用于测试盾构机主驱动密封性能的试验装置及试验方法与流程

本发明涉及盾构机主驱动密封性能检测技术领域，具体的说是涉及一种用于测试盾构机主驱动密封性能的试验装置及试验方法。

背景技术：

目前，国内使用盾构机施工的隧道项目越来越多，遇到的工况多种多样，在实际使用过程中，主驱动密封失效造成项目损失的情况也偶有发生，对工程项目造成损失，尤其在高水压、长距离施工的工程中问题比较突出。一旦发生密封失效情况，因盾构机结构尺寸等问题，在洞内更换主驱动密封非常困难，甚至不可能实现，只能加固地层后再开挖竖井，让盾构机主体暴露在竖井内，再对盾构机拆卸进行密封的更换，不仅成本高而且对工期的影响非常严重，施工风险也较大。

已知的盾构机主驱动密封失效的形式常见的有已下几种：密封本身磨损、与密封的接触面磨损、温度高造成密封融化、地下水含腐蚀性等。因此，对于高水压、长距离施工的项目，选用优秀的盾构机主驱动密封系统就显得非常重要。

技术实现要素：

针对常见的主驱动密封失效形式，本发明提供了一种用于测试盾构机主驱动密封性能的试验装置及试验方法，可以模拟不同工况，对密封系统的结构、材质、性能进行测试，以便针对不同工况选用合适的密封系统。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于测试盾构机主驱动密封性能的试验装置，包括固定外环、旋转内环、回转支撑和驱动装置，该回转支撑具有固定外圈和置于该固定外圈内的旋转内圈，该回转支撑的固定外圈固定于所述固定外环的一端内，所述旋转内环置于所述固定外环内，该旋转内环的内端与所述回转支撑的旋转内圈固定连接，所述驱动装置置于所述固定外环的一端外并与所述回转支撑的旋转内圈传动连接，所述驱动装置能够通过所述回转支撑的旋转内圈带动所述旋转内环在所述固定外环内旋转；所述固定外环包括可拆卸连接的固定外环前段和固定外环后段，所述旋转内环的外壁与所述固定外环前段的内壁之间形成用于设置第一待测主驱动密封组件的前侧空腔，所述旋转内环的外壁与所述固定外环后段之间形成用于设置第二待测主驱动密封组件的后侧空腔；所述固定外环前段和固定外环后段上分别开设有若干径向的润滑油注入孔连通至所述前侧空腔和后侧空腔，所述旋转内环和固定外环前段上分别设有传感器安装孔，该传感器安装孔内安装有用于检测密封接触面温度变化的温度传感器；所述固定外环前段和固定外环后段之间设有介质注入环，该介质注入环上设有若干径向的介质注入孔；所述固定外环前段的外端面上固定有环形的外环端盖，该外环端盖与所述旋转内环之间具有狭缝，该狭缝形成前侧空腔的第一出口；所述固定外环后段上设有若干径向的小孔，形成后侧空腔的第二出口。

作为本发明的进一步改进，所述驱动装置为驱动马达，该驱动马达的输出轴端安装有主动齿轮，所述回转支撑的旋转内圈上设有内齿，所述驱动马达的主动齿轮与该旋转内圈的内齿啮合连接。

作为本发明的进一步改进，所述温度传感器安装孔设于所述固定外环和旋转内环与第一待测主驱动密封组件及第二待测主驱动密封组件的摩擦面上。

作为本发明的进一步改进，所述第一待检测主驱动密封组件和第二待检测主驱动密封组件按受力面相对安装。

作为本发明的进一步改进，所述旋转内环通过内环连接板与所述回转支撑的旋转内圈固定连接。

本发明还提供一种盾构机主驱动密封性能的试验方法，通过上述的试验装置进行试验，所述试验方法包括以下步骤：

步骤1，在所述前侧空腔和后侧空腔内分别安装第一待检测主驱动密封组件和第二待检测主驱动密封组件，以及在所述旋转内环和固定外环的传感器安装孔上分别安装温度传感器，所述前侧空腔内安装第一待测主驱动密封组件以及后侧空腔内安装第二待检测主驱动密封组件后共同形成检测空腔；

