CN106195273A - 具有预警装置的接触密封系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有预警装置的接触密封系统。接触密封系统包括密封件和监测系统，密封件包括用于进行接触密封的密封唇，监测系统包括振动传感器和报警装置，振动传感器安装于密封唇，用于监测密封唇的振动；报警装置与振动传感器电连接，报警装置用于在振动传感器监测到的密封唇的振动异常时给出报警。与现有技术和产品相比，本发明具有如下优点：能够实时监测密封环/唇的工作状态；能够在轴承故障之前给出报警，这避免了损坏轴承或设备而带来的严重损失。

Description

具有预警装置的接触密封系统

技术领域

本发明涉及密封技术领域。本发明特别涉及用于在如轧机轴承等的恶劣条件下工作的接触密封的密封技术，尤其是一种能够监测密封唇的工作状态以防止轴承的早期故障的接触密封系统。

背景技术

通常地，轴承的故障由取决于密封状况的污染物的进入或油脂的流出而引起。如果密封失效，轴承将很快地故障，由于高转速或高负荷，这可能损坏设备，并且还可能危及人身安全。但是在轴承故障之前，人们一直不知道污染物何时进入以及油脂何时流出。因此在轴承故障(这将导致非常大的损失)之前，人们不知道何时需要更换密封或者对轴承提供维护。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够通过实时监测密封唇振动而在设备故障之前给出报警的具有预警装置的接触密封系统。

为了实现上述的发明目的，本发明采用如下的技术方案。

一种具有预警装置的接触密封系统，所述接触密封系统包括密封件和监测系统，所述密封件包括用于进行接触密封的密封唇，所述监测系统包括振动传感器和报警装置，所述振动传感器安装于所述密封唇，用于监测所述密封唇的振动；所述报警装置与所述振动传感器电连接，所述报警装置用于在所述振动传感器监测到的所述密封唇的振动异常时给出报警。

优选地，所述密封件包括骨架和橡胶部分，所述橡胶部分限定了所述密封唇，所述骨架嵌入所述橡胶部分。

优选地，所述密封件包括对所述密封唇施压以实现密封的弹簧。

优选地，所述振动传感器为机械振动传感器或电子振动传感器。

优选地，所述振动传感器为光纤振动传感器，所述光纤振动传感器沿着所述密封唇的周向布置在所述密封唇的内部。

优选地，所述振动传感器为光纤振动传感器，所述监测系统还包括光纤耦合器，所述光纤振动传感器与所述光纤耦合器电连接，所述光纤耦合器与所述报警装置电连接，使得通过所述光纤耦合器来实现所述报警装置与所述光纤振动传感器的电连接。

优选地，所述监测系统还包括信号处理电路，所述振动传感器与所述信号处理电路电连接，所述信号处理电路与所述报警装置电连接，使得所述振动传感器通过所述信号处理单元与所述报警装置电连接。

优选地，所述振动传感器为光纤振动传感器；所述监测系统还包括光纤耦合器和信号处理电路，所述光纤振动传感器与所述光纤耦合器电连接，所述光纤耦合器与所述信号处理电路电连接，所述信号处理电路与所述报警装置电连接，使得通过所述光纤耦合器和所述信号处理电路来实现所述报警装置与所述光纤振动传感器电连接。

