CN110159764B - 智能型机械密封系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能型机械密封系统，包括密封设备、感知设备、分析设备、交互设备和调控设备。感知设备能够实时获取密封设备运行时的多种物理量，并发送至分析设备进行计算分析。交互设备实现感知设备、分析设备、交互终端和调控设备之间的信息交互。密封设备中的密封环包括静环和动环，静环完全固定安装于主机，使得感知设备和调控设备的安装结构简单、工作稳定可靠。本发明还提供了应用于上述智能型机械密封系统的实现方法，分析设备能够根据感知设备收集到的运行参数对密封设备的状态进行判断，通过交互设备发送至交互终端，能够方便相关人员及时发现密封设备的故障，或根据参数提前预判避免故障的发生。

Description

智能型机械密封系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及机械密封装置领域，特别是涉及一种智能型机械密封系统及其实现方法。

背景技术

机械密封是一种端面动密封装置，其需要在维持低泄漏或无泄漏的同时，降低或消除摩擦副(由相对运动的两端面及流体介质形成)的摩擦磨损以延长寿命。由于原理复杂、结构紧凑，机械密封在使用中呈现出多种问题：一是无预兆的失效，失效风险无法通过寿命和性能表现来进行估计；二是故障诊断困难，无法对故障原因做出准确的分析；三是宽工况范围适应性差，加工和装配过程中的微小误差和工况参数的变化等都可能对密封造成明显的影响。

发明内容

基于此，有必要针对目前的机械密封装置所存在的失效无法预估、故障诊断困难和宽工况范围适应性差的问题，提供一种智能型机械密封系统及其实现方法。

上述目的通过下述技术方案实现：

一种智能型机械密封系统，包括主机，还包括：

密封设备，包括腔壳、轴套和密封环，所述腔壳固定连接于所述主机的壳体，所述轴套固定连接于所述主机的转轴，所述腔壳和轴套之间形成腔体；所述密封环设置于所述腔壳和轴套之间，所述密封环包括动环、静环和静环座，所述静环座固定连接于所述腔壳，所述静环固定连接于所述静环座，所述动环浮动连接于所述轴套；所述动环和静环相对的端面为密封端面，所述密封环将所述腔体分割为高压腔和低压腔，并限制高压腔内密封介质向低压腔流动；

感知设备，所述感知设备获取所述密封设备中的物理量信息，并将所述信息转化为信号传递给交互设备；

分析设备，所述分析设备接收来自于所述交互设备的信号，并对所述信号进行处理，将处理后的信号返回至所述交互设备；

交互设备，所述交互设备能够在所述感知设备、分析设备和交互终端之间进行信号传递；

调控设备，所述调控设备接收来自于所述交互设备的信号，并根据所述信号改变密封设备的状态。

在其中一个实施例中，所述轴套设有安装阶梯，所述安装阶梯包括与所述轴套径向平行的第一安装面和垂直于所述第一安装面的第二安装面，所述第一安装面和所述动环之间设有弹簧，所述第二安装面和所述动环之间设有第一副密封。

在其中一个实施例中，所述静环靠近所述低压腔一侧设置有第一安装孔，所述第一安装孔为螺纹孔，所述感知设备通过螺纹件固定于所述第一安装孔内。

在其中一个实施例中，所述静环座与腔壳之间设置有柔性垫片。

在其中一个实施例中，所述调控设备包括设置于所述腔壳上的流量控制阀、设置于所述腔壳内的第一通道、设置于所述静环座内的第二通道、设置于所述静环内的第三通道和设置于所述静环密封端面上的均压槽，密封介质依次通过所述流量控制阀、第一通道、第二通道和第三通道，进入所述均压槽；所述流量控制阀能够控制流经其的密封介质的流量。

