CN117803707A - 掘进机密封件磨损监测、补偿装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种掘进机密封件磨损监测、补偿装置及其方法，该装置包括：位于第一结构件与第二结构件之间容置空间，密封件可移动地设置于容置空间内，容置空间内且位于第一结构件与密封件之间形成有密封补偿腔，密封补偿腔至少具有一进口，当密封件上与第二结构件相接触的位置发生磨损时，通过进口向密封补偿腔内通入补偿流体，补偿流体向密封件施压并推动密封件向靠近第二结构件方向移动，以补偿由于密封件磨损而在密封件与第二结构件之间产生的磨损间隙，以使密封件与第二结构件恢复密封接触状态。本发明解决了掘进机主驱动密封系统无法对密封件的磨损进行精确监测以及对于磨损量进行补偿的技术问题。

Description

掘进机密封件磨损监测、补偿装置及其方法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种掘进机密封件磨损监测、补偿装置及其方法。

背景技术

隧道掘进机目前已广泛应用于地下空间建设及隧道施工领域。在施工过程中，掘进机的主驱动系统为刀盘直接提供转动的动力，实现刀盘对地层的切削。为避免主驱动与外界灰尘等杂质的接触，需要在主驱动上设置主驱动密封系统(此外，还有盾尾密封等)，主驱动密封系统对掘进机设备的正常运行起着至关重要的作用，直接决定了掘进机性能的好坏。

以主驱动内密封为例，目前采用的密封形式以唇形密封为主。但随着工作时间的增长，相对运动的密封件与密封跑道之间发生摩擦磨损，此时需要及时进行检测和更换，但由于隧道内密闭、恶劣的施工环境，以及盾构机尺寸较大等因素，导致对密封件磨损后的检测和更换步骤繁琐，难度较大且效率低下。如果密封件或密封跑道磨损严重、检测更换不及时，密封系统将失效，可能导致主驱动系统的损坏，严重影响盾构机的正常使用，造成巨大的经济损失。

目前，主驱动密封磨损状态的检测方法主要采用油液分析法，在停机状态下抽取对主驱动进行密封的润滑油液，通过对油液污染度的分析，间接获得磨损情况，但需要额外配备专业的油液分析设备。

公布号为CN207848473U的中国专利，其针对球阀密封件的磨损，提出进行密封件磨损量补偿的方案，其用金属挡圈来补偿压缩量，但金属存在塑性变形，所以无法实现精确补偿。

公布号为CN116045000A的中国专利，其在主驱动的轴向上设置一个密封补偿结构，通过设置的监测结构监测并获得密封状态，并通过密封补偿结构实现密封跑道与密封件之间的密封补偿，但需要在密封跑道上安装额外的结构，对密封系统原有结构改动较大。

公布号为CN107504188A的中国专利，其在密封件上设置金属丝和监测电路，通过接触面磨损后改变的监测信号，实现磨损检测，但该方案需要在一体化的密封件内预埋金属丝，难度较大，且对密封件原有性能产生影响。

公布号为CN113464655A的中国专利，其通过设置接触电阻片，通过检测接触电阻片电阻的变化，实现主驱动密封磨损量的在线检测，但在密封本体上进行传感器和微型监测结构安装、布线较为困难，同时安装监测结构会对密封结构本身造成破坏，对其压缩永久变形、老化等指标产生影响，进而影响密封件的使用寿命。

针对相关技术中，掘进机主驱动密封系统无法对密封件的磨损进行精确监测以及对于磨损量进行补偿的问题，目前尚未给出有效的解决方案。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种掘进机密封件磨损监测、补偿装置及其方法，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掘进机密封件磨损监测、补偿装置及其方法，能够对掘进机密封件进行磨损量的精确监测及对磨损量进行自动补偿，提高掘进机密封系统的密封效果，降低密封件更换频率，降低施工成本。

本发明的目的可采用下列方案来实现：

本发明提供了一种掘进机密封件磨损监测、补偿装置，其用于对位于掘进机的第一结构件与第二结构件之间的密封件的磨损量进行监测和补偿，以使所述密封件保持对所述第一结构件与所述第二结构件的密封状态，所述掘进机密封件磨损监测、补偿装置包括：

