CN108869750A - 可监测型机械密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可监测型机械密封装置，包括动环、静环及第一监测器。动环套设于转轴；静环相邻动环设置，静环沿转轴的轴向方向具有靠近动环的第一端面及与第一端面相对的第二端面，第一端面开设有多个盲孔，多个盲孔沿第一端面的周向间隔布设；第一监测器设置于第二端面，用于感测静环和/或动环产生的声发射信号。通过设置上述的可监测型机械密封装置，当密封装置出现状况，发生泄漏时，泄露的气流经过第一端面的盲孔，会在盲孔内气体柱的固有频率上激发共鸣，从而形成一组新的易与感测的声发射信号，第一监测器接收到新的声发射信号，可根据生成的声发射谱线详细且准确地推知泄漏情况。

Description

可监测型机械密封装置

技术领域

本发明涉及机械设备技术领域，特别是涉及一种可监测型机械密封装置。

背景技术

机械密封是一种轴封装置，是一种由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置，其一般用作旋转机械设备的旋转轴的端部的密封。

机械密封可采用液体或气体作为密封介质，其中螺旋槽干气密封综合性能优异，应用尤为广泛。长期服役过程中密封性能会降低，进而导致泄漏量过大等故障，因此需要进行实时监测。现有技术已可以通过在密封环及环座等位置增设传感器以进行更直接的监测，但其提供的信息仍不足以使用户详细且准确地推知密封的状态。

发明内容

基于此，有必要针对现有的螺旋槽气体密封的装置中的传感器的设置无法详细且准确地推知密封的状态的问题，提供一种能够详细且准确地实时获取密封的状态的可监测型机械密封装置。

一种可监测型机械密封装置，包括：

动环，套设于转轴；

静环，相邻所述动环设置，所述静环沿转轴的轴向方向具有靠近所述动环的第一端面及与所述第一端面相对的第二端面，所述第一端面开设有多个盲孔，多个所述盲孔沿所述第一端面的周向间隔布设；

第一监测器，设置于所述第二端面，用于感测所述静环和/或所述动环产生的声发射信号。

上述的可监测型机械密封装置，是由动环在跟随转轴时在动环与静环之间产生一层气体膜以防止发生泄漏的，即阻隔高压区的气体流向低压区。泄漏产生的声发射信号对于可监测型机械密封装置的状态的推知非常重要，但是由于泄漏带来的声发射信号通常较为微弱，且频率较低，易与噪声混杂。而通过设置上述的可监测型机械密封装置，当密封装置出现状况，发生泄漏时，泄露的气流经过第一端面的盲孔，会在盲孔内气体柱的固有频率上激发共鸣，从而形成一组新的易与感测的声发射信号，第一监测器接收到新的声发射信号，可根据生成的声发射谱线详细且准确地推知泄漏情况。

在其中一个实施例中，多个所述盲孔均分至少两组，至少两组所述盲孔沿所述第一端面的周向均匀间隔布设。

在其中一个实施例中，每组所述盲孔包括至少两种不同深度的多个所述盲孔。

在其中一个实施例中，所述第一端面还设有多个摩擦部，多个所述摩擦部沿所述第一端面的周向均匀布设，且相邻所述盲孔设置。

在其中一个实施例中，所述摩擦部包括多个涂层，多个所述涂层沿所述转轴的轴向方向层叠设置。

在其中一个实施例中，所述第二端面开设有容置槽，所述容置槽沿所述第二端面的周向延伸；

所述第一监测器的数量至少为两个，至少两个所述第一监测器均匀间隔布设于所述容置槽。

在其中一个实施例中，所述可监测型机械密封装置还包括静环座及多个第二监测器，所述静环及多个所述第二监测器固定设置于静环座上，多个所述第二监测用于感测所述静环的运动。

在其中一个实施例中，所述第一监测器为生发射传感器，所述第二监测器为电涡流位移传感器。

在其中一个实施例中，所述第一端面还开设有多个摩擦凹槽，多个所述摩擦凹槽三个为一组分为多组，多组所述摩擦凹槽相邻所述盲孔设置，且均匀间隔布设于所述第一端面的周向边缘。