在其中一个实施例中，所述密封介质为气体或液体。

本发明还提供了一种应用于上述智能型机械密封系统的实现方法，包括以下步骤：

S100，所述感知设备收集所述密封设备的实际运行参数，发送至所述交互设备；

S200，所述交互设备接收所述感知设备发送的密封设备运行参数，以及来自主机的运行参数，一并发送至所述分析设备；

S300，所述分析设备根据S200当中的运行参数，判断所述密封端面是否有杂质混入密封介质，并将判断结果发送至所述交互设备；

S400，所述分析设备根据S200当中的运行参数，判断所述密封端面是否产生固体接触摩擦和固体接触摩擦的强度，并将判断结果发送至所述交互设备；

S500，所述分析设备根据S200当中的运行参数，判断所述密封设备的受力情况、运动情况和所述密封端面的变形情况，并将判断结果发送至所述交互设备；

S600，所述交互设备将步骤S300-S500的判断结果发送至交互终端。

在其中一个实施例中，步骤S400还包括以下步骤：

S410，如果发生固体接触摩擦，则进行步骤S420，否则进行步骤S490；

S420，判断固体接触摩擦发生的位置，若固体接触摩擦发生位置相对固定，则进行步骤S430；

S430，判断结果为静环倾斜导致固体接触摩擦；

S440，判断结果为动环倾斜导致固体接触摩擦。

在其中一个实施例中，所述智能型机械密封系统还包括调控设备，步骤S400还包括以下步骤：

S435，调节固体接触摩擦发生处的调控设备，使得固体接触摩擦发生处的密封介质压强提高；

S445，调节所有调控设备，使得密封端面处密封介质整体压强提高。

在其中一个实施例中，步骤S500还包括以下步骤：

S510，设定一组动力学误差参数，调整该组误差参数当中某一个或某几个参数的值，根据不同误差参数的值并结合部分密封设备状态参数计算出多组理论运行参数；

S520，将步骤S510计算得出的多组理论运行参数与步骤S100当中的实际运行参数进行对比，并计算差异度；

S530，若某组动力学误差参数计算得到的理论运行参数与实际运行参数差异度小于预设阈值，则判断该组动力学误差参数即为密封设备的实际动力学误差参数。

在其中一个实施例中，所述动力学误差参数包括静环倾角、动环零位移支撑力矩、总体锥度、静环双峰波度幅值、静环双峰波度相位、动环双峰波度幅值和动环双峰波度相位；所述密封设备状态参数包括输入转速、高压腔压强和低压腔压强。

在其中一个实施例中，所述智能型机械密封系统还包括调控设备，所述步骤S500还包括：

步骤S540，根据步骤S530得出的实际动力学误差参数，通过所述调控设备对密封设备进行调整，消除动力学误差对密封设备的影响。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种智能型机械密封系统，包括密封设备、感知设备、分析设备和交互设备，感知设备能够实时获取密封设备运行时的多种物理量，并发送至分析设备进行运算分析，交互设备实现感知设备、分析设备和交互终端之间的信息交互。密封设备当中的密封环包括静环和动环，静环完全固定安装于主机，能够方便安装感知设备，使得感知设备的结构简单、测量准确、工作稳定可靠。

本发明还提供了一种应用于上述智能型机械密封系统的实现方法，分析设备能够根据感知设备收集到的运行参数对密封设备的异常进行判断，并通过交互设备发送至交互终端，能够方便相关人员及时发现密封设备的故障，或根据参数提前预判避免故障的发生。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的智能型机械密封系统的密封结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的密封设备的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的密封设备另一方向截面的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的智能型机械密封系统的径向剖视图；

图5为本发明一实施例提供的智能型机械密封系统中动环的结构示意图；

图6为本发明一实施例提供的智能型机械密封系统的结构关系图；

图7为本发明一实施例提供的智能型机械密封系统实现方法中数值孪生模型的输入输出示意图。

其中：

密封设备100；腔壳110；轴套120；第一安装面121；第二安装面122；动环131；静环132；静环座133；弹簧134；副密封135；第一安装孔136；螺纹件137；高压腔141；低压腔142；柔性垫片150；感知设备200；调控设备300；第一通道320；第二通道330；第三通道340；均压槽350；主机轴900。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1和图6所示，本发明提供了一种智能型机械密封系统，其应用于带有转轴零件的机械主机当中，如离心泵、离心机和压缩机等。智能型机械密封系统包括：密封设备100、感知设备200、交互设备和分析设备。密封设备100包括腔壳110、轴套120和密封环，腔壳110固定连接于主机壳体，轴套120固定连接于主机轴900，腔壳110和轴套120之间形成腔体；密封环设置于腔壳110和轴套120之间，密封环将腔体分割为相对密闭的高压腔141和低压腔142，密封环能够限制高压腔141内的密封介质向低压腔142内流动，此处对密封介质的限制包括减少密封介质的流动和完全禁止密封介质的流动；密封环包括动环131、静环132和静环座133，静环座133设置于腔壳110上，静环132设置于静环座133上，动环131设置于轴套120上，动环131和静环132之间可相对运动，动环131和静环132相对的端面称为密封端面。感知设备200，能够实时获取密封设备中的物理量。分析设备，能够接受来自感知设备200收集到的物理信号并进行分析。交互设备，其能够在感知设备200、分析设备和交互终端之间进行信息传输。