位于所述第一结构件与所述第二结构件之间容置空间，所述密封件可移动地设置于所述容置空间内，所述容置空间内且位于所述第一结构件与所述密封件之间形成有密封补偿腔，所述密封补偿腔至少具有一进口，当所述密封件上与所述第二结构件相接触的位置发生磨损时，通过所述进口向所述密封补偿腔内通入补偿流体，所述补偿流体向所述密封件施压并推动所述密封件向靠近所述第二结构件方向移动，以补偿由于所述密封件磨损而在所述密封件与所述第二结构件之间产生的磨损间隙，以使所述密封件与所述第二结构件恢复密封接触状态。

在本发明的一较佳实施方式中，所述进口与输入管路相连，所述输入管路上设置有测压元件和/或流量检测元件。

在本发明的一较佳实施方式中，所述密封补偿腔还具有一出口，所述出口与输出管路相连，所述出口用于所述密封补偿腔内的流体排出；

所述进口，或靠近所述进口处的所述输入管路上，或所述出口，或靠近所述出口处的输出管路上设置有测温元件。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一结构件为所述掘进机的驱动盘，所述第二结构件为所述掘进机的密封跑道。

在本发明的一较佳实施方式中，所述密封件的数量为多个，多个所述密封件沿所述驱动盘的轴向排布，且相邻两所述密封件之间通过隔环分隔。

在本发明的一较佳实施方式中，所述驱动盘的一端通过密封压环与所述掘进机的刀盘相连，所述驱动盘的另一端与所述掘进机的主驱动相连；

所述密封压环与其相邻的所述隔环之间以及相邻两所述隔环之间分别形成所述容置空间，多个所述密封件分别位于对应的所述容置空间内。

在本发明的一较佳实施方式中，所述密封件为唇形密封环，所述唇形密封环包括主体部和密封唇部，所述密封唇部的一端与所述主体部相连，所述密封唇部的另一端用于与所述密封跑道密封接触；

所述密封唇部与所述主体部连接的位置具有凹部，所述密封压环或所述隔环上具有限位凸部，当所述密封件未磨损时，所述限位凸部位于所述凹部内，且所述限位凸部的顶部外壁与所述凹部的顶部内壁之间具有位移间隙；当所述密封件向靠近所述密封跑道方向移动至预设阈值位置时，所述限位凸部的顶部外壁与所述凹部的顶部内壁相抵。

在本发明的一较佳实施方式中，所述唇形密封环为沿所述驱动盘的周向设置的一整个圆环，或者所述唇形密封环由多个唇形密封块组成，多个所述唇形密封块沿所述驱动盘的周向排布。

在本发明的一较佳实施方式中，沿所述驱动盘的轴向，所述密封件上与所述补偿流体相接触一侧的壁面为斜面。

在本发明的一较佳实施方式中，所述进口和所述出口均位于所述驱动盘上且连通于所述密封补偿腔，所述输入管路和所述输出管路分别连接与所述驱动盘上并随所述驱动盘同步转动。

在本发明的一较佳实施方式中，所述补偿流体为液体或气体。

本发明提供了一种掘进机密封件磨损监测、补偿方法，所述掘进机密封件磨损监测、补偿方法采用上述的掘进机密封件磨损监测、补偿装置，所述方法包括如下步骤：

将密封件可移动地装配于掘进机的第一结构件与第二结构件之间，所述密封件与所述第一结构件之间具有密封补偿腔，所述密封件与所述第二结构件密封接触；

所述第一结构件带动所述密封件与所述第二结构件发生相对运动；

若所述密封件上与所述第二结构件相接触的位置发生磨损，以使所述密封件与所述第二结构件之间产生磨损间隙；

则向所述密封补偿腔内通入补偿流体，以通过所述补偿流体向所述密封件施压并推动所述密封件向靠近所述第二结构件方向移动，直至所述密封件上与所述第二结构件恢复密封接触状态。

在本发明的一较佳实施方式中，所述若所述密封件上与所述第二结构件相接触的位置发生磨损，则所述密封件向靠近所述第二结构件方向移动，且所述密封补偿腔内压力减小；

根据所述密封补偿腔内压力的变化，监测所述密封件的磨损量。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一结构件为所述掘进机的驱动盘，所述第二结构件为所述掘进机的密封跑道；

