端面摩擦扭矩可控的機械密封裝置製造方法
2023-12-01 16:20:36
端面摩擦扭矩可控的機械密封裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種端面摩擦扭矩可控的機械密封裝置，其特徵在於自動調整機械密封的彈簧壓縮量，得到一個最佳彈簧比壓，並在機械密封的摩擦扭矩與洩漏量之間存在一最佳工作點。工作中通過對彈簧比壓的調整，可以實現對機械密封摩擦狀況的控制，進而使得機械密封在允許洩漏量下獲得較長的使用壽命。
【專利說明】端面摩擦扭矩可控的機械密封裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及本發明涉一種端面摩擦扭矩可控的機械密封裝置，主要用於使機械密封工作在規定洩漏量下最佳摩擦狀態，進而延長機械密封的使用壽命。
【背景技術】
[0002]機械密封端面的摩擦狀態有如下幾種:幹摩擦狀態；邊界摩擦狀態；流體摩擦狀態；混合摩擦狀態。機械密封端面摩擦狀態決定了其密封副端面間的摩擦、磨損和洩漏。機械密封在運行過程中最重要的現象是端面間的摩擦，端面摩擦狀態是決定機械密封工作壽命和密封性能好壞的關鍵因素。
[0003]衡量機械密封端面摩擦的一個重要參數是摩擦扭矩，機械密封端面摩擦扭矩的測量一直是一個難題，通常的做法是在軸上串一個扭矩傳感器測量，使用總扭矩減去空載軸承扭矩得到摩擦扭矩的方法獲取摩擦扭矩，但此方法引起測量誤差的因素較多，比如空載軸承扭矩即使在同一轉速下也存在冷態和熱態時不一樣，密封腔中介質的攪動等，另外還有振動等因素也會對軸承扭矩產生影響。為了精確測量機械密封端面間的摩擦扭矩，必須研製和靜環座一體的在薄壁筒上貼應變片以應變方式測量靜環的扭矩。
[0004]綜上所述，需提供一種端面摩擦扭矩可控的機械密封裝置來解決上述問題。
【發明內容】
[0005]本發明目的是:提供一種端面摩擦扭矩可控的機械密封裝置。
[0006]根據上述發明目的，提供一技術方案:其包括:機械密封組件、摩擦扭矩傳感器檢測系統、PMN-PT堆疊、外置摩擦扭矩檢測和PMN-PT堆疊控制系統，其特徵在於:機械密封組件嵌入了扭矩傳感器、靜環後嵌入了 PMN-PT堆疊，摩擦扭矩傳感器檢測系統將扭矩傳感器感應信息輸送至外置摩擦扭矩檢測和PMN-PT堆疊控制系統，外置摩擦扭矩檢測和PMN-PT堆疊控制系統控制PMN-PT堆疊的極化電源的極性和幅值，通過調整PMN-PT堆疊伸縮達到調節彈簧(的壓縮量，從而調節摩擦扭矩。
[0007]優選地，扭矩傳感器嵌在靜環座和扭矩傳感器支座之間，且為靜態傳感器。
[0008]優選地，PMN-PT堆疊嵌在靜環和靜環座之間。
[0009]優選地，摩擦扭矩傳感器檢測系統包括摩擦扭矩傳感器、應變信號處理、A/D轉換。
[0010]優選地，外置摩擦扭矩檢測和PMN-PT堆疊控制系統具備PMN-PT堆疊的極化電源的極性和幅值控制，通過外殼上設置的穿線孔、靜環座內的接線槽信號孔進行線路聯通。
[0011]優選地，外置摩擦扭矩檢測和PMN-PT堆疊控制系統將採集到的摩擦扭矩，與試驗裝置上大量實驗測得的最佳工作摩擦扭矩比較，根據比較結果去控制PMN-PT堆疊的極化電源的極性和幅值，使用PID閉環控制機械密封工作在最佳摩擦狀態。
[0012]本發明優點是:
[0013]本發明機械密封存在一個最佳彈簧比壓，使得機械密封的摩擦扭矩與洩漏量之間存在一最佳工作點。工作中通過對彈簧比壓的調整，可以實現對機械密封摩擦狀況的控制，進而使得機械密封在允許洩漏量下獲得較長的使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述:
[0016]圖1為本發明的剖視示意圖；
[0017]圖2為本發明的功能方塊示意圖。