步骤2，从润滑油注入孔向所述第一待检测主驱动密封组件和第二待检测主驱动密封组件注入所需的润滑油；

步骤3，从介质注入环上的介质注入孔向所述检测空腔内注满带压力的介质；

步骤4，设置并记录驱动马达不同的转速以改变旋转内环的转速，观察第一出口和第二出口，判断第一待检测主驱动密封组件和第二待检测主驱动密封组件是否泄漏，同时记录温度传感器测量的温度数值。

作为本发明的进一步改进，在所述步骤3中，改变介质注入孔内注入的介质以及注入的介质压力，再重复所述步骤4。

作为本发明的进一步改进，所述注入的介质为水，或水中含油、盐、腐蚀性物质及泥浆至少其中之一的混合物。

作为本发明的进一步改进，在所述步骤4中，设置所述驱动马达不旋转，可以检测第一待检测主驱动密封组件或第二待检测主驱动密封组件在静止状态下的密封耐压性能；或设置驱动马达旋转，检测第一待检测主驱动密封组件或第二待检测主驱动密封组件在旋转状态下的密封耐压性能。

本发明的有益效果是：本发明通过介质注入环的注入口注入带压力的介质，即能测试主驱动密封系统的静态耐压性能，又能通过调节驱动马达的转速，测试不同转速情况下主驱动密封系统的摩擦发热量，以及在不同压力下的主驱动密封的动态耐压性能。另外，通过长时间的转动，可以检查主驱动密封本身和密封接触面的磨损情况，确定主驱动密封系统的耐久性能，以及通过注入不同的介质，能够测试密封系统在不同介质的影响下的各项性能，具有结构简洁，测试方便、全面等优点。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明局部结构示意图。

结合附图，作以下说明：

1——固定外环；2——回转支撑；

3——驱动装置；4——固定外环前段；

5——固定外环后段；6——旋转内环；

7——前侧空腔；8——后侧空腔；

9——润滑油注入孔；10——传感器安装孔；

11——温度传感器12——介质注入环；

13——介质注入孔；14——外环端盖；

15——第一出口；16——第二出口；

17——内环连接板；

101——第一待测主驱动密封组件；

102——第二待测主驱动密封组件。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的一个较佳实施例作详细说明。但本发明的保护范围不限于下述实施例，即但凡以本发明申请专利范围及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖范围之内。

参阅图1-2，为本发明所述的一种用于测试盾构机主驱动密封性能的试验装置，包括固定外环1、旋转内环6、回转支撑2和驱动装置3，该回转支撑具有固定外圈和置于该固定外圈内的旋转内圈，该回转支撑的固定外圈固定于所述固定外环的一端内，所述旋转内环置于所述固定外环内，该旋转内环的内端与所述回转支撑的旋转内圈固定连接，所述驱动装置置于所述固定外环的一端外并与所述回转支撑的旋转内圈传动连接，所述驱动装置能够通过所述回转支撑的旋转内圈带动所述旋转内环在所述固定外环内旋转。

所述固定外环包括可拆卸连接的固定外环前段4和固定外环后段5，所述旋转内环的外壁与所述固定外环前段的内壁之间形成用于设置第一待测主驱动密封组件101的前侧空腔7，所述旋转内环的外壁与所述固定外环后段之间形成用于设置第二待测主驱动密封组件102的后侧空腔8。

所述固定外环前段和固定外环后段上分别开设有若干径向的润滑油注入孔9连通至所述前侧空腔和后侧空腔，所述旋转内环和固定外环前段上分别设有传感器安装孔10，该传感器安装孔内安装有用于检测密封接触面温度变化的温度传感器11。

所述固定外环前段和固定外环后段之间设有介质注入环12，该介质注入环上设有若干径向的介质注入孔13。

所述固定外环前段的外端面上固定有环形的外环端盖14，该外环端盖与所述旋转内环之间具有狭缝，该狭缝形成前侧空腔的第一出口15；所述固定外环后段上设有若干径向的小孔，形成后侧空腔的第二出口16。