所述密封件的磨损量满足如下条件：

其中，所述Δl为所述密封件的磨损长度；所述R为所述密封件上靠近所述驱动盘一侧的壁面与所述驱动盘的中心轴线之间的距离；所述q为单位时间内注入所述补偿流体的流量；所述d为所述密封件在沿所述驱动盘的径向上的宽度。

在本发明的一较佳实施方式中，监测所述密封补偿腔内压力的变化，若所述密封补偿腔内压力持续增大至大于预设压力阈值，则所述掘进机停止工作，更换所述密封件。

在本发明的一较佳实施方式中，监测所述补偿流体的温度，若所述补偿流体的温度达到预设温度阈值，则提升所述补偿流体的通入和排出的速度。

在本发明的一较佳实施方式中，监测所述补偿流体的温度，若所述补偿流体的温度大于预设温度阈值，则所述掘进机停止工作，并进行报警。

由上所述，本发明的掘进机密封件磨损监测、补偿装置及其方法的特点及优点是：

在位于掘进机的第一结构件与第二结构件的容置空间内可移动地设置有密封件，并在容置空间内且位于第一结构件与密封件之间形成有密封补偿腔，在掘进机在进行掘进作业过程中，当密封件上与第二结构件相接触的位置发生磨损时，可通过与密封补偿腔连通的进口向密封补偿腔内通入补偿流体，使得补偿流体能够向密封件施压并推动密封件向靠近第二结构件方向移动，密封件向靠近第二结构件方向的移动距离能够补偿由于密封件磨损而在密封件与第二结构件之间产生的磨损间隙，进而使得密封件与第二结构件恢复密封接触状态，通过对密封件的磨损进行补偿，可以解决密封件磨损后无法进行有效密封的问题，同时可以弥补密封件由于加工误差而导致的密封件无法与第二结构件相适配的问题，提高密封效果；

另外，通过对密封补偿腔内的压力，以及补偿流体的温度、流量等参数进行监测，可实时获知密封件的磨损量(即：密封件与第二结构件之间磨损间隙的大小)，以便能够进行及时处理，避免故障的发生。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

其中：

图1：为本发明掘进机密封件磨损监测、补偿装置中密封件处于未磨损状态的结构示意图。

图2：为本发明掘进机密封件磨损监测、补偿装置中磨损间隙的位置示意图。

图3：为本发明掘进机密封件磨损监测、补偿装置中密封件对磨损间隙补偿后的结构示意图。

图4：为图3中密封件的局部放大图之一。

图5：为本发明掘进机密封件磨损监测、补偿装置的监测原理图。

图6：为现有技术中密封件发生侧翻情况的结构示意图。

图7：为图3中密封件的局部放大图之二。

图8：为本发明掘进机密封件磨损监测、补偿装置中密封件的磨损量示意图。

本发明中的附图标号为：

1、驱动盘； 2、密封跑道；

3、密封压环； 4、密封件；

401、主体部； 402、密封唇部；

5、密封补偿腔； 501、进口；

502、出口； 6、隔环；

7、位移间隙； 8、磨损间隙；

9、螺栓； 10、限位凸部；

11、输入管路； 12、测温元件；

13、测压元件； 14、流量检测元件。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

本发明中所述的“上”、“下”、“左”、“右”等具有指示方向性的词语，均以图1中所示的“上”、“下”、“左”、“右”等方向为准，其意在更加清楚地对本发明的结构进行描述，并不在方向上对本发明的结构进行限制。

实施方式一

如图1至图5所示，本发明提供了一种掘进机密封件磨损监测、补偿装置，该掘进机密封件磨损监测、补偿装置用于对位于掘进机的第一结构件与第二结构件之间的密封件4的磨损量进行监测和补偿，以使密封件4保持对第一结构件与第二结构件的密封状态，掘进机密封件磨损监测、补偿装置包括：位于第一结构件与第二结构件之间容置空间，密封件4可移动地设置于容置空间内，容置空间内且位于第一结构件与密封件4之间形成有密封补偿腔5，密封补偿腔5至少具有与其内部连通的一进口501，当密封件4上与第二结构件相接触的位置发生磨损时，通过进口501向密封补偿腔5内通入补偿流体，补偿流体向密封件4施压并推动密封件4向靠近第二结构件方向移动，以补偿由于密封件4磨损而在密封件4与第二结构件之间产生的磨损间隙8，以使密封件4与第二结构件恢复密封接触状态。