优选地，所述监测系统包括多个光纤振动传感器，所述多个光纤振动传感器安装于不同的密封唇且串联电连接至同一信号处理电路。

优选地，所述监测系统还包括用于在所述振动传感器监测到的所述密封唇的振动异常并超出预设量的范围时使所密封的设备停止运行的急停装置。

可选地，所述振动传感器与所述急停装置电连接。

本发明的具有预警装置的接触密封系统的优点包括能够通过实时监测密封唇振动而在设备故障之前给出报警。

附图说明

图1是示出了根据本发明的第一实施方式的接触密封系统中的振动传感器的设置情况的示意图。

图2是示出了根据本发明的第二实施方式的接触密封系统中的振动传感器的设置情况的示意图。

图3是示出了根据本发明的第一实施方式的接触密封系统的电路连接结构的示意图。

图4是示出了根据本发明的第二实施方式的接触密封系统的电路连接结构的示意图。

图5是示出了根据本发明的第二实施方式的接触密封系统在连接有多个振动传感器的情况下的电路连接结构的示意图。

图6是示出了根据本发明的一个实施方式的接触密封系统的控制流程的流程框图。

附图标记说明

1、骨架，2、橡胶部分，3、弹簧，4、密封唇，5、振动传感器，6、报警装置，7、光纤耦合器，8、信号处理电路。

具体实施方式

本发明的思想是提供一种接触密封系统，该接触密封系统包括密封件和报警装置。密封件包括骨架(inlay)和橡胶部分，橡胶部分限定了用于进行接触密封的密封唇。这里，与密封唇发生接触的部件(下面，有时也称作“被密封部件”)例如可以是可转动的轴，还可以是与轴连接在一起的轴承的内圈。振动传感器安装在密封唇附近。振动传感器能够通过测量由摩擦激发的唇振动而得到加速度信号。在信号被处理之后，得到振动频谱。如果振动频谱异常但仍在设定量的范围内，则报警装置将给出报警。操作者可以确定是否需要停止设备。如果振动频谱在设定量的范围之外，则设备将停止运行(例如，自动停止运行)。因而实现了上述本发明的目的。

具体地，如图1、图2所示，一种具有预警装置的接触密封系统，所述接触密封系统包括密封件和监测系统，密封件包括用于进行接触密封的密封唇4，监测系统包括振动传感器5和报警装置6(参见图3)，振动传感器5安装于密封唇4，用于监测密封唇4的振动；报警装置6与振动传感器5电连接，报警装置6用于在振动传感器5监测到的密封唇4的振动异常时给出报警。

需要说明，对于“振动传感器5安装于密封唇4”，本领域技术人员能够理解的是，将振动传感器5安装在密封唇4的附近，以便能够更明显地接受密封唇振动而产生的加速度信号。

对于不同类型的传感器，可以有不同的具体设置手段。例如，对于机电式振动传感器，可以使传感器的探头露出到密封唇的外部并与被密封部件(例如轴或者与支撑该轴转动的轴承的内圈)接触，就能够测量密封唇的振动。例如，对于光纤振动传感器来说，可将其埋设在密封唇的内部，就能够测量密封唇的振动。这将在下文更清楚地说明。

然后，基于报警装置6(参见图3)与振动传感器5之间的电连接，振动传感器5能够向报警装置6(参见图3)发送信号。这里的电连接包括有线连接和无线连接，还包括通过光纤传导然后转换成电信号传递给报警装置6(参见图4-图5)的连接。在一个示例中，报警装置6可以与振动传感器5分开地设置于密封唇4的外部。

进一步，密封件包括骨架1和橡胶部分2，橡胶部分2限定了密封唇4，骨架1嵌入橡胶部分2。也就是说，所述密封件优选采用在橡胶部分2中嵌入骨架1来实现，以起到支撑和加强橡胶部分2的作用。本发明特别适合用于密封重载轴承例如轧机轴承，此时骨架1压靠于轴承的外圈的内表面，密封唇4与轴承内圈的外表面接触，振动传感器5的测量头顶在轴承的内圈的外表面上或者直接顶在可转动的轴上，或者例如振动传感器5整体安装在密封唇的靠近转动的轴的内部。

另外，本发明的密封件/接触密封系统还可以用于非轴承的环形空间的密封，例如，用于容纳轴的壳体的内周面与该轴之间的密封。

进一步，密封件包括对密封唇4施压以实现密封的弹簧3。也就是说，弹簧3靠近密封唇4的振动传感器5来设置。

进一步，振动传感器5可以为机械振动传感器或电子振动传感器。对应下文说明的第一实施方式，该实施方式成本低，因此特别适合于设置了振动传感器5的监测点数量少的情况。

进一步，振动传感器5可以为光纤振动传感器。对应下文说明的第二实施方式，特别地，密封唇为环形且套设于例如轴承的内圈的外表面，光纤振动传感器同样环形地埋设在密封唇内部，与沿周向离散地测量振动情况的机械振动传感器或电子振动传感器相比，采用光纤振动传感器能够沿周向连续地测量振动情况。该实施方式有利于对多个监测点进行集中控制且光信号在传送过程中不易受到干扰，因此特别适合于设置了振动传感器5的监测点数量多的情况。

