CN113864457B - 一种主驱动密封系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种主驱动密封系统。主驱动密封系统包括：转轴，其内设有第一流体通道和第二流体通道；轴向移动环，其外周面上设有安装环槽，轴向移动环内设有第三流体通道，第二、三流体通道连通；浮环跑道，沿转轴径向浮动装配在安装环槽内，浮环跑道和轴向移动环围成有密封环腔，密封环腔与第二流体通道连通；应力应变传感器，设置在浮环跑道的外周面上且处于相应密封条的后侧；第一流体注入装置，用于驱动轴向移动环向前运动；复位弹性件，用于向轴向移动环施加向后的弹性作用力；第二流体注入装置，用于驱动浮环跑道沿转轴径向浮动；轴向位移传感器，用于监测轴向浮动环向前的位移量；径向位移传感器，用于监测浮环跑道在转轴径向上的位移量。

Description

一种主驱动密封系统

技术领域

本发明涉及一种主驱动密封系统。

背景技术

现有技术中，盾构机的主驱动密封系统主要通过设置在密封腔室的压力传感器和温度传感器进行监测。由于密封腔室中油脂的不均匀分布，使得监测值和真实值存在较大的误差，而且上述两个指标只能间接反映密封条的状态，影响密封条状态的判断。

而密封条的唇口径向力、磨损量和回弹性能够直接反应密封条的状态，以预测密封条的寿命，提前预警密封条的失效。但密封条在装机后，由于主驱动的结构特点和洞内空间条件限制，使得密封条的拆卸较为困难，不易将密封条拆下检测，且密封条拆下检测也会影响施工效率。

目前，在不拆机的情况下检测密封条，主要面临两个问题：一是密封条唇口与跑道轴的接触位置始终处于摩擦状态，如果将传感器布置在接触位置处，很容易损坏传感器；二是密封条在工作过程中，始终处于压缩状态，无法对磨损量进行测量。因此，在不拆机的情况下，直接准确的监测密封条的状态是一个急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种主驱动密封系统，以解决现有技术中无法在不拆机的情况下，直接准确的监测密封条状态的技术问题。

为实现上述目的，本发明主驱动密封系统的技术方案是：

主驱动密封系统，包括：

转轴，其内设有第一流体通道和第三流体通道，以转轴的轴向为前后方向；

轴向移动环，套设在转轴上且可沿前后方向移动，轴向移动环与转轴止转装配在一起，轴向移动环的外周面上设有安装环槽，轴向移动环内设有第二流体通道，第三流体通道与第二流体通道连通；

浮环跑道，沿转轴径向浮动装配在安装环槽内，浮环跑道与轴向移动环止转装配在一起，浮环跑道和轴向移动环围成有密封环腔，密封环腔与第二流体通道连通；

外壳组件，套设在浮环跑道外部，外壳组件包括密封条，密封条抵接在浮环跑道上；

应力应变传感器，设置在浮环跑道的外周面上，且处于相应密封条的后侧；

第一流体注入装置，用于向第一流体通道内注入流体，以驱动轴向移动环向前运动；

复位弹性件，用于向轴向移动环施加向后的弹性作用力；

第二流体注入装置，通过第三流体通道、第二流体通道向密封环腔注入流体，以驱动浮环跑道沿转轴径向浮动；

轴向位移传感器，设置在转轴或轴向移动环上，以监测轴向浮动环向前的位移量；

径向位移传感器，设置在轴向移动环或浮环跑道上，以监测浮环跑道在转轴径向上的位移量。

有益效果是：本发明中主驱动密封系统的浮环跑道具有双自由度，可实现在轴向和径向移动，在浮环跑道的外周面上布置应力应变传感器，并使该应力应变传感器处于密封条的后侧；在浮环跑道向前移动后，密封条抵接在浮环跑道上的应力应变传感器上，以测量密封条的径向力；之后，调节浮环跑道径向移动，通过应力应变传感器和浮环跑道的位移量可测定密封条的磨损量，进而可以测定密封条的回弹性。而且，实现了不进仓、不拆机的情况下判断密封条的性能，以提前预警密封条的失效，保证盾构机的安全掘进。

作为进一步的改进，所述应力应变传感器沿转轴的周向间隔布置有至少两个。

有益效果是：这样，在停机后，只需转动小角度，即可使其中一个应力应变传感器处于浮环跑道的顶部位置，提高工作效率。而且，在其中一个或几个应力应变传感器损坏后，还可以使用剩余的应力应变传感器进行测量。