本发明中，在位于掘进机的第一结构件与第二结构件的容置空间内可移动地设置有密封件4，并在容置空间内且位于第一结构件与密封件之间形成有密封补偿腔5，在掘进机在进行掘进作业过程中，当密封件4上与第二结构件相接触的位置发生磨损时，可通过与密封补偿腔5连通的进口501向密封补偿腔5内通入补偿流体，使得补偿流体能够向密封件4施压并推动密封件4向靠近第二结构件方向移动，密封件4向靠近第二结构件方向的移动距离能够补偿由于密封件4磨损而在密封件4与第二结构件之间产生的磨损间隙8，进而使得密封件4与第二结构件恢复密封接触状态，通过对密封件4的磨损进行补偿，可以解决密封件4磨损后无法进行有效密封的问题，同时可以弥补密封件4由于加工误差而导致的密封件4无法与第二结构件相适配的问题，提高密封效果；另外，通过对密封补偿腔5内的压力，以及补偿流体的温度、流量等参数进行监测，可实时获知密封件4的磨损量(即：密封件4与第二结构件之间磨损间隙8的大小)，以便能够进行及时处理，避免故障的发生。

在本发明中，补偿流体可为液体或气体。其中，液体可为但不限于液压油，气体可为但不限于高压空气，采用高压空气作为补偿流体时对密封要求更高，但相比于液压油，高压空气的获取更加简单、成本更低，且一旦发生泄漏，高压空气不会对环境造成污染，更加环保。当然，采用液体还是气体作为补偿流体，可根据实际工况进行选择。

在本发明的一个可选实施中，如图1至图4所示，本发明的掘进机密封件磨损监测、补偿装置适用于掘进机的主驱动内密封。即第一结构件为掘进机的驱动盘1，第二结构件为掘进机的密封跑道2。驱动盘1环设于密封跑道2的外周，沿驱动盘1的轴向，驱动盘1的一端通过密封压环3与掘进机的刀盘相连，驱动盘1的另一端与掘进机的主驱动相连，而密封跑道2通过螺栓与掘进机的驱动箱相连，在掘进机掘进过程中，掘进机的主驱动带动驱动盘1以及刀盘转动，完成对地层的切削作业，密封跑道2不发生转动。当然，本发明的掘进机密封件磨损监测、补偿装置还可适用掘进机的主驱动外密封、盾尾密封或铰接密封等其他密封位置。

进一步的，当第一结构件为掘进机的驱动盘1，第二结构件为掘进机的密封跑道2时，如图1至图4所示，密封件4的数量为多个，多个密封件4沿驱动盘1的轴向排布，且相邻两密封件4之间通过隔环6分隔，密封压环3与其相邻的隔环6之间以及相邻两隔环6之间分别形成容置空间，多个密封件4分别可移动地设置于对应的容置空间内。

进一步的，如图1至图3所示，驱动盘1的端部与密封压环3之间通过螺栓9连接。

在本发明的一个可选实施例中，如图1至图5所示，进口501与输入管路11相连，输入管路11上设置有测压元件13，通过测压元件13可对密封补偿腔5内的压力进行监测，通过密封补偿腔5内的压力变化，实现对密封件4的磨损量的监测。其中，测压元件13可为但不限于压力传感器。当然，测压元件13可根据实际情况进行调整，如将测压元件13直接安装于驱动盘1上，测压元件13的采集端通过进口501伸入至密封补偿腔5内。

在本发明的一个可选实施例中，如图1至图5所示，输入管路11上设置有流量检测元件14，通过流量检测元件14可对单位时间内通入密封补偿腔5内的补偿流体的量进行监测，以调节补偿流体的流速，进而可在密封补偿腔5内温度过高的情况下，通过提升补偿流体的流速达到降温的效果，避免温度过高导致密封件4失效的情况。其中，流量检测元件14可为但不限于流量传感器。