进一步，光纤振动传感器沿着密封唇4的周向布置在密封唇4的内部。特别是密封唇4布置于轴承的内圈，而光纤振动传感器在密封唇4内部绕着轴承的内圈形成一圈地布置，以便利于精确监测出密封损坏的位置。

进一步，监测系统还包括光纤耦合器7(参见图4-图5)，光纤振动传感器5与光纤耦合器7电连接，光纤耦合器7与报警装置6电连接，使得通过光纤耦合器7来实现报警装置6与光纤振动传感器5的电连接。也就是说，如果进一步振动传感器5采用光纤振动传感器，则优选还设置有光纤耦合器7，以进行光电信号的转换(具体转换过程下文还将有详细说明)。

进一步，监测系统还包括信号处理电路8(参见图3-图5)，振动传感器5与信号处理电路8电连接，信号处理电路8与报警装置6电连接，使得振动传感器5通过信号处理单元8与报警装置6电连接。也就是说，信号处理电路8的作用是信号转换，例如将振动传感器5接收到的由摩擦激发的密封唇振动而得到加速度信号转换成振动频谱，此外，信号处理电路8还能够进行逻辑控制。特别地，信号处理电路8可以采用单片机、PLC控制模块等实现。当然，这里也可以不单独设置信号处理电路8，而是将信号处理电路8作为振动传感器5的一部分集成在振动传感器5内。

进一步，振动传感器5为光纤振动传感器；监测系统还包括光纤耦合器7和信号处理电路8(参见图4-图5)，光纤振动传感器5与光纤耦合器7电连接，光纤耦合器7与信号处理电路8电连接，信号处理电路8与报警装置6电连接，使得通过光纤耦合器7和信号处理电路8来实现报警装置6与光纤振动传感器5电连接。这作为一种特别适用于采用光纤振动传感器的电路结构。

进一步，监测系统包括多个光纤振动传感器5，多个光纤振动传感器5安装于不同的密封唇4且串联电连接至同一信号处理电路8(参见图5)。换言之，振动传感器5为多个，信号处理电路8为一个，所述多个振动传感器5串联电连接至该信号处理电路8。具体地说，振动传感器5可以是多个，例如对于一个密封的不同的密封唇分别设置有振动传感器，或者是一个轴承的不同的密封分别设置有振动传感器，再或者同一设备的不同轴承的不同的密封、甚至不同设备的不同的密封分别设置有振动传感器，可以将这些不同的振动传感器5串联电连接到同一个信号处理电路8上，信号处理电路8通过检查从密封到光纤耦合器的光信号传送距离(例如光路的长度)能够区分哪个密封的具体哪个位置发生故障。这可以减少信号处理电路8的使用数量，降低了设备复杂性和成本。该实施方式在振动传感器采用光纤振动传感器的情况下特别有效。进一步地，特别是当密封所在地与信号处理电路距离较远时，这种串联连接形式能够进一步减少中间线缆的使用量。

进一步，监测系统还包括用于在所述振动传感器监测到的所述密封唇的振动异常并超出预设量的范围时使所密封的设备停止运行的急停装置，振动传感器5与急停装置电连接。也就是说，这使得当监测到振动超过一定范围时，可以使整个运转的设备(例如转动中的轴，以及该轴所连带的轴承)停下来。具体地，这可以通过使振动传感器5(中间可经过信号处理电路8)与控制轴转动的电机的变频器的输入/急停端口电连接来实现。

本发明还提供了一种基于上述结构的具有预警装置的接触密封系统的使用方法，所述方法包括以下步骤：步骤N1，利用振动传感器来监测密封唇的振动；步骤N2，将监测到的密封唇的振动转换成振动频谱；步骤N3，对得到的振动频谱进行比对分析，若振动频谱异常，则报警装置给出报警，以供人工确认是否需要停止设备的运行；若振动频谱正常，则返回步骤N1。也就是说，如果设备正常运行，则监测到的振动频谱显示正常，那么上述步骤将重复地进行，以达到循环监测的目的；如果设备故障，则监测到的振动频谱异常，那么将通过报警装置给出报警。

