CN217177414U - 一种基于磁性吸附原理的非接触式机械密封装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于磁性吸附原理的非接触式机械密封装置,包括动环和静环，轴同时位于所述动环和静环内，所述静环位于弹簧座内，所述静环和所述弹簧座之间安装有密封圈，所述静环的端面上固定有环形衔铁，所述弹簧座内固定有电磁铁和距离传感器，所述环形衔铁和所述电磁铁之间通过弹簧连接在一起，所述距离传感器正对所述静环的端面，所述距离传感器通过信号处理器、控制器和可调直流电源与所述电磁铁信号连接。该装置具有适应复杂工况、密封间隙可实时调控、使用寿命更长等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及机械密封领域，尤其涉及一种基于磁性吸附原理的非接触式机械密封装置。
背景技术
在石油天然气集输、化工（包括煤化工、盐化工、精细化工等）、电力、冶金、航空 航天等工业领域存在数量巨大的旋转式流体机械，如离心泵、离心式压缩机等。其旋转轴密封主要有填料密封、普通接触式机械密封等形式，取得了良好的密封效果，为工业装置的安全稳定运行提供了良好的保障。但随着工艺日趋复杂，节能环保要求进一步提高，传统密封装置存在磨损严重、温升高、使用寿命短等问题，其性能已无法满足高参数场合的密封要求，如何有效提高密封性能和使用寿命是急切需要解决的课题，非接触式机械密封具有磨损小、温升小、寿命长等显著优势，已成为机械密封发展的主要方向。对于非接触式机械密封而言，有效解决端面非接触和防泄漏这一矛盾是其能否得到广泛推广应用的关键问题。
中国专利 CN202971937U、CN201149093Y、CN205173477U、CN211692939U 公布了不同结构的利用磁性吸附原理的机械密封装置，其特点是通过安装于不同位置的带磁性装置相互吸引，实现动环和静环贴合，达到密封效果，结构简单可靠；以上专利它们都存在密封力有限、端面磨损严重、摩擦发热量大、寿命短的问题中国。中国专利CN204459174U公布了一种磁流体机械密封装置，通过磁铁控制不同磁极上分布于转动轴之间间隙内的磁流体，来达到密封效果，但磁流体分布不稳定，且在复杂工况下容易损耗，其装置本身所能承受的压力也较小，不易形成稳定密封面。中国专利CN106763791A公布了一种非接触式机械密封的密封间隙控制系统及控制方法，通过电磁铁及电路控制，实现对机械密封动、静环的开启力或闭合力提供磁力补偿，但仍存在磁性元件易被高温、腐蚀性介质影响，从而导致性能不稳定的情况。
综上所述，现有的非接触式机械密封主要通过密封端面动压槽、泵送槽的微加工，以期达到非接触和防泄漏的目的，这无疑是有效方法，但在密封运行过程中，常常伴随着工况不稳定、环境条件变化和轴系振动等影响因素，且在安装时的精度得不到保证的情况下，装置不能保证非接触状态下稳定运行，也无法控制端面的浮动补偿。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于磁性吸附原理的非接触式机械密封装置，可以实现对非接触式机械密封时动环和静环之间间距的自适应调整。
为实现上述实用新型目的，本实用新型采取的技术方案为：
采用电磁吸附原理，压缩安装于静环背面的弹簧，以达到密封分离的目的，同时通过传感器对密封端面间隙的实时监测和反馈，再通过调节电磁铁电流大小以实现密封端面间隙的实时调控；密封端面通过开设泵送槽以达到防止间隙泄漏的效果。
为达到此效果，本方案采用以下技术方案：一种基于磁性吸附原理的非接触式机械密封装置,包括动环和静环，轴同时位于所述动环和静环内，所述静环位于弹簧座内，所述静环和所述弹簧座之间安装有密封圈，所述静环的端面上固定有环形衔铁，所述弹簧座内固定有电磁铁和距离传感器，所述环形衔铁和所述电磁铁之间通过弹簧连接在一起，所述距离传感器正对所述静环的端面，所述距离传感器通过信号处理器、控制器和可调直流电源与所述电磁铁信号连接。
上述方案中，所述距离传感器位于所述电磁铁的上方。
上述方案中，所述电磁铁的数量为一个或两个以上。
上述方案中，所述距离传感器的数量为一个或两个以上。
上述方案中，所述控制器为PC或PLC或单片机。
上述方案中，所述动环的端面开设有泵送槽。
本实用新型的有益效果：（1）本实用新型在传统机械密封装置的基础上引入距离传感器、直流电磁铁和自动控制装置，设计出一种能适应复杂工况、动静环直接密封间隙可实时调控、使用寿命更长的高性能非接触式机械密封装置。（2）通过测量传感器自身与静环间的距离来间接测出动静环密封端面的间隙，能够有效避免一些工况变化、环境条件变化和轴系振动等影响因素所带来的测距不准的影响。（3）相对于已有的将电磁铁置于动环一侧的方案，电磁铁置于静环一侧，系统更为简洁，安装更方便，线路布置无需考虑内部结构影响。（4）密封环置于动环与弹簧座之间，防止液体进入弹簧安装位置，可有效防止腐蚀导致的弹簧损坏以及间距测量的误差增大。（5）在动环端面开设合理的泵送槽，达到防泄漏效果。
附图说明
图1为本实用新型的具体实施图。