请参阅图2，静环座133固定连接于腔壳110，静环132固定连接于静环座133，动环131浮动连接于轴套120。现有的机械密封结构，通常情况下将静环132浮动安装(不旋转但浮动)，将动环131固定安装(不浮动但旋转)，从而确保浮动环当中一个环浮动安装使得密封具有补偿性，同时避免浮动支撑元件随轴旋转带来额外的搅油功耗。但是现有的浮动环设置，其中没有任何一个环是完全静止的，则在密封装置上增加感知设备200会非常困难，需要引入大量的柔性结构用于安装，并且感知设备200不能完全静止，测量精度差。因此，将动环131浮动设置，使得静环132既不旋转也不浮动，这样便可将感知设备200设置于完全不运动的部件上，极大地简化了结构，提高了信息获取的准确度。

具体的，轴套120上设有安装阶梯，用以浮动安装动环131。安装阶梯为一级或二级阶梯结构，阶梯级数增加可减少密封环处的泄漏量。图示实施例当中为二级阶梯结构，安装阶梯包括与轴套120径向方向平行的第一安装面121和垂直于第一安装面121的第二安装面122，第一安装面121和动环131背向密封端面的一侧面之间设有弹簧134，第二安装面122和动环131朝向轴套120的一侧面之间设置有副密封135，副密封135通常是软密封，如橡胶密封圈等。动环131依靠弹簧134可沿轴套120轴向浮动，依靠副密封135可沿轴套120径向浮动，满足密封环当中需要设置至少一个浮动环使得密封具有补偿性、尽量减少浮动元件产生搅油损耗的要求；同时静环132固定设置于静环座133上，满足密封环当中具有一个完全静止的静环132的要求，以便安装感知设备200。

优选的，请参阅图3，静环132靠近低压腔142的一侧面上设置有第一安装孔136，感知设备200设置于第一安装孔136内。于本实施例当中，感知设备200为声发射传感器。同时，第一安装孔136为螺纹孔，螺纹孔内设置有螺纹件137，螺纹件137能够压紧声发射传感器使其固定在第一安装孔136内并与静环132保持接触。声发射传感器能够接收到密封端面上的固体接触摩擦和泄漏产生的声发射(位于超声或接近超声频段产生的应力波)，作为后续分析端面密封状态的依据；声发射传感器设置于静环132上的第一安装孔136内，能够更加接近密封端面，提高测量的准确性；声发射传感器通过螺纹件137固定连接于静环132，能够通过调节螺纹件137的拧紧力矩，来控制声发射传感器与静环132间的压力，同时能够方便声发射传感器的安装和拆卸。此外，声发射传感器和静环132之间还涂有超声耦合剂，减少其二者之间间隙处空气对声发射信号传递产生的不利影响，进一步提高测量的准确性。

应当理解的是，声发射传感器只是一种可以应用于本发明所提供机械密封系统的传感器，其他常见传感器亦可应用于本发明，例如压力传感器、电涡流传感器等。同时，螺纹件137、螺纹孔配合使用以方便调节感知设备200的装配和调节感知设备200与静环132之间的压力，亦只是一种可实施的方式，其他常见可调节的机械安装形式也可应用于本发明，如定位销钉与多个定位孔配合等。

