CN86106617A - 机械密封装置的自适应控制系统 - Google Patents

Abstract

自适应控制系统，通过对密封工作条件的变化动态地作出反应，调节机械密封装置的运行，从而保证最小的液体渗漏和磨损。通过检出与密封有关变量的板限周期振荡，该所公开的《自学习》方法自动地适应液体介质温度和压力以及转轴转速的任何变化。该变量由以微型计算机为基础的系统监控，该系统识别这些急剧的振荡或尖峰脉冲。控制算法选择执行机构的特定位移，以校正密封面对最佳值的偏离，这样在使渗漏为最小的同时，达到密封寿命为最长的效果。

Description

本发明包括一个控制系统，用于调节密封装置中二个密封件的相对位置，以达到最佳密封性能。本发明的控制系统在运行时检验密封装置的一个预定参数，通过该参数的检验，当一个设定的征兆（表示两个密封面基准位置）被检出时，两个密封件相对位置便得到调整，从而达到最佳密封性能。

机械密封装置一般由两个隔开的密封面组成，其中每一面都有一个光滑径向表面与另一个密封组件相应的径向表面相对立。这二个密封组件间距极微小，其间距数量级为50到200微英寸，这是为了最大限度地减少液体在高压下由固定外壳中的空腔，经相对面的两个表面，到外壳中旋转的转轴附近低压空间的渗漏。有一个密封组件通常固定在外壳上，或相对于外壳固定，而另一个密封面则邻近定位，并通过弹簧、波纹管或其它适当的元器件使其向固定的密封面靠拢。整套装置自转轴不动时的静止状态起动，然后加速到在装置再次断电前必须运行几百个小时的工作状态，此过程中该装置的各种运行条件或参数变化明显。在这样运行中，诸如液体温度、压力，转轴的角速度，液膜厚度（或两密封面之间的间隙），以及液体的粘度和其他特性参数中能有变化。固定面不能平行于转轴作轴向移动，而可动面（偏向于固定面的那个面）轻微地移动，以适应装置运行期间的液动力和机械力。虽然用肉眼看两个密封面显得非常平整，但将其放大几千倍时，显而易见每个表面都相当粗糙或凹凸不平。为防止密封组件间的机械接触，间隙（表面间的）中的液膜厚度应大于表面不平度的凹凸高度，但不要过分，否则将发生过量的渗漏。任何一个密封装置的液膜厚度既取决于原密封设计（结构，制造密封件的材料等）。因此，为一组特定的工作条件而设计的密封装置，在工作条件改变后，如密封不同的液体、改变轴速度、或改变一些其他的条件，也许会造成机械接触，进而引起密封装置渗漏过量，甚至失效。

很多机械密封装置的液膜厚度（或间隙距离）由相对立的密封面的表面精确几何尺寸确定。作为一个例子，如果两个密封面完全平整且彼此平行，两面的间隙在整个径向密封面范围内处处间距均匀，然而液膜却不能保留并将消失，于是这二个面不机械接触，结果表面磨损，可能导致密封失效。为了保持一定的液膜厚度，已发现邻接面之间的间隙必须径向收敛;自离开转轴中心（密封装置高压侧）较远的位置至更接近转轴轴线的低压侧;间隙必须径向向内收敛。另一种结构可能是转轴处有高压，而外径处有低压。在这种情况下，邻近两个面必须径向扩散，即自离开转轴中心较远的位置（密封装置低压侧）至更接近转轴轴线的高压侧，间隙必须径向向内扩散。此外收敛度越高液膜越厚。由于通常实际上所制造的机械密封面起先总是平整和平行的，产生这种表面收缩是由密封面和密封装置的其他组件在运行期间发生机械变形和热变形的结果所造成的（至少对那些商业下获得成功的密封组件来说情况便是如此）。应当注意，所需要的液膜厚度很小，与其相应的必要的变形亦很小，其数量级为20至100微英寸。再说，常规的密封装置一旦设计完毕，按规格书制成并投入运行，在工作条件下的变形（因而总的液膜厚度也）不能任意控制或改变。更确切地说，变形以及由此造成的最后液膜厚度，不仅由原设计和制造确定，而且由往后的工作条件确定。对于用来控制相邻密封面之间收敛性手已知的最好模式的完整说明已在另一专利申请中提出，该专利申请题为《可控机机械》，1985年10月21日提出申请美国专利申请号为789889;后在1986年3月17日重新提出申请，申请号为840369，并转让给本专利申请的受让人。