作为进一步的改进，所述转轴和轴向移动环之间设有驱动环腔，驱动环腔内设有环形囊，第一流体通道与环形囊连通。

有益效果是：这样设计，可以减少转轴和轴向移动环之间的密封条数量。

作为进一步的改进，所述第一流体注入装置为充气装置。

有益效果是：由于第一流体注入装置用于驱动轴向移动环向前移动，即沿水平方向移动，因此，驱动轴向移动环需要的驱动力较小，采用充气装置能够满足需求。

作为进一步的改进，所述第二流体注入装置为注油装置。

有益效果是：注油装置相比于充气装置的驱动力较大，这样设计，能够克服浮环跑道的重力，使得浮环跑道处于平衡位置。

作为进一步的改进，所述第二流体通道的尺寸小于第三流体通道的尺寸。

有益效果是：这样设计，保证第二流体通道始终与第三流体通道完全连通。

作为进一步的改进，所述复位弹性件为设置在转轴和轴向移动环之间的拉簧。

作为进一步的改进，所述轴向移动环包括第一半环和第二半环，两个半环沿转轴的轴向布置。

有益效果是：这样设计，有利于安装浮环跑道。

作为进一步的改进，所述密封条沿转轴的轴向间隔布置有多个，各密封条的后侧均设有所述的应力应变传感器。

有益效果是：这样设计，能够提高主驱动密封的密封性能，且主驱动密封系统的各个密封条均能够被测量。

作为进一步的改进，所述转轴为阶梯轴。

附图说明

图1为本发明主驱动密封系统的实施例1的结构示意图；

图2为图1中第一止转键布置的结构示意图；

图3为图2的A-A向示意图；

图4为图1中另一剖切位置处径向位移传感器布置的结构示意图；

图5为图1中另一剖切位置处轴向位移传感器布置的结构示意图；

图6为图1中另一剖切位置处第二止转键布置的结构示意图；

图中：1、密封环腔；2、转轴；3、拉簧；4、环形气囊；5、油脂环；6、密封压环；7、端盖；8、隔环；9、密封条；10、中心回转接头；11、显示装置；12、充气装置；13、注油装置；14、轴向位移传感器；15、第二止转键；16、第一止转键；17、密封圈；18、浮环跑道；19、后半环；20、应力应变传感器；21、前半环；22、径向位移传感器；23、传感器线；24、第二流体通道；25、第一流体通道；26、第三流体通道。

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，以下结合附图及实施例，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，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。此外，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”是基于附图所示的方位和位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示所指的装置或部件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明主驱动密封系统的实施例1：

如图1所示，主驱动密封系统包括转轴2、轴向移动环、浮环跑道18以及外壳组件，以转轴2的轴向为前后方向。

本实施例中，轴向移动环套设在转轴2上且可沿前后方向移动，轴向移动环包括前半环21和后半环19，前半环21和后半环19沿前后方向布置，两个半环通过螺栓固定在一起。其中，前半环21构成第一半环，后半环19构成第二半环。

本实施例中，轴向移动环与转轴2止转装配在一起。具体的，如图6所示，在转轴2和前半环21上均设有键槽，两个键槽内放置有第二止转键15，转轴2和前半环21通过第二止转键15止转装配在一起，进而使得转轴2与轴向移动环止转装配在一起。

本实施例中，转轴2为阶梯轴，前半环21具有阶梯孔。转轴2上设有第一流体通道25，充气装置12通过中心回转接头10向第一流体通道25内注入气体，其中，充气装置12构成第一流体注入装置；转轴2和前半环21之间设有驱动环腔，驱动环腔内设有环形气囊4，第一流体通道25与环形气囊4连通，在环形气囊4内充有气体后，驱动轴向移动环向前运动。其中，环形气囊4为橡胶材质，环形气囊4构成环形囊。

本实施例中，如图5所示，转轴2上设有轴向位移传感器14，轴向位移传感器14用于监测轴向浮动环向前的位移量，保证轴向移动环沿转轴2轴向移动到位。

本实施例中，转轴2和前半环21之间围有圆柱形腔，圆柱形腔沿转轴2的周向间隔设置有多处，各圆柱形腔内设有拉簧3，拉簧3用于向前半环21施加向后的弹性作用力，以使前半环21复位，进而使轴向移动环复位。其中，拉簧3构成复位弹性件。

本实施例中，轴向移动环的外周面上设有安装环槽，浮环跑道18沿转轴2径向浮动装配在安装环槽内。由于轴向移动环由前半环21和后半环19通过螺栓固定在一起形成，因此，便于浮环跑道18的安装。

本实施例中，浮环跑道18的前端与前半环21之间、浮环跑道18的后端和后半环19之间设有均设有密封圈17，以使得浮环跑道18与轴向移动环围成密封环腔1。

本实施例中，浮环跑道18和轴向移动环止转装配在一起。具体的，如图2和图3所示，浮环跑道18和后半环19的相对端设有止转槽，两个止转槽内设有第一止转键16，浮环跑道18和后半环19通过第一止转键16止转装配在一起，进而使得浮环跑道18和轴向移动环止转装配在一起；此外，第一止转键16可在止转槽内沿转轴2径向自由移动，以适应浮环跑道18在转轴2径向上的浮动。其中，第一止转键16的横截面为腰圆形，第一止转键16沿转轴2的周向间隔布置有多个。