进一步的，密封补偿腔5还具有一出口502，出口502与输出管路相连，出口502用于密封补偿腔5内的流体排出；进口501，或靠近进口501处的输入管路11上，或出口502，或靠近出口502处的输出管路上设置有测温元件12。通过测温元件12可实时监测补偿流体的温度，若补偿流体的温度达到预设温度阈值，则提升补偿流体的通入和排出的速度，实现降温的效果。由于补偿流体(如液压油)具有温度传递的特性，由此，将测温元件12设置于靠近进口501处的输入管路11上或靠近出口502处的输出管路上，也可实现温度的监测。其中，测温元件12可为但不限于温度传感器。

在本发明的一个可选实施例中，如图1至图5所示，密封件4可为唇形密封环，唇形密封环包括主体部401和密封唇部402，密封唇部402的一端与主体部401相连，密封唇部402的另一端用于与密封跑道2密封接触；密封唇部402与主体部401连接的位置具有凹部，密封压环3或隔环6上具有限位凸部10，当密封件4未磨损时，限位凸部10位于凹部内，且限位凸部10的顶部外壁与凹部的顶部内壁之间具有位移间隙7，以便可使密封件4在容置空间内移动；当密封件4向靠近密封跑道2方向移动至预设阈值位置时，限位凸部10的顶部外壁与凹部的顶部内壁相抵，从而通过限位凸部10与凹部相配合，对密封件4对向靠近密封跑道2方向移动的最大位置进行限位。随着密封件4的磨损，在补偿流体的压力作用下，密封件4随着磨损量的增大而向靠近密封跑道2方向移动，以使密封唇部402始终与密封跑道2保持密封接触状态，当密封件4移动至限位凸部10的顶部外壁与凹部的顶部内壁相抵的位置时，密封件4的磨损量达到最大限度，在限位的作用下，密封件无法继续移动，此时补偿流体的持续通入会导致密封补偿腔5内的压力会持续增大。可根据实际情况设置对应的预设压力阈值，若密封补偿腔5内压力持续增大至大于预设压力阈值，则证明密封件4的磨损量达到最大限度，需要对掘进机停止工作，更换新的密封件4。

进一步的，密封唇部402与主体部401为一体成型。

在本发明中，唇形密封环可为沿驱动盘1的周向设置的一整个圆环，或者唇形密封环也可由多个唇形密封块组成，多个唇形密封块沿驱动盘1的周向排布。

如图6所示，补偿流体施加于密封件4的壁面上的压力垂直于壁面，由于限位凸部10的设置，可能导致密封件4一侧有限位凸部10支撑，而另一侧无支撑结构，进而由于受力不均会在密封件4的局部发生侧翻，导致密封失效的情况发生。在本发明的一个可选实施例中，可解决密封件4侧翻问题，如图7所示，沿驱动盘1的轴向，设置密封件4上与补偿流体相接触一侧的壁面为斜面，从而使得补偿流体施加于密封件4的壁面上的压力为一斜向力，该斜向力可分解为竖向向下(即朝向密封跑道2方向)的分力和朝向左侧或右侧(即朝向密封压环3或隔环6方向)的分力，竖向向下的分力可确保密封件4保持与密封跑道2的密封，而朝向左侧或右侧的分力可使密封件4的侧壁与密封压环3或隔环6相抵，从而达到避免密封件4侧翻的目的。

在本发明的一个可选实施例中，进口501和出口502分别为开设于驱动盘1上的通孔，且进口501和出口502分别与密封补偿腔5连通，输入管路11和输出管路分别连接与驱动盘1上并随驱动盘1同步转动，使得补偿流体的通入和排出不会受驱动盘1转动的影响。

实施方式二

如图1至图4所示，本发明提供了一种掘进机密封件磨损监测、补偿方法，该掘进机密封件磨损监测、补偿方法采用上述的掘进机密封件磨损监测、补偿装置，该掘进机密封件磨损监测、补偿方法包括如下步骤：

