CN111503275A - 隧道掘进机主驱动橡胶-磁流体耦合密封装置及安装方法 - Google Patents

隧道掘进机主驱动橡胶-磁流体耦合密封装置及安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于隧道掘进机工程技术领域，公开了一种隧道掘进机主驱动橡胶‑磁流体耦合密封装置及安装方法。该装置包括掘进机转接法兰、掘进机支撑环及耦合式密封。掘进机支撑环外壁设有耐磨环。耦合式密封包括永磁体、金属极靴、磁性橡胶极齿、隔环及压环，永磁体安装于金属极靴中间，磁性橡胶极齿固定于金属极靴下方，并与掘进机支撑环接触，磁性橡胶极齿下方中间的对应掘进机支撑环及耐磨环位置设有磁流体注入孔和压力变送器，磁流体围绕于所述磁性橡胶极齿周围，共同实现旋转密封。本发明在具有密封磨损自补偿和磁流体泄漏自补偿功能的基础上，兼具零泄漏和排它性的优势，密封性能良好。

Description

隧道掘进机主驱动橡胶-磁流体耦合密封装置及安装方法
技术领域
本发明属于隧道掘进机工程技术领域，尤其涉及一种隧道掘进机主驱动橡胶-磁流体耦合密封装置及安装方法。
背景技术
随着国内外城市基础建设不断发展，隧道掘进机作为地铁、电力、水利、穿山、过江及海底隧道开挖等工程的重要装备，发挥了举足轻重的作用。主驱动是掘进机的核心部件之一，为刀盘开挖提供扭矩，并承受推进系统的全部推力，其密封系统是保证主驱动正常工作的关键。目前，主驱动密封主要采用迷宫密封和多道唇形密封组合的结构形式，连续注入油脂以隔绝外界污染物及实现润滑功能。在实际工程中，面临冲击振动、恶劣环境及唇形密封跟随性等的影响，时常导致外界泥沙进入密封区域，使得唇形密封加速磨损并失效，甚至发生主驱动损坏等严重事故，为顺利施工带来巨大挑战。因此，设计一种可靠性好、寿命长、维护量小的密封装置十分有必要。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种隧道掘进机主驱动橡胶-磁流体耦合密封装置，有效改善密封性能，提高使用寿命，避免因密封失效而造成主驱动损坏，确保掘进机正常工作。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种隧道掘进机主驱动橡胶-磁流体耦合密封装置，包括掘进机转接法兰1、掘进机支撑环2和耦合式密封3；
所述掘进机支撑环2外壁设有耐磨环21；
所述耦合式密封3包括永磁体31、金属极靴32、磁性橡胶极齿33、隔环34和压环35；永磁体31安装于金属极靴32中间，磁性橡胶极齿33固定于金属极靴32下方，并与掘进机支撑环2接触；磁性橡胶极齿33下方中间的对应掘进机支撑环2及耐磨环21位置处分别设有磁流体注入孔36和压力变送器37，磁流体38围绕于磁性橡胶极齿33周围，共同实现旋转密封；金属极靴32外侧设有凹槽321，凹槽321内设有O形密封322，实现金属极靴32和掘进机转接法兰1之间的静密封；永磁体31、金属极靴32、磁性橡胶极齿33、掘进机支撑环2及耐磨环21构成闭合磁路，确保磁流体38分布在磁性橡胶极齿33周围，若磁性橡胶极齿33发生磨损，磁流体38将及时补充缝隙。耦合式密封3可依据压力变送器37采集的数据，检测磁流体38泄漏情况，主动向磁流体注入孔36补充注入磁流体38。
所述磁性橡胶极齿33为双D形密封结构。
所述磁性橡胶极齿33以橡胶材料为主体，加入磁性固体粉末和少料配合剂而制成。
所述永磁体31为稀土永磁体。
所述的隔环34以橡胶材料为主体，内嵌金属骨架。
一种隧道掘进机主驱动橡胶-磁流体耦合密封装置的安装方法，操作步骤如下：
(1)清理掘进机主驱动密封安装腔，确保干净无杂质；
(2)安装右侧隔环34，沿掘进机转接法兰1内壁安装至预定位置；
(3)安装右侧金属极靴32及磁性橡胶极齿33，保证金属极靴32紧贴右侧隔环34，金属极靴32外侧O形密封322紧贴掘进机转接法兰1内壁，磁性橡胶极齿33内侧双D形密封紧贴耐磨环21外壁；
(4)安装永磁体31，保证紧贴右侧金属极靴32；
(5)安装左侧金属极靴32及磁性橡胶极齿33，保证金属极靴32紧贴永磁体31，金属极靴32外侧O形密封322紧贴掘进机转接法兰1内壁，磁性橡胶极齿33内侧双D形密封紧贴耐磨环21外壁；
(6)安装左侧隔环34，保证紧贴左侧金属极靴32；
(7)安装压环35至预定位置，压紧左侧隔环34，固定耦合密封装置3；
(8)依据压力变送器37所采集的数据，向磁流体注入孔36注入磁流体38，直至达到预定压力。
优选地，所述步骤(2)-(6)中，每步均需用游标卡尺测量安装深度，达到预定深度后再进行下一步。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明提供的一种隧道掘进机主驱动橡胶-磁流体耦合密封装置及安装方法具有以下优势：
(1)该密封装置通过永磁体31、金属极靴32、磁性橡胶极齿33、掘进机支撑环2及耐磨环21共同构成闭合磁路，磁流体38由于自身液态流动性及磁性作用，分布于磁性橡胶极齿33周围，当磁性橡胶极齿33的双D形密封发生磨损并与耐磨环21产生间隙，磁流体38将自动填充间隙，及时补充磨损量，实现磨损自补偿功能。