本发明还提供了一种包括急停装置的具有预警装置的接触密封系统的使用方法，所述方法包括以下步骤：步骤E1，利用振动传感器来监测密封唇的振动；步骤E2，将监测到的密封唇的振动转换成振动频谱；步骤E3，对得到的振动频谱进行比对分析，若振动频谱异常但仍在预设量的范围内，则报警装置给出报警，以供人工确认是否需要停止设备的运行；若振动频谱异常并超出预设量的范围，则向急停装置发送急停信号，急停装置使设备停止运行；若振动频谱正常，则返回步骤E1。也就是说，如果设备正常运行，则监测到的振动频谱显示正常，那么上述步骤将重复地进行，以达到循环监测的目的；如果设备故障，则监测到的振动频谱异常，那么将通过报警装置给出报警，甚至通过急停装置使运行中的设备紧急停车。

下面进一步展开说明，本发明包括两个实施方式。这两个实施方式均通过用于监测密封唇的工作状态的振动传感器监测。工作在不同状态的密封唇将具有不同的振动频谱。

因此，如果密封被振动传感器5监测，则能够通过检查频谱来了解实时工作状态。如果有污染物进入或密封唇磨损，则接触密封系统能够给出报警或被强制停止。

第一实施方式通过机械振动传感器、电子振动传感器或其它的振动传感器监测一个单个密封。如图3示出的监测系统包括报警装置6和急停装置(未示出)。

振动传感器能够通过测量由密封唇与轴(或轴承的内圈)之间的摩擦而激发的密封唇振动来得到加速度信号。在信号被处理之后，得到振动频谱。如果振动频谱异常但仍在设定量的范围内，则报警装置6将给出报警。操作者可以确定是否需要停止设备。如果振动频谱在设定量的范围之外，则设备将自动停止，如图6所示。

需要说明，上述信号处理过程可以通过设置信号处理电路8来实现，信号处理电路8可以如图3、图4那样单独设置，也可以作为振动传感器5的一个功能模块而集成在振动传感器5内。

图3和图4以通用电气符号示出了电源和开关，因此不再另行标记和说明。

第二实施方式通过光纤振动传感器来监测。如图4所示的监测系统包括报警装置6和急停装置。

如果密封有任何振动，则光纤将随密封振动。首先光纤耦合器能够将电信号变成光信号，然后将有激光的干涉。不同的振动将导致不同的干涉结果，然后光纤耦合器将光信号变成电信号。在信号被在信号处理电路中处理之后，得到振动频谱。如果振动频谱显示异常但仍在设定量的范围内，则报警装置6将给出报警。可以确定是否需要停止设备。如果振动频谱在设定量的范围之外，则设备将自动停止，控制流程框图还可参见图6。

以下再换个角度来解释本发明。一种具有预警装置的智能监测接触密封系统。其包括有唇密封和监测系统。唇密封可以是取决于应用的任何种类的唇密封。监测系统包括振动传感器、电源、信号处理电路和报警装置和开关。振动传感器可以是机械振动传感器、电子振动传感器、光纤振动传感器或其它的振动传感器。

在不影响密封性能的前提下，可以选择如图1所示的尽可能近地安装在密封唇附近的机械振动传感器或电子振动传感器。传感器的测量头可以暴露于外侧以确保其能够监测传感器与轴之间的距离以得出加速度。振动传感器可以被安装在密封唇的左右，这能够确保信号处理电路和报警装置能够容易地与振动传感器连接。当报警装置给出报警时可以确定是否需要停止设备。并且，如果信号处理电路发现振动频谱在设定量的范围之外，则设备将被强制停止。