一种可监测型机械密封装置，包括：

动环，套设于转轴；

静环，相邻所述动环设置，所述静环沿转轴的轴向方向具有靠近所述动环的第一端面及与所述第一端面相对的第二端面，所述第一端面开设有多个盲孔及多个摩擦凹槽，多个所述盲孔均分为三组，三组所述盲孔沿所述第一端面的周向间隔布设，多个所述摩擦凹槽三个一组分为多组，多组所述摩擦凹槽均匀间隔布设于所述第一端面的周向边缘；所述第一端面还设有多个摩擦部，多个所述摩擦部沿所述第一端面的周向均匀布设，且位于所述盲孔与所述摩擦凹槽之间；所述第二端面还开设有沿所述第二端面周向延伸的容置槽；

三个声发射传感器，均匀间隔布设于所述容置槽，用于感测所述静环和/或所述动环产生的声发射信号。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的可监测型机械密封装置的剖视图；

图2为图1所示的可监测型机械密封装置一实施方式中的静环的第一端面的正视图；

图3为图2所示的第一端面的A-A处的剖视图；

图4为图1所示的可监测型机械密封装置的另一实施方式中的静环的第一端面的正视图；

图5为图1所示的可监测型机械密封装置的另一实施方式中的静环的第一端面的正视图；

图6为图1所示的可监测型机械密封装置的静环的第二端面的正视图；

图7为本发明另一实施例提供的可监测型机械密封装置的剖视图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1及图2所示，本发明一实施例提供的可监测型机械密封装置10，包括动环12、静环14及第一监测器16。

动环12套设于转轴20。静环14相邻动环12设置，静环14沿转轴20的轴向方向具有靠近动环12的第一端面142及与第一端面142相对的第二端面144，第一端面142开设有多个盲孔146，多个盲孔146沿第一端面142的周向间隔布设。第一监测器16设置于第二端面144，用于感测静环14和/或动环12产生的声发射信号。

上述的可监测型机械密封装置10，是由动环12在跟随转轴20时在动环12与静环14之间形成并维持一层仅有几微米厚的薄气体膜以阻碍泄漏，即阻碍高压区30的气体流向低压区40。泄漏产生的声发射信号对于可监测型机械密封装置10的状态的推知非常重要，但是由于泄漏带来的声发射信号通常较为微弱，且频率较低，易与噪声混杂，不易获取其声发射信号。而通过设置上述的可监测型机械密封装置10，当密封装置出现状况，发生泄漏时，泄露的气流经过第一端面142的盲孔146，会在盲孔146内气体柱的固有频率上激发共鸣，从而形成一组新的易与感测的声发射信号，第一监测器16接收到新的声发射信号，可根据生成的声发射谱线详细且准确地推知泄漏情况。

需要进行解释的是，材料内部产生微裂纹或微裂纹扩展时，会以弹性波(即应力波)的形式释放能量，即产生声发射信号。有时声发射信号也被称为“应力波发射”。声发射信号能够携带频率分布信息，利用这些信息可以更深入的了解可监测型机械密封装置10的工作状态。

在一些实施例中，可监测型机械密封装置10还包括动环座11，动环座11固定设置于转轴20的一端，动环12固定设置于动环座11，以跟随转轴20的转动而转动。进一步地，动环12沿转轴20的轴向方向具有靠近静环14的第三端面(图未示)，第三端面上开设有多个螺旋槽(图未示)，以在动环12高速旋转时产生动压效应，提高动环12与静环14之间的气体膜的刚度。更进一步地，动环12与动环座11沿转轴20的轴向方向的连接面之间设有一层垫片13，以减少其他零部件及轴承的噪声信号。具体地，垫片13为丁腈橡胶垫片13。

在一些实施例中，可监测型机械密封装置包括套筒15，套筒15套设于动环座11，且保持静止，不跟随转轴20转动。进一步地，机械密封装置还包括静环座17，静环座17固定连接于套筒15。更进一步地，套筒15靠近动环12的一端开设有阻隔噪音信号的垫片13。