其中，所述驱动装置为驱动马达，该驱动马达的输出轴端安装有主动齿轮，所述回转支撑的旋转内圈上设有内齿，所述驱动马达的主动齿轮与该旋转内圈的内齿啮合连接。

其中，温度传感器安装孔设于所述固定外环和旋转内环与第一待测主驱动密封组件及第二待测主驱动密封组件的摩擦面上。

其中，所述第一待检测主驱动密封组件和第二待检测主驱动密封组件按受力面相对安装。

其中，所述旋转内环通过内环连接板17与所述回转支撑的旋转内圈固定连接。

一种盾构机主驱动密封性能的试验方法，采用上述的试验装置进行试验，包括以下步骤：

步骤1，在所述前侧空腔和后侧空腔内分别安装第一待检测主驱动密封组件和第二待检测主驱动密封组件，以及在所述旋转内环和固定外环的传感器安装孔上分别安装温度传感器，所述前侧空腔内安装第一待测主驱动密封组件以及后侧空腔内安装第二待检测主驱动密封组件后共同形成检测空腔；

步骤2，从润滑油注入孔向所述第一待检测主驱动密封组件和第二待检测主驱动密封组件注入所需的润滑油；

步骤3，从介质注入环上的介质注入孔向所述检测空腔内注满带压力的介质；

步骤4，设置并记录驱动马达不同的转速以改变旋转内环的转速，观察第一出口和第二出口，判断第一待检测主驱动密封组件和第二待检测主驱动密封组件是否泄漏，同时记录温度传感器测量的温度数值。

其中，在所述步骤3中，改变介质注入孔内注入的介质以及注入的介质压力，再重复所述步骤4，可以检测第一待检测主驱动密封组件和第二待检测主驱动密封组件在不同介质、不同转速和不同压力的情况下，与接触面摩擦产生的热量大小，以及密封系统是否泄漏。

所注入的介质可以为水，或水中含油、盐、腐蚀性物质及泥浆等的混合物。

所述步骤4中，可以设置驱动马达不旋转，可以检测第一待检测主驱动密封组件或第二待检测主驱动密封组件在静止状态下的密封耐压性能；或设置驱动马达旋转，检测第一待检测主驱动密封组件或第二待检测主驱动密封组件在旋转状态下的密封耐压性能。

该试验装置和试验方法，还可以测试在不同情况下密封系统长时间工作后对密封接触器的磨损情况，也可以根据不同结构形式的密封系统进行尺寸、结构上的调节，用于各种密封系统的测试。

具体试验时的工况如下：地下水压xmpa，设备转速yrpm/min，预计总运行时间z小时，密封材料允许最高工作温度q℃。测试过程中，根据密封系统的设计要求，通过润滑油注入孔9注入润滑脂，使密封系统的工作压力达到xmpa，并通过温度传感器连续测定密封接触面的温度变化。介质注入孔注入介质为水。试验项目如下设置：

试验项目1：静止时，在水压xmpa下，密封是否泄漏。

试验项目2：转动时，在水压xmpa、转速yrpm/min的情况下，密封是否泄漏。

试验项目3：在水压xmpa、转速yrpm/min的情况下连续运转，密封接触面的温度是否高于q℃。

试验项目4：在运行z小时后，密封系统是否泄漏，并且测量密封和密封接触面的磨损量是多少。

试验项目5：静止时，逐步增加水压，直至密封系统发生泄漏，多次测定后取平均值，作为密封系统的极限静态工作压力。

根据以上的试验结果，可以判定密封的结构、材质、各项性能是否满足使用要求。

由此可见，本发明通过介质注入环的注入口注入带压力的介质，即能测试主驱动密封系统的静态耐压性能，又能通过调节驱动马达的转速，测试不同转速情况下主驱动密封系统的摩擦发热量，以及在不同压力下主驱动密封的动态耐压性能。另外，通过长时间的转动，可以检查主驱动密封本身和密封接触面的磨损情况，确定主驱动密封系统的耐久性能，以及通过注入不同的介质，能够测试密封系统在不同介质的影响下的各项性能，具有结构简洁，测试方便、全面等优点。