(2)该密封装置可以根据压力变送器37所采集的数据，检测磁流体38泄漏情况，主动补充磁流体38，实现泄漏自补偿功能。
(3)该密封装置通过橡胶-磁流体耦合密封形式，将外界泥沙等污染物有效排除在外，并防止齿轮油外泄，具有零泄漏、排它性及可靠稳定等优势，保证了隧道施工过程中的良好密封性能。
(4)该密封装置无需使用密封油脂，避免了目前隧道掘进机主驱动密封系统在工作过程中大量消耗密封油脂的问题，大幅降低了工程造价。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为图1的局部放大及闭合磁路示意图。
图中：1掘进机转接法兰，2掘进机支撑环，21耐磨环，3耦合式密封，31永磁体，32金属极靴，321凹槽，322O形密封，33磁性橡胶极齿，34隔环，35压环，36磁流体注入孔，37压力变送器，38磁流体。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明做进一步详细说明。
参照图1和图2，一种隧道掘进机主驱动橡胶-磁流体耦合密封装置，包括掘进机转接法兰1、掘进机支撑环2、耦合式密封3。所述掘进机支撑环外壁设有耐磨环21。所述耦合式密封3包括永磁体31、金属极靴32、磁性橡胶极齿33、隔环34、压环35，所述永磁体31安装于金属极靴32中间，所述磁性橡胶极齿33固定于金属极靴32下方，并与掘进机支撑环2接触，所述磁性橡胶极齿33下方中间的对应掘进机支撑环2及耐磨环21位置设有磁流体注入孔36和压力变送器37，所述磁流体38由于自身液态流动性及磁性作用，围绕于所述磁性橡胶极齿33周围，共同实现旋转密封。为避免外界泥沙穿过金属极靴32与掘进机转接法兰1的接触面，进而污染齿轮油，金属极靴32外侧设有凹槽321，凹槽321内设有O形密封322，实现金属极靴32和掘进机转接法兰1之间的静密封。
优选地，参照图2，所述永磁体31、金属极靴32、磁性橡胶极齿33及掘进机支撑环2构成闭合磁路，确保磁流体38分布在磁性橡胶极齿33周围，若磁性橡胶极齿33发生磨损，磁流体38将及时补充缝隙。
优选地，所述耦合式密封3可依据压力变送器37所采集的数据，检测磁流体38泄漏情况，主动向磁流体注入孔36补充注入磁流体38，直至压力达到预定数值。
优选地，所述磁性橡胶极齿33为双D形密封结构。
优选地，所述磁性橡胶极齿33以橡胶材料为主体，加入磁性固体粉末和少料配合剂而制成。
优选地，所述永磁体31为稀土永磁体。
优选地，所述的隔环34以橡胶材料为主体，内嵌金属骨架。
本发明还提供一种隧道掘进机主驱动橡胶-磁流体耦合密封装置的安装方法，具体操作步骤如下：
(1)清理掘进机主驱动密封安装腔，包括掘进机转接法兰1内壁和耐磨环21外壁，确保干净无杂质；
(2)安装右侧隔环34，沿掘进机转接法兰1内壁安装至预定位置；
(3)安装右侧金属极靴32及磁性橡胶极齿33，保证金属极靴32紧贴右侧隔环34，金属极靴32外侧O形密封322紧贴掘进机转接法兰1内壁，磁性橡胶极齿33内侧双D形密封紧贴耐磨环21外壁；
(4)安装永磁体31，保证紧贴右侧金属极靴32；
(5)安装左侧金属极靴32及磁性橡胶极齿33，保证金属极靴32紧贴永磁体31，金属极靴32外侧O形密封322紧贴掘进机转接法兰1内壁，磁性橡胶极齿33内侧双D形密封紧贴耐磨环21外壁；
(6)安装左侧隔环34，保证紧贴左侧金属极靴32；
(7)安装压环35至预定位置，与掘进机转接法兰1通过螺栓连接，压环35压紧左侧隔环34，固定耦合密封装置3；
(8)依据压力变送器37所采集的数据，向磁流体注入孔36注入磁流体38，直至达到预定压力。
优选地，所述步骤(2)-(6)中，每步均需用游标卡尺测量安装深度，达到预定深度后再进行下一步。
本发明的工作原理为：磁性橡胶极齿33与耐磨环21配合起到旋转密封作用，并且永磁体31、金属极靴32、磁性橡胶极齿33、掘进机支撑环2及耐磨环21共同构成闭合磁路，此时，磁流体38由于自身液态流动性及磁性作用，均匀分布在磁性橡胶极齿33内侧，形成橡胶-磁流体耦合密封形式，进一步提高旋转密封强度。当磁性橡胶极齿33发生磨损产生接触面间隙，闭合磁路将促使磁流体38及时补充间隙并达到新的平衡态；当通过压力变送器37数据检测到自身磁流体38泄漏，可主动向磁流体注入孔36补充注入磁流体38，具有良好的密封性能。
本发明提供的密封装置规避了因恶劣施工环境导致传统唇形密封磨损失效而造成泥沙进入齿轮箱或齿轮油外泄以及大量消耗密封油脂等问题，并且改良了普通磁流体密封对液体介质敏感而造成密封失效的不足，结合二者优势，使得密封装置具有密封成本低、磨损自补偿、泄漏自补偿、密封性能好、维修频率低等特点，满足掘进机施工需求，可以广泛推广应用于各类隧道掘进机。
上述内容阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。