在一些实施例中，静环座17靠近动环12的一侧设有弹簧18，弹簧18的远离静环座17的一端连接于静环14，以提供静环14具有朝向动环12的移动趋势的预紧力。由于静环14及动环12均环绕转轴20设置，因此静环14及动环12在沿转轴20轴向方向的端面都为圆环形，进而沿第一端面142、第二端面144及第三端面的周向的设置为在沿转轴20轴向方向呈环状的设置，即环绕转轴20的设置。

关于可监测型机械密封装置10的工作状态，结合上述部分部件进行说明：当转轴20静止时，弹簧18抵压静环14，使得静环14的第一端面142与动环12的第三端面相互接触。当转轴20开始转动时，转轴20带动动环座11及动环12旋转，而静环14及静环座17保持静止。当动环12的转动达到一定的速率后，在螺旋槽的作用下，第一端面142与第三端面会逐渐分离并形成一层稳定的气体膜，以防止高压区30的气体流入低压区40，起到密封效果。

而关于可监测型机械密封装置10的工作状态的检测，同样综合上述部分部件进行简单说明：在可监测型机械密封装置10运转时，可以通过第一监测器16采集到的声发射信号的幅值在旋转周期时间尺度上的变化趋势来判断故障的类型。第一监测器16除了可以采集泄漏时气流经过盲孔146时产生的信号，还可以监测到其他摩擦及振动产生的信号。例如一下几种判断故障发生的情况：在转轴20开始转动或者停止转动的过程中，当转速低于一定的值时，第一端面142会与第三端面接触摩擦，从而使得声发射信号幅值显著上升，若开始转动的过程中声发射信号的幅值变化趋势与正常的变化趋势有很大的差异，则可以认为发生了故障；当可监测型机械密封装置10稳定运转时，静环14与动环12之间由气体膜隔开，因此不会发生接触摩擦，信号的幅值很小，而若稳定运转时信号幅值较大，即可认为发生了故障。

对于上述的检测说明，进一步地，第一监测器16将获取的声发射信号转换成电信号，然后通过傅里叶变化将电信号转换成功率谱。功率谱还可以包括转轴20的频率和各倍频谐波，综合考虑信号的形态和功率谱可以区分不同的故障形式需要说明的是，由泄漏气流流过盲孔146时产生的新的声发射信号的形态及对应的功率谱与其他的摩擦或振动产生的声发射信号是存在区别的，因此也可以通过直接观察到新的声发射信号而直接判断可监测型机械密封装置10的密封状况。

请参阅图3，在一些实施例中，多个盲孔146均分为至少两组，至少两组盲孔146沿第一端面142的周向均匀间隔布设。进一步地，每组盲孔146包括至少两种不同深度的多个盲孔146，举例进行说明，每组包括九个盲孔146，可设置三种深度的盲孔146，分为三个较深的盲孔146，三个中等深度的盲孔146及三个较浅的盲孔146。如此，可提高泄漏气流流过盲孔146时产生的新的声发射信号的复杂程度从而与其他声发射信号区分开来。具体到图2及图3所示的实施例中，多个盲孔146均分为三组，每组内包括二十一个盲孔146，且每组内的盲孔146包括三种深度，每三个不同深度的盲孔146为一小组，则每组内包括七个小组，七个小组沿第一端面142的周向排列，已进一步使得新的声发射信号与其他声发射信号区分开来。

在另一些实施例中，盲孔146也可以为同一深度，只要能使得泄漏的气流在经过盲孔146时能产生于其他声发射信号区分开来的新的声发射信号即可。对于该声发射信号需要说明的是，由于盲孔146是设置于静环14上的，而该声发射信号是泄露的气流经过盲孔146时产生的，因此，该声发射信号是静环14产生的声发射信号。

此外，盲孔146设置在静环14的第一端面142上，靠近低压区40，因此此处的压强一般仅略高于低压区40的压强，保证了功率谱的谱线的频率不会产生太大的浮动，同时，轻微的频率浮动(包括由于盲孔146处压强差别导致的谱线变宽)反映了压强在盲孔146附近的分布情况。