本实施例中，后半环19上设有第二流体通道24，转轴2上设有第三流体通道26，第二流体通道24与密封环腔1连通；注油装置13经中心回转接头10、第二流体通道24以及第三流体通道26向密封环腔1内注入油液。其中，注油装置13构成第二流体注入装置。

本实施例中，第二流体通道24的尺寸小于第三流体通道26的尺寸，且在轴向移动环向前移动过程中，第二流体通道24始终与第三流体通道26连通。

本实施例中，中心回转接头10为现有成熟产品，其处于转轴2的中心腔体内，能够将油路、气路的转动部分和固定部分相连接，其工作原理在此不再具体说明。

如图4所示，后半环19上设有径向位移传感器22，径向位移传感器22用于监测浮环跑道18在转轴2径向上的位移量。

本实施例中，外壳组件为现有结构，外壳组件套设在浮环跑道18的外部，外壳组件包括油脂环5、密封压环6、隔环8以及密封条9，密封条9为唇形密封条，密封条9间隔布置在油脂环5的内侧，隔环8处于相邻两个密封条9之间。其中，在密封压环6的中间位置固定有端盖7。

如图1所示，在浮环跑道18的外周面上设有应力应变传感器20，应力应变传感器20处于相应密封条9的后侧，且应力应变传感器20距离密封条9的唇口为设定距离，该设定距离小于轴向移动环向前的最大移动距离。本实施例中，显示装置11通过中心回转接头10上的电刷与传感器线23连接，传感器线23与应力应变传感器20连接。其中，电刷为现有成熟产品，其集成安装在中心回转接头10上。

本实施例中，应力应变传感器20沿转轴2的周向间隔布置有多个，这样，在停机后，只需转动小角度，即可使其中一个应力应变传感器20处于浮环跑道18的顶部位置。而且，在其中一个或几个应力应变传感器损坏后，还可以使用剩余的应力应变传感器20进行测量。在其他实施例中，应力应变传感器的数量可以根据需要设置，如设置一个或两个等。

本发明的具体实施步骤如下：

当测量密封条9的径向力时，开启充气装置12，通过第一流体通道25向环形气囊4中充气，环形气囊4膨胀，以克服拉簧3的拉力，进而推动安装有浮环跑道18的轴向移动环向前移动；根据轴向位移传感器14反馈的数值，精确控制充气量，使应力应变传感器20精确移动到密封条9的唇口位置，此时可以读出应力应变传感器20的数值，即为密封条9在一定压缩量下的径向力。

继续测量密封条9唇口的磨损量，开启注油装置13，通过第二流体通道24向密封环腔1内注油，通过油液的压力与浮环跑道18的重力、浮力相互作用，使浮环跑道18上下移动，根据径向位移传感器22的示数，精确控制注油量，以精确控制浮环跑道18在竖直方向上的位移量。具体的，结合应力应变传感器20的示数变化，向下调节浮环跑道18的位移量，当浮环跑道18顶部的应力应变传感器20的示数逐渐变小至零时，记录浮环跑道18的移动量；或者向上调节浮环跑道18的位移量，当浮环跑道18底部的应力应变传感器20的示数逐渐变小至零时，记录浮环跑道18的位移量。将此位移量与密封条唇口的初始压缩量相比较，其差值即为密封条唇口使用一段时间后的磨损量。

然后，根据浮环跑道18的位移量和应力应变传感器20的示数变化，可以得到密封条9不同压缩量和径向力的关系，与初始状态下的关系进行比较，可以判断密封条唇口在使用一段时间后的回弹性。综合径向力、磨损量以及回弹性这些指标可以判断密封条9的状态。

当测量工作完成，主驱动密封系统准备正常工作时，将环形气囊4放气，浮环跑道18在拉簧3的作用下向后移动复位，通过轴向位移传感器14的示数可判断浮环跑道18是否回复到初始位置；将密封环腔1放油，使浮环跑道18重力的和浮力达到平衡，通过径向位移传感器22的示数判断是否移动到平衡位置。如果轴向和径向均移动到位，浮环跑道18、轴向移动环以及转轴2同步旋转，主驱动密封系统正常开始工作。

本发明中主驱动密封系统的浮环跑道具有双自由度，可实现浮环跑道在轴向和径向移动，在浮环跑道的外周面上布置应力应变传感器，并使该应力应变传感器处于密封条的后侧；在浮环跑道向前移动后，密封条抵接在浮环跑道上的应力应变传感器上，以测量密封条的径向力；之后，调节浮环跑道径向移动，通过应力应变传感器和浮环跑道的位移量可测定密封条的磨损量，进而可以测定密封条的回弹性。而且，实现了不进仓、不拆机的情况下判断密封条的性能，以提前预警密封条的失效，保证盾构机的安全掘进。