【具體實施方式】
[0018]實施例:如圖1-2所示，其為發明中一種端面摩擦扭矩可控的機械密封裝置的具體實施例，其包括具機械密封組件100、摩擦扭矩傳感器檢測系統200、PMN-PT堆疊300、外置摩擦扭矩檢測和PMN-PT堆疊控制系統400，其特徵在於:機械密封組件100嵌入了扭矩傳感器8、靜環3後嵌入了 PMN-PT堆疊7，摩擦扭矩傳感器檢測系統200將扭矩傳感器8感應信息輸送至外置摩擦扭矩檢測和PMN-PT堆疊控制系統400，外置摩擦扭矩檢測和PMN-PT堆疊控制系統400控制PMN-PT堆疊的極化電源的極性和幅值，通過調整PMN-PT堆疊7伸縮達到調節彈簧1壓縮量，從而調節摩擦扭矩。扭矩傳感器8嵌在靜環座和密封壓蓋之間，且為靜態傳感器。PMN-PT堆疊7嵌在靜環3和靜環座6之間。摩擦扭矩傳感器檢測系統200包括摩擦扭矩傳感器8、應變信號處理、A/D轉換。外置摩擦扭矩檢測和PMN-PT堆疊控制系統400具備PMN-PT堆疊7的極化電源的極性和幅值控制，通過外殼12上設置的穿線孔15、靜環座6內的接線槽16信號孔17進行線路聯通。外置摩擦扭矩檢測和PMN-PT堆疊控制系統400採集到的摩擦扭矩，與試驗裝置上大量實驗測得的最佳工作摩擦扭矩比較，根據比較結果去控制PMN-PT堆疊7的極化電源的極性和幅值，使用PID閉環控制使機械密封工作在最佳摩擦狀態。
[0019]摩擦扭矩傳感器檢測系統200中的扭矩傳感器8，通過兩側的兩個鍵13插入靜環3上開的兩個鍵槽，扭矩傳感器8上貼有應變片9，當端面摩擦使靜環3扭轉時，通過鍵13使扭矩傳感器8扭轉，扭矩傳感器8上貼有應變片9通過感應轉動測得端面間的摩擦扭矩。應變片9在扭矩傳感器8的同一圓周線上成45度和135度方向黏貼，在實際製作與測量時，沿軸的某斷面的圓周方向每隔90度布置一個應變片，並將它們接成全橋電路。由此可提高扭矩傳感器的輸出靈敏度，並可消除軸向力和彎曲力的影響。扭矩傳感器8和扭矩傳感器支座11通過螺栓10法蘭連接，扭矩傳感器支座11下方有三個扇環頂緊靜環座3，扭矩傳感器8和靜環座3不貼合。
[0020]考慮到靜環3和靜環座6之間的「0」形圈的摩擦對摩擦扭矩測量的影響，在安裝靜環時，在「0」形圈4上塗上潤滑油，以減少在「0」形圈4和靜環座6之間的摩擦。
[0021]靜環座6為中空筒體，PMN-PT堆疊7、與動環2抵靠接觸的靜環3、和輔助環5。
[0022]PMN-PT堆疊7，使用η片長度為1cm的PMN-PT型環形陶瓷片，每片加上電極，將η片組裝成堆疊，每片的電極並聯接上電壓源，電壓源為0-105ν可調，電壓源的調節使用單片機控制。彈簧壓縮量的調節是通過控制PMN-PT堆疊7的伸縮實現的。考慮到彈簧壓縮變化量的正負特性，極化電源首先進行極性控制，然後進行輸出電壓值的控制。PMN-PT堆疊7的伸縮是通過控制供給它的極化電源極性和輸出電壓的幅值實現的。彈簧壓縮量的變化通過控制PMN-PT堆疊的極化電壓控制，根據PMN-PT堆疊7的伸縮量與極化電壓的關係，用彈簧壓縮量的變化去控制極化電源輸出相應的電壓，進而改變密封件的彈簧比壓使摩擦趨於最優化。摩擦扭矩信號經電橋拾取、放大、濾波、A/D轉換後供單片機採集。摩擦扭矩的測量、極化電源的極性以及電壓輸出值的控制使用單片機控制。摩擦扭矩信號經應變橋轉換的電壓信號比較微弱，需放大，同時考慮到幹擾信號的存在，放大後的信號還需要濾波，考慮到頻率信號的抗幹擾能力強還要將輸出電壓信號轉換為佔空比為50%的5V方波信號。對輸出的頻率信號使用開關電容和鎖相環電路進行頻率跟蹤濾波。
[0023]工作過程:當摩擦扭矩小於設定值時，外置摩擦扭矩檢測和PMN-PT堆疊控制系統(400)通過加可控電源的輸出電壓來加大PMN-PT堆疊7的伸縮量,並將靜環3 —端向動環2移動，彈簧1受力壓縮，由此加大靜環3和動環2之間的摩擦，當扭矩傳感器8上的應變片9檢測到摩擦扭矩超過設定值時，將通知可控電源降低輸出電壓，從而減小壓PMN-PT堆疊7伸縮量，並保持一個最佳彈簧比壓。