在不影响密封性能的前提下，还可以使用如图2所示的在橡胶内部且尽可能近地安装密封唇附近的光纤振动传感器，例如在不影响光干涉性能的情况下越近越好，比如，将振动传感器装在密封唇的内部，使得振动传感器在密封唇的径向(图2中的上下方向)上与密封唇和被密封部件(例如轴)之间的接触面相隔1mm-10mm。

此外，如图5所示，光纤还可以同时监测多个串连地连接的密封环。信号处理电路通过检查从密封到光纤耦合器的光信号传送距离能够区分哪个密封故障。因此能够监测一个密封的不同的唇或者监测一个轴承的不同的密封或者监测同一设备的不同轴承的不同的密封，甚至可以监测不同设备的不同的密封。当报警装置给出报警时还可以确定是否需要停止系统。并且，如果信号处理电路发现振动频谱在预限定的限值之外，则设备将被强制停止。

虽然光纤监测系统比机械振动传感器监测系统和电子振动传感器监测系统昂贵，但如果同时监测多个密封，可以通过使用一个光纤监测系统节省大量成本。特别是当各振动传感器之间的距离较近而振动传感器与信号处理电路距离较远时，成本节省更加显著。

本发明能够实时监测密封环/唇的工作状态。本发明能够在轴承故障之前给出报警，这避免了损坏轴承或设备而带来的严重损失。本发明通过使用机械振动传感器或电子振动传感器，具有非常低的成本来监测单个密封。本发明通过使用光纤传感器，具有非常低的成本来同时监测多个密封。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改变等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有预警装置的接触密封系统，其特征在于，所述接触密封系统包括密封件和监测系统，

所述密封件包括用于进行接触密封的密封唇，

所述监测系统包括振动传感器和报警装置，所述振动传感器安装于所述密封唇，用于监测所述密封唇的振动；所述报警装置与所述振动传感器电连接，所述报警装置用于在所述振动传感器监测到的所述密封唇的振动异常时给出报警。

2.根据权利要求1所述的具有预警装置的接触密封系统，其特征在于，所述密封件包括骨架和橡胶部分，所述橡胶部分限定了所述密封唇，所述骨架嵌入所述橡胶部分。

3.根据权利要求1所述的具有预警装置的接触密封系统，其特征在于，所述密封件包括对所述密封唇施压以实现密封的弹簧。

4.根据权利要求1所述的具有预警装置的接触密封系统，其特征在于，所述振动传感器为机械振动传感器或电子振动传感器。

5.根据权利要求1所述的具有预警装置的接触密封系统，其特征在于，所述振动传感器为光纤振动传感器，所述光纤振动传感器沿着所述密封唇的周向布置在所述密封唇的内部。

6.根据权利要求1所述的具有预警装置的接触密封系统，其特征在于，所述振动传感器为光纤振动传感器，所述监测系统还包括光纤耦合器，所述光纤振动传感器与所述光纤耦合器电连接，所述光纤耦合器与所述报警装置电连接，使得通过所述光纤耦合器来实现所述报警装置与所述光纤振动传感器的电连接。

7.根据权利要求1所述的具有预警装置的接触密封系统，其特征在于，所述监测系统还包括信号处理电路，所述振动传感器与所述信号处理电路电连接，所述信号处理电路与所述报警装置电连接，使得所述振动传感器通过所述信号处理单元与所述报警装置电连接。

8.根据权利要求1所述的具有预警装置的接触密封系统，其特征在于，

所述振动传感器为光纤振动传感器；

所述监测系统还包括光纤耦合器和信号处理电路，所述光纤振动传感器与所述光纤耦合器电连接，所述光纤耦合器与所述信号处理电路电连接，所述信号处理电路与所述报警装置电连接，使得通过所述光纤耦合器和所述信号处理电路来实现所述报警装置与所述光纤振动传感器电连接。

9.根据权利要求8所述的具有预警装置的接触密封系统，其特征在于，所述监测系统包括多个光纤振动传感器，所述多个光纤振动传感器安装于不同的密封唇且串联电连接至同一信号处理电路。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的具有预警装置的接触密封系统，其特征在于，所述监测系统还包括用于在所述振动传感器监测到的所述密封唇的振动异常并超出预设量的范围时使所密封的设备停止运行的急停装置。