优选的，请继续参阅图3，静环座133和腔壳110之间设置有柔性垫片150。现有机械设备的声发射监测中，噪声干扰常常对监测起不利影响。为了减少噪声对声发射监测产生的影响，需要在所有可能从主机传来噪声信号的位置使用柔性材料。装配时静环座133和腔壳110之间产生较大接触力，于静环座133和腔壳110之间设置柔性垫片150，能够减少由腔壳110传递至静环座133的噪声。同理，前述动环131和轴套120通过弹簧134和软性副密封135连接，能够减少从轴套120传来的噪声。该两种结构配合，能够减少绝大部分传递至静环座133的噪声，使得监测精度提高。

优选的，请参阅图1和图4，智能型机械密封系统还包括调控设备300，调控设备300够接收来自于交互设备的信号，并根据该信号改变干气密封的状态。智能型机械密封系统运转时，感知设备200实时获取密封设备100当中的运行参数，并将收集到的运行参数传递给交互设备；交互设备将感知设备200传来的运行参数和其他主机设备上的参数一并传递给分析设备，分析设备对这些数据进行处理后生成控制信号返回至交互设备，并由交互设备传递给调控设备300，调控设备300根据控制信号进行动作。交互设备也能够单独接收来自分析设备、主机或其他外部设备三者之一传来信号并对调控设备300进行调控，或是接收上述三种信号的任意组合并对调控设备300进行调控。

具体的，请参阅图2、图4和图5，调控设备300包括设置于腔壳110外侧的电控阀，同时腔壳110内部设置有第一通道320，静环座133内设有第二通道330，静环132内设置有第三通道340，静环132靠近动环131的端面上设置有均压槽350，调控设备300能够调节经由第一通道320、第二通道330、第三通道340并最终流入均压槽350的流体流量和压强，以改变密封端面处的密封状态。为了提高控制效果，调控设备300数量通常为多个，沿周向均匀分布于密封设备，多个调控设备300当中的流量控制阀独立控制通过其的流体流量。通过调控设备300的流体可以是来自于高压腔141的流体，也可以是由独立气源输送至调控设备300的流体。

优选的，智能型机械密封系统当中的密封介质为气体或液体。对于密封介质为气体的又称为干气密封，其密封端面形成一层很薄的气膜使得密封处于非接触状态。密封设备当中的密封介质也可以是润滑液，不同的密封介质均可应用于本发明所提供的智能型机械密封系统。

本发明还提供了一种应用于上述智能型机械密封系统的实现方法，实现方法包括对密封设备100实时信息的获取、对获取到的信息进行分析处理和根据分析结果对密封设备100进行调控；具体的，该方法包括以下步骤：

S100，所述感知设备200收集所述密封设备100的实际运行参数，发送至所述交互设备；

S200，所述交互设备接收所述感知设备200发送的密封设备100运行参数，以及来自主机的运行参数，一并发送至所述分析设备；

S300，所述分析设备根据S200当中的运行参数，判断所述密封端面是否有杂质混入密封介质，并将判断结果发送至所述交互设备；

S400，所述分析设备根据S200当中的运行参数，判断所述密封端面是否产生固体接触摩擦和固体接触摩擦的强度，并将判断结果发送至所述交互设备；

S500，所述分析设备根据S200当中的运行参数，判断所述密封设备的受力情况、运动情况和所述密封端面的变形情况，并将判断结果发送至所述交互设备；

S600，所述交互设备将步骤S300-S500的判断结果发送至外部坏境。

步骤S100至S600利用感知设备200采集密封设备100的运行参数，特别是密封端面处的运行参数，并结合主机的一些相关参数，一并发送至分析设备，分析设备对密封设备100和主机的运行参数进行分析，对密封设备100的运转情况进行判断。于本实施例当中，重点判断如下三种失效形式：1、密封断面处的密封介质是否混入杂质；2、密封端面处密封环之间是否产生固体接触摩擦和固体接触摩擦的强度；3、密封设备100的受力情况、运动情况和所述密封端面的变形情况。对上述3中失效形式进行判断后，经由交互设备向交互终端输出，以便相关人员或设备知晓失效的发生或即将发生，并进行相关操作。

应当理解的是，步骤S100和步骤S200当中密封设备100的实际运行参数和主机的相关运行参数应当是同一时刻或按照一定关系收集得到；一般的，步骤S300、S400和S500对3种失效形式的判断应当同步进行；根据不同密封设备100的具体情况，步骤S300、S400和S500可以选择其中的某一或某几个按照一定顺序进行判断，例如对于杂质过滤等级较高的密封设备100，可将步骤S300省略或是以较低优先级进行处理。