在一些实施例中，第一端面142还设有多个摩擦部148，多个摩擦部148沿第一端面142周向均匀布设，且相邻盲孔146设置。摩擦部148会在静环14与动环12之间发生摩擦前与动环12摩擦，而通过将摩擦部148采用与静环14的制作材料不同的材料形成于第一端面142，摩擦部148与动环12摩擦时会产生不同于静环14与动环12之间的摩擦信号，当摩擦部148磨损完，则对应的摩擦信号会消失，如此以确认静环14与动环12之间将要开始产生固体摩擦。

进一步地，摩擦部148包括多个涂层(图未标)，多个涂层沿转轴20的轴向方向层叠设置，其中，每两层的相邻的涂层所使用的材料是不同的。由于不同材料的摩擦时产生的信号对应的频段是不一样的，因此可通过观察对应的频段以确认磨损程度。例如当有六个涂层，且使用三种材料时，三种材料分为第一涂层、第二涂层及第三涂层，第一涂层覆盖于第一端面142，第二涂层覆盖于第一涂层，第三涂层覆盖于第二涂层，然后依次在分别覆盖第一涂层、第二涂层及第三涂层。

请参阅图4，在另一些实施例中，涂层也可以为一层，即多个摩擦部148是由同一涂层构成，且多个摩擦部148首尾相连以围设形成一圆环，如此，涂层只是用于监测第一端面142与第三端面是否开始固体摩擦。

请参阅图5，在一些实施例中，第一端面142还开设有多个摩擦凹槽141，多个摩擦凹槽141三个为一组分为多组，多组摩擦凹槽141相邻盲孔146设置，且均匀间隔布设于第一端面142的周向边缘。如此，当动环12有较大的偏摆而导致摩擦时，测得的声发射信号会明显含有相应的随州转动的变化成分；若是摩擦主要由静环14受偏斜力矩导致，则声发射信号中应明显含有与动环12上的螺旋槽的槽型的周向分布相关的变化成分。具体地，多个摩擦部148位于盲孔146与摩擦凹槽141之间。

请参阅图6，在一些实施例中，第二端面144开设有容置槽143，容置槽143沿第二端面144的周向延伸，第一监测器16设置于容置槽143，以便于第一监测器16的定位及安装。需要说明的是，第一监测器16的数量可以是至少两个，至少两个第一监测器16均匀间隔布设于容置槽143内，如此，可进行信号对照，降低测量误差，且多个第一监测器16的设置还可以提供声源位置的相关信息。同时，配合如图2及图3实施例中设置多个不同深度的盲孔146依次排布，可根据多个第一监测器16接收到的泄漏谱线的强度对比判断泄漏气流沿第一端面142周向的大致分布趋势。

请参阅图7，进一步地，可监测型机械密封装置10还包括多个第二监测器19，多个第二监测器19设置于静环座17，且多个第二监测器19沿转轴20轴向在第二端面144的投影均匀间隔投射在容置槽143内，且与第一监测器16相邻，多个第二监测器19用于感测静环14的运动。具体地，第一监测器16为声发射传感器，第二监测器19为电涡流位移传感器。在一个系统中，所有要素都是有关联的，只是有些要素关联密切一点，有些要素关联疏远一点，如声发射测量与温度测量的关联比较密切，温度测量很大一部分是源于摩擦，而声发射功率的增加与温度的上升都会反映摩擦总体加重，因此信息会有比较大的重合。但是声发射测量与位移测量的关联比较疏远，所以可采用电涡流位移传感器对静环14的运动进行监测，而设置多个则可以直接推断静环14及动环12的振动与偏摆状况。

结合图7对电涡流位移传感器的安装结构进行一定的说明：在容置槽143的多个均匀间隔的位置上粘接金属片(图未标)，同时在静环座17的沿转轴20的轴向方向与金属片对应的位置开设螺纹通孔(图未标)，然后将带有外螺纹结构封装的电涡流位移传感器固定在静环座17上。

结合上述安装结构对电涡流位移传感器的工作原理进行简单说明：将金属片安装于容置槽143内，然后将电涡流位移传感器沿转轴20的轴向方向设置于静环座17上，以使电涡流位移传感器的探头正好对着金属片，以测量金属片的位移状况，进而可测得静环14的运动。