步骤S1：将密封件4可移动地装配于掘进机的第一结构件与第二结构件之间，密封件4与第一结构件之间具有密封补偿腔5，密封件4与第二结构件密封接触；

步骤S2：第一结构件带动密封件4运动，且与第二结构件发生相对运动；

步骤S3：若密封件4上与第二结构件相接触的位置发生磨损，以使密封件4与第二结构件之间产生磨损间隙8；则向密封补偿腔5内通入补偿流体，以通过补偿流体向密封件4施压并推动密封件4向靠近第二结构件方向移动，直至密封件4与第二结构件恢复密封接触状态。

在本发明中，如图1、图8所示，当密封件4在容置空间内处于初始位置时，密封件4为发生磨损，当掘进机工作一段时间后，如图2所示，密封件4发生不同程度的磨损，在密封件4与密封跑道2之间存在磨损间隙8，密封系统可能会失效。若密封件4上与第二结构件相接触的位置发生磨损，则通过向密封补偿腔5内通入补偿流体，在补偿流体对密封件4的压力作用下，密封件4向靠近第二结构件方向移动，直至密封件4的移动位置补偿至磨损间隙8，直至密封件4与第二结构件恢复密封接触状态。在密封补偿过程中，密封补偿腔5的体积逐渐增大，而密封补偿腔5内压力会减小，因此，根据密封补偿腔5内压力的变化，可对密封件4的磨损量进行检测。

进一步的，如图8所示，当第一结构件为掘进机的驱动盘1，第二结构件为掘进机的密封跑道2时，对密封件4的磨损量进行检测时，设初始条件下，密封补偿腔5内的压力为P₁。密封件磨损Δl后，通过在单位时间内注入流量为q的补偿流体，使密封补偿腔5内的压力内的压力再次达到P₁，通过流量检测元件14测得单位时间内注入补偿流体的流量q，则通入的补偿流体满足：

π(R²-(R-Δl)²)d＝q；

则，密封件4的磨损量满足如下条件：

其中，Δl为密封件4的磨损长度；R为密封件4上靠近驱动盘1一侧的壁面与驱动盘1的中心轴线之间的距离；q为单位时间内注入补偿流体的流量；d为密封件4在沿驱动盘1的径向上的宽度。

在本发明的一个可选实施例中，在上述步骤S3中，通过测压元件13监测密封补偿腔5内压力的变化，若密封补偿腔5内压力持续增大至大于预设压力阈值，则掘进机停止工作，更换密封件4。具体的，随着密封件4的磨损，在补偿流体的压力作用下，密封件4随着磨损量的增大而向靠近密封跑道2方向移动，以使密封唇部402始终与密封跑道2保持密封接触状态，当密封件4移动至限位凸部10的顶部外壁与凹部的顶部内壁相抵的位置时，密封件4的磨损量达到最大限度，在限位的作用下，密封件无法继续移动，此时补偿流体的持续通入会导致密封补偿腔5内的压力会持续增大。可根据实际情况设置对应的预设压力阈值，若密封补偿腔5内压力持续增大至大于预设压力阈值，则证明密封件4的磨损量达到最大限度，需要对掘进机停止工作，更换新的密封件4。其中，预设压力阈值可根据实际情况进行设定，在本发明中不对其进行限定。

在本发明的一个可选实施例中，在上述步骤S3中，通过测温元件12监测补偿流体的温度，若补偿流体的温度达到预设温度阈值，则提升补偿流体的通入和排出的速度，达到降温的目的；若补偿流体的温度大于预设温度阈值，则掘进机停止工作，并进行报警，直到温度降低至预设温度阈值以下，掘进机可恢复工作。其中，预设温度阈值可根据实际情况进行设定，在本发明中不对其进行限定。

本发明的掘进机密封件磨损监测、补偿装置及方法的特点及优点为：

一、该掘进机密封件磨损监测、补偿装置及方法，可实现密封件4磨损量的实时监测，并且与现有其他磨损量监测方法相比，本发明无需设置过多的线缆，更加易于实现、成本低，对原有设备的改动更小。

二、该掘进机密封件磨损监测、补偿装置及方法，由于掘进机的密封跑道2加工精度等问题，致使密封跑道2的表面并非完全平滑，通过向密封补偿腔5内通入具有压力的补偿流体能够为密封件4额外施加一个向密封跑道2方向的推力，保证密封件4能够与密封跑道2的表面充分贴合，即使在密封跑道2表面的形状或平滑度发生变化后，在压力的作用下密封件4的位置也能进行动态调整，且能够持续对密封件4的磨损量进行补偿，实现自调整，保证良好的密封性。

