是用磁流体代替 传统的润滑油，对摩擦副进行润滑，依靠外部磁场改善摩擦性能、延长摩擦副的使用寿命。 较之于普通油润滑，磁流体润滑在外加磁场作用下，不但能准确地充满润滑表面实现连续 润滑，而且能抵消重力与离也力的作用，不易泄漏、不受外部介质污染。近年来，在滚动轴 承、滑动轴承、巨型压缩机、高速磨床、高速纱锭机、天文观察装置等机械装备上，W磁流体 作为润滑剂的滚动、滑动表面润滑均有成功应用的实例。
[0005] 目前使用的磁流体密封是利用磁场将磁流体控制在固定和转动部件之间，消除密 封副的间隙，抵抗被密封介质的压力，实现对介质的密封，并未利用磁流体的动压效应。磁 流体可W被磁场控制在所需位置，保持接触区良好的润滑状态，尤其适用于高温、低温、零 泄漏等极端工况，且无需鹿大的供油系统。虽然增大磁场强度可提高密封压力，但磁流体 粘度的增大会相应增加转轴的转动阻力，摩擦功耗增大。当磁流体作为滑动轴承的润滑介 质时，可利用外磁场来控制磁流体的粘度，从而改变润滑膜的动压特性，调节轴承的承载性 能。研究表明，磁流体滑动轴承能形成良好的全油膜润滑，产生的摩擦力比传统的滑动轴承 要小得多，承载能力和抗磨损能力大大提高。
[0006] 最新的磁流体生产工艺已解决了磁流体既怕水又怕油的问题，并把磁流体的工作 温度范围扩展到-6(TC?26(TC，基本解决了磁流体润滑和密封技术推广的瓶颈问题。对于 端面结构较为复杂的螺旋槽或直线槽等动压型机械密封，改用磁流体作为润滑介质，不但 可有效改善端面的润滑状况，而且可利用外部磁场控制密封性能，实现密封压力和摩擦功 耗的在线调节，从而提高机械密封的稳定性、可靠性及对波动工况的适应性。
[0007] 机械密封，特别是高参数机械密封，往往工作在高压、高转速条件下。对于特定条 件下结构一定的机械密封，其密封能力是稳定的。但如果遇到压力波动或转速突变，机械密 封本身不具备应变能力，故而会导致密封失效。在机械密封系统中集成自适应控制系统则 能有效应对工况波动。自适应控制是指系统能够修正自身特性w适应对象和扰动的动特性 的变化。具有自适应能力的系统应具备该样的功能，即：在系统运行中，依靠不断采集控制 过程信息，确定被控对象的当前实际工作状态，优化性能准则，产生自适应控制规律，从而 实时地调整控制器结构或参数，使系统始终自动地工作在最优或次最优的运行状态。自适 应控制的目的是使控制器能适应被控对象参数缓慢变化或对象特性难W确知的情况。自适 应控制系统要能够在线调整控制器参数W适应工况变化。常用的自适应控制方案有：编程 控制、模型参考自适应和自校正控制。
[0008] 自从50年代末期由美国麻省理工学院提出第一个自适应控制系统W来，先后出 现过许多不同形式的自适应控制系统。模型参考自适应控制和自校正调节器是目前比较成 熟的两类自适应控制系统。自适应控制近年来得到了广泛的重视，有关它的理论和应用国 内外学者都做了大量的工作，取得了大量的成果。自适应系统在磁流体润滑机械密封中的 应用，国内外尚未见公开的报道。为实现非接触式机械密封的自动化运行，本实用新型采用 铁磁流体作为机械密封摩擦副的润滑介质，并由自适应控制系统侦测密封压力的变化、调 节外磁场强度，从而保证机械密封的可靠运行。
【发明内容】
：
[0009] 本实用新型提供一种铁磁流体润滑的非接触式机械密封装置。
[0010] 本实用新型另一目的是提供一种非接触式机械密封的密封性能自适应控制方法。
[0011] 本实用新型的具体技术方案如下：
[0012] 一种磁流体动压润滑机械密封装置，该装置包括可编程控制器、转轴，W及安装在 转轴上的密封腔体、动环座和静环座，密封腔体设置在转轴的一侧，密封腔体的外侧设置静 环座和动环座，静环座上安装有静环，动环座上安装有动环，动环与静环一端面相配合，
[0013] 所述静环内设置有一轴向引流孔，该引流孔一端引至动、静环的配合端面，另一端 经管路连接磁流体储罐，在动、静环配合面外部设有磁场发生器及直流电源，动、静环配合 面间形成由磁流体润滑膜形成的密封环，静环内埋设有压力传感器a,该压力传感器a头端 设于动、静环配合的密封环内，所述磁流体储罐还连接有氮气瓶，磁流体储罐与引流孔之间 的连接管路上还设有电磁阀、压力传感器C和流量传感器；
[0014] 密封腔体内侧设有压力传感器b，转轴上还安装有转速传感器，各传感器、电磁阀 和磁场发生器的直流电源分别与可编程控制器相连。
[0015] 本实用新型的进一步设计在于：
[0016] 动环端面开设有若干微米级深度的螺旋槽，螺纹方向与动环旋转方向相同，动环 的该端面与静环配合。
[0017] 压力传感器a头端位于动环端面的螺旋槽的底径处。
[0018] 所述磁流体为铁磁流体。
[0019] 静环与转轴配合面设有静环密封圈，动环与转轴配合面设有动环密封圈。