优选的，交互终端包括显示设备和相关操作人员，当分析设备判断出上述3中失效情况后，通过交互设备将失效情况反馈至显示设备，以便相关人员知晓。例如，当分析设备判断出密封端面处的密封介质混入杂质后，显示设备显示该故障，相关操作人员通过显示设备知晓该故障后，可根据报告信息判断是否需要停机对密封端面和密封介质进行过滤清洗，或是进行其他一些减少杂质的维护操作。

优选的，对于判断密封端面是否发生固体接触摩擦的步骤S400还包括以下步骤：

S410，如果发生固体接触摩擦，则进行步骤S420，否则进行步骤S490；

S420，判断固体接触摩擦发生的位置，若固体接触摩擦发生位置相对固定，则进行步骤S430，否则进行步骤S440；

S430，判断结果为静环132倾斜导致固体接触摩擦；

S440，判断结果为动环131倾斜导致固体接触摩擦；

S490，判断结果为未发生固体接触摩擦。

步骤S410至S490通过对固体接触摩擦的发声位置进行分析，来判断固体接触摩擦的原因，以便操作人员或相关设备对不同故障原因引起的固体接触摩擦进行相应的判断。

优选的，判断密封设备100的受力情况、运动情况和所述密封端面的变形情况的步骤S500还包括以下步骤：

S510，设定一组动力学误差参数，调整该组误差参数当中某一个或某几个参数的值，根据不同误差参数的值并结合部分密封设备状态参数计算出多组理论运行参数；

S520，将步骤S510计算得出的多组理论运行参数与步骤S100当中的实际运行参数进行对比，并计算差异度；

S530，若某组动力学误差参数计算得到的理论运行参数与实际运行参数差异度小于预设阈值，则判断该组动力学误差参数即为密封设备的实际动力学误差参数。

步骤S510至步骤S530通过利用数值孪生模型，根据智能型机械密封系统建立一个相应的数值模型，并通过对该数值模型当中的动力学误差参数进行调整，计算该模型在某些特定动力学误差参数下的一些输出量，并将实际输出量与不同特定参数下该模型的输出量进行对比，其中与实际输出量相似度最高的模型输出量的特定参数，即可认为是智能型机械密封系统的实际参数。由于引起密封设备100受力情况、运动情况和所述密封端面的动力学误差参数较多且难以测量，所以想要通过感知设备200直接对这些因素进行测量不切实际；而对密封设备100的一些输出量的测定较为简单，所以步骤S510至步骤S530采用反推的方式，设定不同类型、不同数值的误差并计算出相应的输出量，与实际输出量比对找出最相近的输出量，以求得密封设备100的实际误差类型。

优选的，步骤S510至S530当中的动力学误差参数包括静环132倾角、动环131零位移支撑力矩、总体锥度、静环132双峰波度幅值、静环132双峰波度相位、动环131双峰波度幅值和动环131双峰波度相位；步骤S510至S530当中计算得出或实际测量得出的运行参数包括泄漏量、某些特定位置的密封介质压强和流量、监控设备测得的密封端面参数；步骤S510当中密封设备100状态参数包括输入转速、高压腔141压强和低压腔142压强。应当注意的是，本发明当中所述波度，不同于一般机械领域当中的波纹度，而是机械密封领域当中一种描述密封端面周向不平度的误差参数。

优选的，智能型机械密封系统当中设有调控设备300，调控设备300可根据分析设备对失效形式的判断结果自动进行对密封设备100的调整。对于设有调控设备300的智能型机械密封系统，步骤S400包括以下步骤：

S410，如果发生固体接触摩擦，则进行步骤S420，否则进行步骤S490；

S420，判断固体接触摩擦发生的位置，若固体接触摩擦发生位置相对固定，则进行步骤S430；

S430，判断结果为静环132倾斜导致固体接触摩擦；

S435，调节固体接触摩擦发生处的调控设备300，使得固体接触摩擦发生处的密封介质压强相对提高；

S440，判断结果为动环131倾斜导致固体接触摩擦；

S445，调节所有调控设备300，使得密封端面处密封介质整体压强提高。

应当理解的是，步骤S435中使得固体接触摩擦发生处的密封介质压强相对提高，可以通过提高固体接触摩擦发生处的密封介质压强，或是降低未发生固体接触摩擦发生处的密封介质压强来实现，但应注意该调整不应影响密封设备100的正常运转。