三、该掘进机密封件磨损监测、补偿装置及方法与传统掘进机主驱动的密封结构相比，能够保证密封件4与密封跑道2的密封状态，能够避免由于密封件4或密封跑道2由于磨损而泄漏，具有更好的密封效果。

四、该掘进机密封件磨损监测、补偿装置及方法，结构和实现方法更加简单，易安装和实现，且无需改变密封件4的结构，不会对密封件4原有的密封性造成破坏。

五、该掘进机密封件磨损监测、补偿装置及方法，能够提高密封效果，提高掘进机主驱动的工作寿命，进而提高掘进机的寿命，通过降低密封件4的更换频率，有助于提高施工效率，降低施工成本。

六、该掘进机密封件磨损监测、补偿装置及方法，可以获取压力、流量等参数对密封件4的磨损量做出判断和预估，无需拆除设备或其他检测仪器。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (17)

1.一种掘进机密封件磨损监测、补偿装置，其用于对位于掘进机的第一结构件与第二结构件之间的密封件(4)的磨损量进行监测和补偿，以使所述密封件(4)保持对所述第一结构件与所述第二结构件的密封状态，其特征在于，所述掘进机密封件磨损监测、补偿装置包括：

位于所述第一结构件与所述第二结构件之间容置空间，所述密封件(4)可移动地设置于所述容置空间内，所述容置空间内且位于所述第一结构件与所述密封件(4)之间形成有密封补偿腔(5)，所述密封补偿腔(5)至少具有一进口(501)，当所述密封件(4)上与所述第二结构件相接触的位置发生磨损时，通过所述进口(501)向所述密封补偿腔(5)内通入补偿流体，所述补偿流体向所述密封件(4)施压并推动所述密封件(4)向靠近所述第二结构件方向移动，以补偿由于所述密封件(4)磨损而在所述密封件(4)与所述第二结构件之间产生的磨损间隙(8)，以使所述密封件(4)与所述第二结构件恢复密封接触状态。

2.如权利要求1所述的掘进机密封件磨损监测、补偿装置，其特征在于，所述进口(501)与输入管路(11)相连，所述输入管路(11)上设置有测压元件(13)和/或流量检测元件(14)。

3.如权利要求2所述的掘进机密封件磨损监测、补偿装置，其特征在于，所述密封补偿腔(5)还具有一出口(502)，所述出口(502)与输出管路相连，所述出口(502)用于所述密封补偿腔(5)内的流体排出；

所述进口(501)，或靠近所述进口(501)处的所述输入管路(11)上，或所述出口(502)，或靠近所述出口(502)处的输出管路上设置有测温元件(12)。

4.如权利要求3所述的掘进机密封件磨损监测、补偿装置，其特征在于，所述第一结构件为所述掘进机的驱动盘(1)，所述第二结构件为所述掘进机的密封跑道(2)。

5.如权利要求4所述的掘进机密封件磨损监测、补偿装置，其特征在于，所述密封件(4)的数量为多个，多个所述密封件(4)沿所述驱动盘(1)的轴向排布，且相邻两所述密封件(4)之间通过隔环(6)分隔。

6.如权利要求5所述的掘进机密封件磨损监测、补偿装置，其特征在于，所述驱动盘(1)的一端通过密封压环(3)与所述掘进机的刀盘相连，所述驱动盘(1)的另一端与所述掘进机的主驱动相连；

所述密封压环(3)与其相邻的所述隔环(6)之间以及相邻两所述隔环(6)之间分别形成所述容置空间，多个所述密封件(4)分别位于对应的所述容置空间内。

7.如权利要求6所述的掘进机密封件磨损监测、补偿装置，其特征在于，所述密封件(4)为唇形密封环，所述唇形密封环包括主体部(401)和密封唇部(402)，所述密封唇部(402)的一端与所述主体部(401)相连，所述密封唇部(402)的另一端用于与所述密封跑道(2)密封接触；