与现有技术相比，本发明提供的可监测型机械密封装置至少具有以下优点：

1)在第一端面设有多个盲孔，以在密封装置发生泄漏时泄漏的气流流过盲孔时产生新的声发射信号，进而声发射传感器可通过接收到的新的声发射信号详细且准确地推知密封的状态；

2)盲孔设为多个不同深度的，且配合多个声发射传感器可通过泄漏谱线的强度对比判断泄漏气流沿第一端面周向的大致分布趋势；

3)、在第一端面设置一层涂层，可通过感测涂层与第三端面摩擦产生的对应的信号从而推知第一端面与第三端面是否开始固定摩擦；

4)在第一端面设置多层不同材料的涂层，且相邻两层涂层材料不同，可通过感测涂层摩擦时对应的信号进而可详细且准确的推知磨损程度；

5)增设多个电涡流位移传感器，可与声发射传感器相互配合，进而可更加详细的推知密封装置的状态。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种可监测型机械密封装置，其特征在于，包括：

动环，套设于转轴；

静环，相邻所述动环设置，所述静环沿转轴的轴向方向具有靠近所述动环的第一端面及与所述第一端面相对的第二端面，所述第一端面开设有多个盲孔，多个所述盲孔沿所述第一端面的周向间隔布设；

第一监测器，设置于所述第二端面，用于感测所述静环和/或所述动环产生的声发射信号。

2.根据权利要求1所述的可监测型机械密封装置，其特征在于，多个所述盲孔均分至少两组，至少两组所述盲孔沿所述第一端面的周向均匀间隔布设。

3.根据权利要求2所述的可监测型机械密封装置，其特征在于，每组所述盲孔包括至少两种不同深度的多个所述盲孔。

4.根据权利要求1所述的可监测型机械密封装置，其特征在于，所述第一端面还设有多个摩擦部，多个所述摩擦部沿所述第一端面的周向均匀布设，且相邻所述盲孔设置。

5.根据权利要求4所述的可监测型机械密封装置，其特征在于，所述摩擦部包括多个涂层，多个所述涂层沿所述转轴的轴向方向层叠设置。

6.根据权利要求1所述的可监测型机械密封装置，其特征在于，所述第二端面开设有容置槽，所述容置槽沿所述第二端面的周向延伸；

所述第一监测器的数量至少为两个，至少两个所述第一监测器均匀间隔布设于所述容置槽。

7.根据权利要求6所述的可监测型机械密封装置，其特征在于，所述可监测型机械密封装置还包括静环座及多个第二监测器，所述静环及多个所述第二监测器固定设置于静环座上，多个所述第二监测用于感测所述静环的运动。

8.根据权利要求7所述的可监测型机械密封装置，其特征在于，所述第一监测器为生发射传感器，所述第二监测器为电涡流位移传感器。

9.根据权利要求1所述的可监测型机械密封装置，其特征在于，所述第一端面还开设有多个摩擦凹槽，多个所述摩擦凹槽三个为一组分为多组，多组所述摩擦凹槽相邻所述盲孔设置，且均匀间隔布设于所述第一端面的周向边缘。

10.一种可监测型机械密封装置，其特征在于，包括：

动环，套设于转轴；

静环，相邻所述动环设置，所述静环沿转轴的轴向方向具有靠近所述动环的第一端面及与所述第一端面相对的第二端面，所述第一端面开设有多个盲孔及多个摩擦凹槽，多个所述盲孔均分为三组，三组所述盲孔沿所述第一端面的周向间隔布设，多个所述摩擦凹槽三个一组分为多组，多组所述摩擦凹槽均匀间隔布设于所述第一端面的周向边缘；所述第一端面还设有多个摩擦部，多个所述摩擦部沿所述第一端面的周向均匀布设，且位于所述盲孔与所述摩擦凹槽之间；所述第二端面还开设有沿所述第二端面周向延伸的容置槽；

三个声发射传感器，均匀间隔布设于所述容置槽，用于感测所述静环和/或所述动环产生的声发射信号。