同时，步骤S500还包括：

步骤S540，根据步骤S530得出的实际动力学误差参数，通过所述调控设备300对密封设备100进行调整。

应当注意的是，由于固体接触摩擦会对密封端面造成严重的磨损，对于设有调控设备300的智能型机械密封系统，步骤S400和步骤S500对固体接触摩擦和受力、变形情况的判断可以是同时进行，也可是按一定顺序进行；但总是优先调整调控设备300，以解除固体接触摩擦，之后再调整调控设备300以消除动力学误差对密封设备100的影响。

下面结合具体实施例对智能型机械密封系统实现方法进行详细说明：

本实施例当中智能型机械密封系统的密封形式为干气密封，其具体结构与上文对智能型机械密封系统的硬件描述一致，并可结合附图得知，于此不再赘述。特别说明的是，于本实施例当中，感知设备200为声发射传感器，其数量为三个，沿静环132周向间隔120°设置于静环132上的第一安装孔136内，通常声发射传感器的采样频率设定为100KHZ-5MHZ，其能够采集密封端面处密封介质、杂质和固体摩擦发生产生的声发射信号。调控设备300为电控流量阀(以下简称为电控阀)，其数量为三个，沿主轴周向间隔120°设置于腔壳110上；相应的，与电控阀相连接的第一通道320、第二通道330、第三通道340和均压槽350的数量也均为三个，均压槽350设置于静环132靠近密封端面的一侧面，其形状和布置方式如图所示。通过调控电控阀处的流体压强，改变均压槽350处的密封介质压强，以调整密封端面处的密封介质压强。

进行步骤S300时，声发射传感器采集密封端面各处的声发射信号。密封端面处的可能由于轴承或其他位置处的润滑油等杂志混入，也可能由于密封介质本身由于高压液化引入液体杂志，由于气体密封介质和液体、固体杂志的声发射信号频率不同，当声发射传感器监测到不同于正常运转时的声发射讯号时，分析设备对声发射传感器采集到的多种声发射信号进行分析判断。

进行步骤S400时，固体接触摩擦会产生特定频率的声发射信号，分析设备对声发射传感器输入的声发射信号在相应频带上进行带通滤波，根据滤波后的幅值判断是否发生固体接触，并判断其强度。例如，当密封端面为石墨与碳化硅配合的情况下，其一旦发生固体接触摩擦，便会产生多个频带上的声发射信号，其中一部分处于490kHz附近；同时，490kHz这一频带很难受到除固体接触摩擦以外的因素的干扰。据此，在分析设备中引入(490±40)kHz的带通滤波器对声发射信号进行处理，处理后的信号RMS(一段信号中所有样本点平方的均值的平方根，反映信号整体能量水平)若高于某个第一阈值(典型的如10mV)，则判断发生固体接触摩擦；值越大，则说明固体接触摩擦越严重，其大致水平将被记录和/或报告给相关操作人员；当高于某个第二阈值(典型的如50mV)时，则进行优先级更高的报告；例如，当信号达到第一阈值时，交互设备当中的显示设备将该信号高亮显示，当信号达到第二阈值时，交互设备发出报警信号，如蜂鸣、指示灯闪烁等。

如图7所示，进行步骤S500时，分析设备根据输入转速、高压腔141压强、低压腔142压强、电控阀控制信号和静环132倾角、动环131零位移支撑力矩、总体锥度、静环132双峰波度幅值、静环132双峰波度相位、动环131双峰波度幅值、动环131双峰波度相位，通过对上述7个动力学误差参数进行调整并计算，输出密封周期性运转中以下值的动态变化：泄漏量、各电控阀的出口压强和流量、传播到三个声发射传感器各自所在位置的声发射信号功率，这些输出量可认为是由数值孪生模型根据某个动力学误差参数组计算出的结果。将这些计算结果与实际测得的泄漏量、各电控阀的出口压强和流量、各声发射传感器采集到的信号进行比对，并计算二者之间的差异度，若某一组动力学误差参数计算出的输出量与实际测得的量之间的差异度小于某一阈值，则认为该组动力学误差参数为实际的动力学误差参数。具体的，通过模拟退火算法进行上述当中对动力学误差参数的调整和计算差异度的过程。应当理解的是，模拟退火算法只是一种可以实现上述寻找动力学误差参数过程的求解方式，其他常见数学求解方法亦可应用于本发明。