所述密封唇部(402)与所述主体部(401)连接的位置具有凹部，所述密封压环(3)或所述隔环(6)上具有限位凸部(10)，当所述密封件(4)未磨损时，所述限位凸部(10)位于所述凹部内，且所述限位凸部(10)的顶部外壁与所述凹部的顶部内壁之间具有位移间隙(7)；当所述密封件(4)向靠近所述密封跑道(2)方向移动至预设阈值位置时，所述限位凸部(10)的顶部外壁与所述凹部的顶部内壁相抵。

8.如权利要求7所述的掘进机密封件磨损监测、补偿装置，其特征在于，所述唇形密封环为沿所述驱动盘(1)的周向设置的一整个圆环，或者所述唇形密封环由多个唇形密封块组成，多个所述唇形密封块沿所述驱动盘(1)的周向排布。

9.如权利要求4所述的掘进机密封件磨损监测、补偿装置，其特征在于，沿所述驱动盘(1)的轴向，所述密封件(4)上与所述补偿流体相接触一侧的壁面为斜面。

10.如权利要求4所述的掘进机密封件磨损监测、补偿装置，其特征在于，所述进口(501)和所述出口(502)均位于所述驱动盘(1)上且连通于所述密封补偿腔(5)，所述输入管路(11)和所述输出管路分别连接与所述驱动盘(1)上并随所述驱动盘(1)同步转动。

11.如权利要求1至10中任一项所述的掘进机密封件磨损监测、补偿装置，其特征在于，所述补偿流体为液体或气体。

12.一种掘进机密封件磨损监测、补偿方法，其特征在于，所述掘进机密封件磨损监测、补偿方法采用上述权利要求1至11中任一项所述的掘进机密封件磨损监测、补偿装置，所述方法包括如下步骤：

将密封件(4)可移动地装配于掘进机的第一结构件与第二结构件之间，所述密封件(4)与所述第一结构件之间具有密封补偿腔(5)，所述密封件(4)与所述第二结构件密封接触；

所述第一结构件带动所述密封件(4)与所述第二结构件发生相对运动；

若所述密封件(4)上与所述第二结构件相接触的位置发生磨损，以使所述密封件(4)与所述第二结构件之间产生磨损间隙(8)；

则向所述密封补偿腔(5)内通入补偿流体，以通过所述补偿流体向所述密封件(4)施压并推动所述密封件(4)向靠近所述第二结构件方向移动，直至所述密封件(4)与所述第二结构件恢复密封接触状态。

13.如权利要求12所述的掘进机密封件磨损监测、补偿方法，其特征在于，所述若所述密封件(4)上与所述第二结构件相接触的位置发生磨损，则所述密封件(4)向靠近所述第二结构件方向移动，且所述密封补偿腔(5)内压力减小；

根据所述密封补偿腔(5)内压力的变化，监测所述密封件(4)的磨损量。

14.如权利要求13所述的掘进机密封件磨损监测、补偿方法，其特征在于，所述第一结构件为所述掘进机的驱动盘(1)，所述第二结构件为所述掘进机的密封跑道(2)；

所述密封件(4)的磨损量满足如下条件：

其中，所述Δl为所述密封件(4)的磨损长度；所述R为所述密封件(4)上靠近所述驱动盘(1)一侧的壁面与所述驱动盘1的中心轴线之间的距离；所述q为单位时间内注入所述补偿流体的流量；所述d为所述密封件(4)在沿所述驱动盘(1)的径向上的宽度。

15.如权利要求13所述的掘进机密封件磨损监测、补偿方法，其特征在于，监测所述密封补偿腔(5)内压力的变化，若所述密封补偿腔(5)内压力持续增大至大于预设压力阈值，则所述掘进机停止工作，更换所述密封件(4)。

16.如权利要求12所述的掘进机密封件磨损监测、补偿方法，其特征在于，监测所述补偿流体的温度，若所述补偿流体的温度达到预设温度阈值，则提升所述补偿流体的通入和排出的速度。

17.如权利要求16所述的掘进机密封件磨损监测、补偿方法，其特征在于，监测所述补偿流体的温度，若所述补偿流体的温度大于预设温度阈值，则所述掘进机停止工作，并进行报警。