Claims (6)

1.一种隧道掘进机主驱动橡胶-磁流体耦合密封装置，其特征在于，该隧道掘进机主驱动橡胶-磁流体耦合密封装置包括掘进机转接法兰(1)、掘进机支撑环(2)和耦合式密封(3)；
所述掘进机支撑环(2)外壁设有耐磨环(21)；
所述耦合式密封(3)包括永磁体(31)、金属极靴(32)、磁性橡胶极齿(33)、隔环(34)和压环(35)；永磁体(31)安装于金属极靴(32)中间，磁性橡胶极齿(33)固定于金属极靴(32)下方，并与掘进机支撑环(2)接触；磁性橡胶极齿(33)下方中间的对应掘进机支撑环(2)及耐磨环(21)位置处分别设有磁流体注入孔(36)和压力变送器(37)，磁流体(38)围绕于磁性橡胶极齿(33)周围，共同实现旋转密封；金属极靴(32)外侧设有凹槽(321)，凹槽(321)内设有O形密封(322)，实现金属极靴(32)和掘进机转接法兰(1)之间的静密封；永磁体(31)、金属极靴(32)、磁性橡胶极齿(33)、掘进机支撑环(2)及耐磨环(21)构成闭合磁路，确保磁流体(38)分布在磁性橡胶极齿(33)周围，若磁性橡胶极齿(33)发生磨损，磁流体(38)将及时补充缝隙；耦合式密封(3)可依据压力变送器(37)采集的数据，检测磁流体(38)泄漏情况，主动向磁流体注入孔(36)补充注入磁流体(38)。
2.根据权利要求1所述的隧道掘进机主驱动橡胶-磁流体耦合密封装置，其特征在于，所述磁性橡胶极齿(33)为双D形密封结构，以橡胶材料为主体，加入磁性固体粉末和少料配合剂而制成。
3.根据权利要求1或2所述的隧道掘进机主驱动橡胶-磁流体耦合密封装置，其特征在于，所述永磁体(31)为稀土永磁体。
4.根据权利要求1或2所述的隧道掘进机主驱动橡胶-磁流体耦合密封装置，其特征在于，所述的隔环(34)以橡胶材料为主体，内嵌金属骨架。
5.根据权利要求3所述的隧道掘进机主驱动橡胶-磁流体耦合密封装置，其特征在于，所述的隔环(34)以橡胶材料为主体，内嵌金属骨架。
6.一种隧道掘进机主驱动橡胶-磁流体耦合密封装置的安装方法，其特征在于，操作步骤如下：
(1)清理掘进机主驱动密封安装腔，确保干净无杂质；
(2)安装右侧隔环(34)，沿掘进机转接法兰(1)内壁安装至预定位置；
(3)安装右侧金属极靴(32)及磁性橡胶极齿(33)，保证金属极靴(32)紧贴右侧隔环(34)，金属极靴(32)外侧O形密封(322)紧贴掘进机转接法兰(1)内壁，磁性橡胶极齿(33)内侧双D形密封紧贴耐磨环(21)外壁；
(4)安装永磁体(31)，保证紧贴右侧金属极靴(32)；
(5)安装左侧金属极靴(32)及磁性橡胶极齿(33)，保证金属极靴(32)紧贴永磁体(31)，金属极靴(32)外侧O形密封(322)紧贴掘进机转接法兰(1)内壁，磁性橡胶极齿(33)内侧双D形密封紧贴耐磨环(21)外壁；
(6)安装左侧隔环(34)，保证紧贴左侧金属极靴(32)；
(7)安装压环(35)至预定位置，压紧左侧隔环(34)，固定耦合密封装置3；
(8)依据压力变送器(37)所采集的数据，向磁流体注入孔(36)注入磁流体(38)，直至达到预定压力。
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