[0024]密封端面的摩擦扭矩正比於端面間的彈簧比壓，而彈簧比壓與密封件的彈簧壓縮量有關，可以通過控制彈簧壓縮量進而控制摩擦扭矩。使用在靜環後加電致伸縮材料PMN-PT型陶瓷環形堆疊控制彈簧的壓縮量。
[0025]在已有的基於摩擦扭矩和洩漏率模糊控制試驗裝置的基礎上測得摩擦扭矩與彈簧壓縮量變化關係。使用環形PMN-PT型陶瓷堆疊對彈簧壓縮量進行調節，進而調節摩擦扭矩。以摩擦扭矩和摩擦扭矩的變化作為現有測試裝置的模糊控制器的輸入，以彈簧壓縮量的變化作為輸出，在試驗裝置上可以實測出在不同的介質壓力下的摩擦扭矩和彈簧壓縮量之間的關係。彈簧壓縮量的變化通過控制電致伸縮材料的極化電壓控制，根據電致伸縮材料的伸縮量與極化電壓的關係，用彈簧壓縮量的變化去控制極化電源輸出相應的電壓，進而改變密封件的彈簧比壓使摩擦趨於最優化。
[0026]針對某型號的機械密封，假設在試驗機上測出的最佳工作摩擦扭矩為Mf，端面的摩擦特性延續，工作時實際測得的摩擦扭矩為Mft，摩擦扭矩的變化為AMf = Mft-Mf，根據摩擦扭矩的變化和彈簧壓縮量變化的關係，可得dl = kAMf (k為根據試驗機試驗記錄的數據回歸分析獲得的係數)。首先根據dl的正負控制極化電源的輸出極性，然後更加dl的值調節極化電源的電壓輸出值。摩擦扭矩的測量、極化電源的極性以及電壓輸出值的控制使用單片機控制。
[0027]當然上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明主要技術方案的精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種端面摩擦扭矩可控的機械密封裝置，其包括:機械密封組件、摩擦扭矩傳感器檢測系統、PMN-PT堆疊、外置摩擦扭矩檢測和PMN-PT堆疊控制系統，其特徵在於:機械密封組件嵌入了扭矩傳感器、靜環後嵌入了 PMN-PT堆疊，摩擦扭矩傳感器檢測系統將扭矩傳感器感應信息輸送至外置摩擦扭矩檢測和PMN-PT堆疊控制系統，外置摩擦扭矩檢測和PMN-PT堆疊控制系統控制PMN-PT堆疊的極化電源的極性和幅值，通過調整PMN-PT堆疊伸縮達到調節彈簧的壓縮量，從而調節摩擦扭矩。
2.根據權利要求1所述的端面摩擦扭矩可控的機械密封裝置，其特徵在於，扭矩傳感器嵌在靜環座和扭矩傳感器支座之間，且為靜態傳感器。
3.根據權利要求1所述的端面摩擦扭矩可控的機械密封裝置，其特徵在於，PMN-PT堆疊嵌在靜環和靜環座之間。
4.根據權利要求1所述的端面摩擦扭矩可控的機械密封裝置，摩擦扭矩傳感器檢測系統包括摩擦扭矩傳感器、應變信號處理、A/D轉換。
5.根據權利要求1所述的端面摩擦扭矩可控的機械密封裝置，其特徵在於，具備PMN-PT堆疊的極化電源的極性和幅值控制，通過外殼上設置的穿線孔、靜環座內的接線槽及信號孔進行線路聯通。
6.根據權利要求1所述的端面摩擦扭矩可控的機械密封裝置，其特徵在於，外置摩擦扭矩檢測和PMN-PT堆疊控制系統將採集到的摩擦扭矩，與試驗裝置上大量實驗測得的最佳工作摩擦扭矩比較，根據比較結果去控制PMN-PT堆疊的極化電源的極性和幅值，使用PID閉環控制機械密封工作在最佳摩擦狀態。
【文檔編號】F16J15/16GK103671921SQ201310548680
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月7日 優先權日:2013年11月7日
【發明者】劉其和, 魏龍, 王永紅, 金良, 蔣汝根 申請人:南京化工職業技術學院