分析设备对上述三种失效形式进行判断后，向各电控阀发出控制信号。决定应当发送给各电控阀的控制信号的算法由两个互为补充的部分组成：其中一个部分在监测到固体接触摩擦时以最快的速度尽可能地减轻或避免之；另一个部分则试图通过准确的分析将密封调节到一个综合较优的工作状态，以消除动力学误差参数的影响，但计算优先级较低。

步骤S400当中接触固体接触摩擦的调整具体为：

若接触发生的位置大致固定，则可判断静环132的倾斜是造成接触的主要因素，此时发出令相应角度的电控阀降低流阻(从而提高流体膜在发生接触的区域的压强)的指令；若接触发生的位置不固定(此时通常表现为绕轴旋转)，则可判断动环131的倾斜是造成接触的主要因素，此时发出令所有电控阀降低流阻(从而全面提高流体膜压强)的指令；以上所说接触均包括持续性接触和间歇性接触。根据调整后的固体接触摩擦状况，以新的调节幅度重复以上过程。

若有固体接触摩擦发生，则先进性步骤S400当中的调整，后进行步骤S500当中的调整；若无固体接触摩擦发生，则直接进行步骤S500当中对密封设备100的优化调整，该调整通过以下形式实现：

L＝f(F_e,M,q,k)

[F_c，M，q，k]＝f(u₁，u₂，u₃)

其中，L为劣度值，u₁,u₂,u₃分别为三个电控阀的控制信号，F_c,M,q,k依次为接触力，翻转力矩，泄漏量和微扰刚度，由数值孪生模型得出。通过模拟退火算法，实现对电控阀信号在特定范围内的随机调整，并由不同电控信号计算出接触力、翻转力矩、泄漏量和微扰刚度，再根据这4个量计算劣度值，寻找出劣度值最小时输入的电控信号，按照该电控信号对电控阀进行调整，以达到较优的运行状态，消除动力学误差参数对密封设备100的影响。

本发明提供的智能型机械密封系统及其实现方法具有以下优点：

1、通过将感知设备设置于完全静止的静环上，使得感知设备能够在密封设备内部进行测量，相较于传统的测量手段，能够测得更多种类的物理量，并且测量精度更高。

2、通过分析设备对感知设备收集到的运行参数进行实时分析，能够分析判断密封设备当中的异常和将要发生异常的风险，并能够给出人工干预的建议，及时汇报给相关操作人员。

3、通过设置调控设备，智能型机械密封系统能够对密封设备进行在线调整，调整的依据可以是人为操作、分析设备发出的指令、来自其他设备的请求三种信号当中的一种或任意多种的组合。

以上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本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 (11)

1.一种智能型机械密封系统，包括主机，其特征在于，还包括：

密封设备，包括腔壳、轴套和密封环，所述腔壳固定连接于所述主机的壳体，所述轴套固定连接于所述主机的转轴，所述腔壳和轴套之间形成腔体；所述密封环设置于所述腔壳和轴套之间，所述密封环包括动环、静环和静环座，所述静环座固定连接于所述腔壳，所述静环固定连接于所述静环座，所述动环浮动连接于所述轴套；所述动环和静环相对的端面为密封端面，所述密封环将所述腔体分割为高压腔和低压腔，并限制高压腔内密封介质向低压腔流动；

感知设备，所述感知设备获取所述密封设备中的物理量信息，并将所述信息转化为信号传递给交互设备；

分析设备，所述分析设备接收来自于所述交互设备的信号，并对所述信号进行处理，将处理后的信号返回至所述交互设备；

交互设备，所述交互设备能够在所述感知设备、分析设备和交互终端之间进行信号传递；

调控设备，所述调控设备接收来自于所述交互设备的信号，并根据所述信号改变密封设备的状态；其中，所述调控设备包括设置于所述腔壳上的流量控制阀、设置于所述腔壳内的第一通道、设置于所述静环座内的第二通道、设置于所述静环内的第三通道和设置于所述静环密封端面上的均压槽，密封介质依次通过所述流量控制阀、第一通道、第二通道和第三通道，进入所述均压槽；所述流量控制阀能够控制流经其的密封介质的流量。