本发明主驱动密封系统的实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，转轴2上设有第一流体通道25，充气装置12经中心回转接头10、第一流体通道25向环形气囊4内注入气体，使得驱动环腔内的环形气囊4膨胀，以驱动轴向移动环向前移动。本实施例中，不设置环形气囊，第一流体通道与驱动环腔连通，充气装置经中心回转接头、第一流体通道向驱动环腔内注入气体，以驱动轴向移动环向前移动。

本发明主驱动密封系统的实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，第一流体注入装置为充气装置。本实施例中，第一流体注入装置为注油装置。

本发明主驱动密封系统的实施例4：

本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，第二流体注入装置为注油装置。本实施例中，第二流体注入装置为充气装置。

本发明主驱动密封系统的实施例5：

本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，第二流体通道24的尺寸小于第三流体通道26的尺寸，且在轴向移动环向前移动过程中，第二流体通道24始终与第三流体通道26连通。本实施例中，第二流体通道的尺寸大于第三流体通道的尺寸，且在轴向移动环向前移动过程中，第二流体通道始终与第三流体通道连通。在其他实施例中，第二流体通道的尺寸可以等于第三流体通道的尺寸。

本发明主驱动密封系统的实施例6：

本实施例与实施例1的区别在于，实施例1中，前半环21和转轴2之间设有拉簧3，拉簧3用于向前半环21施加向后的弹性作用力，以使轴向移动环向后复位。本实施例中，不设置拉簧，后半环和转轴之间设有压簧，压簧用于向前半环施加向后的弹性作用力，以使轴向移动环向后复位。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.主驱动密封系统，其特征在于，包括：

转轴（2），其内设有第一流体通道（25）和第三流体通道（26），以转轴（2）的轴向为前后方向；

轴向移动环，套设在转轴（2）上且可沿前后方向移动，轴向移动环与转轴（2）止转装配在一起，轴向移动环的外周面上设有安装环槽，轴向移动环内设有第二流体通道（24），第三流体通道（26）与第二流体通道（24）连通；

浮环跑道（18），沿转轴（2）径向浮动装配在安装环槽内，浮环跑道（18）与轴向移动环止转装配在一起，浮环跑道（18）和轴向移动环围成有密封环腔（1），密封环腔（1）与第二流体通道（24）连通；

外壳组件，套设在浮环跑道（18）外部，外壳组件包括密封条（9），密封条（9）抵接在浮环跑道（18）上；

应力应变传感器（20），设置在浮环跑道（18）的外周面上，且处于相应密封条（9）的后侧；

第一流体注入装置，用于向第一流体通道（25）内注入流体，以驱动轴向移动环向前运动；

复位弹性件，用于向轴向移动环施加向后的弹性作用力；

第二流体注入装置，通过第三流体通道（26）、第二流体通道（24）向密封环腔（1）注入流体，以驱动浮环跑道（18）沿转轴（2）径向浮动；

轴向位移传感器（14），设置在转轴（2）或轴向移动环上，以监测轴向浮动环向前的位移量；

径向位移传感器（22），设置在轴向移动环或浮环跑道（18）上，以监测浮环跑道（18）在转轴（2）径向上的位移量。

2.根据权利要求1所述的主驱动密封系统，其特征在于，所述应力应变传感器（20）沿转轴（2）的周向间隔布置有至少两个。

3.根据权利要求1或2所述的主驱动密封系统，其特征在于，所述转轴（2）和轴向移动环之间设有驱动环腔，驱动环腔内设有环形囊，第一流体通道（25）与环形囊连通。

4.根据权利要求1或2所述的主驱动密封系统，其特征在于，所述第一流体注入装置为充气装置（12）。

5.根据权利要求1或2所述的主驱动密封系统，其特征在于，所述第二流体注入装置为注油装置（13）。

6.根据权利要求1或2所述的主驱动密封系统，其特征在于，所述第二流体通道（24）的尺寸小于第三流体通道（26）的尺寸。

7.根据权利要求1或2所述的主驱动密封系统，其特征在于，所述复位弹性件为设置在转轴（2）和轴向移动环之间的拉簧（3）。

8.根据权利要求1或2所述的主驱动密封系统，其特征在于，所述轴向移动环包括第一半环和第二半环，两个半环沿转轴（2）的轴向布置。

9.根据权利要求1或2所述的主驱动密封系统，其特征在于，所述密封条（9）沿转轴（2）的轴向间隔布置有多个，各密封条（9）的后侧均设有所述的应力应变传感器（20）。

10.根据权利要求1或2所述的主驱动密封系统，其特征在于，所述转轴（2）为阶梯轴。