图2为动、静环间隙控制系统原理图。
图中：1-动环 2-静环 3-弹簧座 4-密封圈 5-弹簧 6-环形衔铁 7-电磁铁8-距离传感器 9-信号处理器 10-控制器 11-可调直流电源 12-轴。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行更详细的说明。
如图1所示，一种基于磁性吸附原理的非接触式机械密封装置，包括动环1和静环2，轴12同时位于所述动环1和静环2内，所述动环（1）的端面开设有泵送槽。所述静环2位于弹簧座3内，所述静环2和所述弹簧座3之间安装有密封圈4，所述静环2的端面上固定有环形衔铁6，所述弹簧座3内固定有电磁铁7和距离传感器8，所述距离传感器8位于所述电磁铁7的上方。所述环形衔铁6和所述电磁铁7之间通过弹簧5连接在一起，所述距离传感器8正对所述静环2的端面，所述距离传感器8通过信号处理器9、控制器10和可调直流电源11与所述电磁铁7信号连接。所述电磁铁7的数量为一个或两个以上。所述距离传感器8的数量为一个或两个以上。所述控制器10为PC或PLC或单片机。
环形衔铁6为电磁性材料，且在电磁铁7通电时，与电磁铁7产生相互吸引力，以使机械密封端面在机器运行时在电磁力、弹簧弹力和端面流体作用力的共同作用下产生密封间隙。距离传感器8安装于电磁铁7壳体上部，进行距离传感器8与静环2端面之间间距的测量。距离传感器8测出自身与静环2端面的距离h，信号处理器9根据预设定的h0（未接通电源时传感器与静环2的距离），算出动、静环端面的间隙△h。控制器10接收信号处理器9运算得到的间隙大小△h，采取PID控制算法运算得出输出调节信号。该信号控制可调节直流电源11输出直流电流I。直流电源I可改变电磁铁7产生的电磁力大小，使静环2达到新的平衡位置，最终把密封端面间隙调节到预期大小。控制器10接收信号处理器9的经数据处理后所输出的信号，经过信号线与可调节直流电源11相连，以控制可调节直流电源11输出的电流大小。
图2为动、静环间隙控制系统原理图，其中各个字母的含义为：K:间隙控制算法；h0+:稳定运行状态下间隙宽度数字信号输入值；e:通过间隙控制算法输出的信号；I:电路向电磁铁输入的电流；B:电磁铁产生的磁场强度；H:静环的偏移距离；△h:通过测量静环环位移量，距离传感器输出的电信号；△h-：输入间隙控制算法的位移反馈电路数字信号。具体控制过程：电磁铁7在通电后产生磁性，在设备运转期间，距离传感器8定期测量动静环间的间隙宽度，将间距信号通过放大、矫正后转换成数字信号，并通过PLC控制器将数字信号转换成电流信号。再通过整流装置改变电磁铁7电路中电流的方向和大小，从而改变磁场的方向和大小，以此控制电磁铁7与静环2上的环形衔铁6之间的吸引力和排斥力，借吸引力或排斥力来补偿开启力或闭合力。本实用新型设定的正常的密封间隙宽度为2~6μm，即将h0+设为4μm，H反馈为±2mm，当密封间隙低于2μm（即H小于-2μm）时，控制线圈电流的方向，使电磁铁7与环形衔铁6 产生吸引力，阻止密封间隙进一步减小；当密封间隙大于6μm（即H大于2μm）时，控制线圈电流的方向，使电磁铁7与环形衔铁6产生排斥力，阻止密封间隙进一步增大；其中，电磁铁、环形衔铁之间的生吸力或排斥力的大小可以通过改变电磁铁线路中电流的大小来实现。
Claims (6)
1.一种基于磁性吸附原理的非接触式机械密封装置,包括动环(1)和静环(2)，轴(12)同时位于所述动环(1)和静环(2)内，其特征在于，所述静环(2)位于弹簧座(3)内，所述静环(2)和所述弹簧座(3)之间安装有密封圈(4)，所述静环(2)的端面上固定有环形衔铁(6)，所述弹簧座(3)内固定有电磁铁(7)和距离传感器(8)，所述环形衔铁(6)和所述电磁铁(7)之间通过弹簧(5)连接在一起，所述距离传感器(8)正对所述静环(2)的端面，所述距离传感器(8)通过信号处理器(9)、控制器(10)和可调直流电源(11)与所述电磁铁(7)信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁性吸附原理的非接触式机械密封装置,其特征在于，所述距离传感器(8)位于所述电磁铁(7)的上方。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁性吸附原理的非接触式机械密封装置,其特征在于，所述电磁铁(7)的数量为一个或两个以上。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁性吸附原理的非接触式机械密封装置,其特征在于，所述距离传感器(8)的数量为一个或两个以上。
5.根据权利要求1所述的一种基于磁性吸附原理的非接触式机械密封装置,其特征在于，所述控制器(10)为PC或PLC或单片机。
6. 根据权利要求1所述的一种基于磁性吸附原理的非接触式机械密封装置,其特征在于， 所述动环（1）的端面开设有泵送槽。
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