2.根据权利要求1所述的智能型机械密封系统，其特征在于，所述轴套设有安装阶梯，所述安装阶梯包括与所述轴套径向平行的第一安装面和垂直于所述第一安装面的第二安装面，所述第一安装面和所述动环之间设有弹簧，所述第二安装面和所述动环之间设有第一副密封。

3.根据权利要求1所述的智能型机械密封系统，其特征在于，所述静环靠近所述低压腔一侧设置有第一安装孔，所述第一安装孔为螺纹孔，所述感知设备通过螺纹件固定于所述第一安装孔内。

4.根据权利要求1所述的智能型机械密封系统，其特征在于，所述静环座与腔壳之间设置有柔性垫片。

5.根据权利要求1所述的智能型机械密封系统，其特征在于，所述密封介质为气体或液体。

6.一种基于权利要求1-5中任一项所述的智能型机械密封系统实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100，所述感知设备收集所述密封设备的实际运行参数，发送至所述交互设备；

S200，所述交互设备接收所述感知设备发送的密封设备运行参数，以及来自主机的运行参数，一并发送至所述分析设备；

S300，所述分析设备根据S200当中的运行参数，判断所述密封端面是否有杂质混入密封介质，并将判断结果发送至所述交互设备；

S400，所述分析设备根据S200当中的运行参数，判断所述密封端面是否产生固体接触摩擦和固体接触摩擦的强度，并将判断结果发送至所述交互设备；

S500，所述分析设备根据S200当中的运行参数，判断所述密封设备的受力情况、运动情况和所述密封端面的变形情况，并将判断结果发送至所述交互设备；

S600，所述交互设备将步骤S300-S500的判断结果发送至交互终端。

7.根据权利要求6所述的智能型机械密封系统实现方法，其特征在于，步骤S400还包括以下步骤：

S410，如果发生固体接触摩擦，则进行步骤S420；

S420，判断固体接触摩擦发生的位置，若固体接触摩擦发生位置相对固定，则进行步骤S430，否则进行步骤S440；

S430，判断结果为静环倾斜导致固体接触摩擦；

S440，判断结果为动环倾斜导致固体接触摩擦。

8.根据权利要求7所述的智能型机械密封系统实现方法，其特征在于，所述智能型机械密封系统还包括调控设备，步骤S400还包括以下步骤：

S435，调节固体接触摩擦发生处的调控设备，使得固体接触摩擦发生处的密封介质压强提高；

S445，调节所有调控设备，使得密封端面处密封介质整体压强提高。

9.根据权利要求6所述的智能型机械密封系统实现方法，其特征在于，步骤S500还包括以下步骤：

S510，设定一组动力学误差参数，调整该组误差参数当中某一个或某几个参数的值，根据不同误差参数的值并结合密封设备状态参数计算出多组理论运行参数；

S520，将步骤S510计算得出的多组理论运行参数与步骤S100当中的实际运行参数进行对比，并计算差异度；

S530，若某组动力学误差参数计算得到的理论运行参数与实际运行参数差异度小于预设阈值，则判断该组动力学误差参数即为密封设备的实际动力学误差参数。

10.根据权利要求9所述的智能型机械密封系统实现方法，其特征在于，所述动力学误差参数包括静环倾角、动环零位移支撑力矩、总体锥度、静环双峰波度幅值、静环双峰波度相位、动环双峰波度幅值和动环双峰波度相位；所述密封设备状态参数包括输入转速、高压腔压强和低压腔压强。

11.根据权利要求9所述的智能型机械密封系统实现方法，其特征在于，所述智能型机械密封系统还包括调控设备，所述步骤S500还包括：

步骤S540，根据步骤S530得出的实际动力学误差参数，通过所述调控设备对密封设备进行调整，消除动力学误差对密封设备的影响。