[0020] 磁场发生器为环形，安装在动、静环形成的密封环的外圈。
[0021] 静环座由前、后两部分，W及连接前、后部分的弹性元件组成，前部与静环相装配， 后与密封腔相配合。
[0022] 采用上述装置的自适应密封控制方法，该方法包括W下步骤：
[0023] 步骤一，启动程序，设置参数；
[0024] 步骤二，监测参数；
[0025] 由压力传感器b测量密封腔体内被密封介质压力Pm,由转速传感器测量转轴转速 n，由压力传感器a测量液膜密封压力P。，并判断Pm和n的变化幅度；
[0026] 步骤H，粗调判断；
[0027] 若被密封介质压力Pm变化幅度《0. OlMPa，或n变化幅度《lOrad ? S 则继续保 持监控状态回到步骤二；
[0028] 若被密封介质压力Pm变化幅度> 0. OlMPa，且持续时间t > Is ;或/和转轴转速 n变化幅度> 1化ad ? S-1，且持续时间t > Is ;则启动粗调步骤；
[0029] 所述粗调步骤如下：
[0030] ①若仅有被密封介质压力Pm变化幅度> 0. OlMPa，且持续时间t > Is ;
[0031] 若被密封介质压力Pm变化为Pmi时，则调节磁场发生器电压，使液膜密封压力P。变 化至Pml;
[003引②若仅有转轴转速n变化幅度> lOrad ? S4,且持续时间t > Is ;
[0033] 若转速n变化为n'时，会导致液膜密封压力由P。变化为P。1，则调节磁场发生器电 压，使P"i变化至Pm;
[0034] ③若被密封介质压力Pm变化幅度> 0. OlMPa，且持续时间t > Is ;同时转轴转速 n变化幅度> lOrad ? S-1，且持续时间t > Is ;
[00巧]若被密封介质压力Pm变化为P ml,因转速n变化为n'，使液膜密封压力P。变化为 P"i。贝1J调节磁场发生器电压，使P"i变化至Pml。
[003引步骤四，补液判断；
[0037] 粗调后，根据式（4)计算眶区和槽区的介质损失量Q，
[0038] 眶区和槽区的介质损失量Q的计算公式如下；
[0039]
【主权项】
1. 一种磁流体动压润滑机械密封装置，该装置包括可编程控制器、转轴，w及安装在转 轴上的密封腔体、动环座和静环座，密封腔体设置在转轴的一侧，密封腔体的外侧设置静环 座和动环座，静环座上安装有静环，动环座上安装有动环，动环与静环一端面相配合，其特 征是：所述静环内设置有一轴向引流孔，该引流孔一端引至动、静环的配合端面，另一端 经管路连接磁流体储罐，在动、静环配合面外部设有磁场发生器及直流电源，动、静环配合 面间形成由磁流体润滑膜形成的密封环，静环内埋设有压力传感器a,该压力传感器a头端 设于动、静环配合的密封环内，所述磁流体储罐还连接有氮气瓶，磁流体储罐与引流孔之间 的连接管路上还设有电磁阀、压力传感器C和流量传感器；密封腔体内侧设有压力传感器 b，转轴上还安装有转速传感器，各传感器、电磁阀和磁场发生器的直流电源分别与可编程 控制器相连。
2. 根据权利要求1所述密封装置，其特征是；动环端面开设有若干微米级深度的螺旋 槽，螺纹方向与动环旋转方向相同，动环的该端面与静环配合。
3. 根据权利要求1所述密封装置，其特征是；压力传感器a头端位于动环端面的螺旋 槽的底径处。
4. 根据权利要求1所述密封装置，其特征是；所述磁流体为铁磁流体。
5. 根据权利要求1所述密封装置，其特征是；静环与转轴配合面设有静环密封圈，动环 与转轴配合面设有动环密封圈。
6. 根据权利要求1所述密封装置，其特征是；磁场发生器为环形，安装在动、静环形成 的密封环的外圈。
7. 根据权利要求1所述密封装置，其特征是：静环座由前、后两部分，W及连接前、后部 分的弹性元件组成，前部与静环相装配，后与密封腔相配合。
【专利摘要】本实用新型公开一种磁流体动压润滑机械密封装置，包括可编程控制器、转轴，以及安装在转轴上的密封腔体、动环座和静环座，密封腔体设置在转轴的一侧，密封腔体的外侧设置静环座和动环座，静环座上安装有静环，动环座上安装有动环，动环与静环一端面相配合，静环内设置有一轴向引流孔，该引流孔一端引至动、静环的配合端面，另一端经管路连接磁流体储罐，在动、静环配合面外部设有磁场发生器及直流电源，动、静环配合面间形成由磁流体润滑膜形成的密封环，静环内埋设有压力传感器a，密封性能自适应控制系统通过比较液膜压力和被密封介质的压力来判断该机械密封的密封性能是否满足要求，保证机械密封的密封效果。
【IPC分类】F16J15-43
【公开号】CN204284455
【申请号】CN201420651921
【发明人】周剑锋, 赵海龙, 汪宇, 徐天成, 邵春雷, 顾伯勤, 吕中尧, 王莹, 张梦园
【申请人】南京工业大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月4日