在那个尚待批准的专利申请中，密封面的收敛控制是在检出机械密封装置运行的某参数之后进行。这个参数可以是温度、压力、密封面的接近度，或其他有用的信息。已作过各种尝试去选择和利用不同的参数，但尚未获得在动态工作条件下调节两个相邻密封面位置的最佳系统，更谈不上控制两个邻近密封面之间的收敛了。

因而本发明的首要考虑是为调节机械密封装置中封面的位置设置一个控制系统，系统在密封工作条件下对实时变化动态地作出反应并进行调节，从而不仅将密封面的磨损，而且将经过密封面的渗漏减少到最低限度。

更特殊的考虑便建立内含“自学习”方法的自适应控制系统，自动地适应液体介质温度或压力以及轴的转速的任何变化。

按照本发明所建立的控制系统特别适用一无所获包含第一和第二密封面的这种类型的机械密封装置，这两个密封面具有相对展开的表面。有一个密封组件可向着和背离另一个密封组件运动，为密封面的表面之间的液膜形成一个间隙。因而在这里以及在所附权利要求中所用的术语“液膜厚度”等价于相对的密封面之间所确定的间隙。设置执行机构是为了调节一密封面向着和背离另一密封面的位移，以相应地调节液膜厚度。传感器与其中一个密封面相连接，用于提供作为该密封装置的某参数的函数而变化的第一信号。

本发明的自适应控制系统在传感器和执行机构之间作功能衔接，用于调整执行机构，使其输出成为所接收的第一信号的函数。根据本发明的自适应控制系统是切产可行的，随着检测出出现在机械密封装置中的设定征兆而确定发生该征兆时可动密封面的基准位置，并据此使可动密封面背离固定密封面移动，从而达到最佳密封性能。

极限周期振荡（limit    cycle    oscillation）发生在一密封面实际上与另一密封面相接触时。在本发明的最佳实施例中这个极限周期振荡作为设定征兆，检出该征兆表示已发生不希望有的那种接触并确定可动密封面的基准位置。于是控制系统使可动密封面背离固定密封面分步后退，直至逼近最佳液膜厚度，随后控制系统又以常规方式调节。除了极限周期振荡，还可以发现其他征兆，可以通过检验诸如整套装置的温度，压力和其他某一参数来确定这些征兆。这些征兆起到本发明的最佳实施例所利用的极限周期振荡所起的作用。

在若干张附图中，同样的数字标志同样的组件，而在这些图中：

图1是表示由本发明的自适应控制系统调节的机械密封装置的简化的剖面图和框图;

图2和图6是理解机械密封装置工作条件有用的图解说明;

图3为慢最佳实施例有用的控制算法状态图;

图4A-4E合在一起构成说明供实施本发明用的控制算法流程图;

图5是对理解与本发明相一致的设定征兆检出有用的方框图。

图1表示液设备的一部分，它包括为在外壳22内绕轴线A转动，将液体从一处排到另一处而安装的可转动轴21。移动液体的实际叶轮或叶片未表示出，因为在这技术领域，这些叶轮的结构和功能是众所周知和容易理解的。压力下的液体被约束在储液室23内，并由机械密封装置25防其渗漏到低压区24，至少防其明显渗漏到低压区。这个密封装置包括第一密封面组件26和第二密封面组件27。设置固定件28是为将第二密封面27固定在外壳22上固定在外壳22上，但为了便于说明起见，《机械密封装置》这一术语指的是第一密封面组件26和第二密封面组件27这部分设备。当这一术语用于所附权利要求中时，象固定件28那样的其他组件均不被考虑为机械密封装置的组成部分。第一密封件30，它可能是一个圆环，被安置在固定件28和密封面27之间;类似的常规密封件31被设置在密封面26靠近转轴21的凹槽中。当这里及所附权利要求引用《机械密封装置》这一术语时，常规密封件30和31不是机械密封装置的组成部分。偏压个把32，图示为结构单一的弹簧，位于转轴21上阻挡件33和密封面26的一端之间，其作用是将密封面26压向另一面27。密封面26、27各自的径向表面34和35之间的距离确定间隙36。液膜从高压腔23到低压室24所经过的正是该意涵，而某种液膜必须存在，在径向密封面的表面之间直到润滑作用并防止密封组件发生实质性接触。因此《液膜厚度》与《间隙宽度》或《间隙》等同。

密封面组件26被示为可随着轴21转动且沿轴线方向可移动，而面组件27被示为不能转动且轴线方向固定。然而应当清楚地懂得：当两组件中的一个是不能转动时，另一组件必然是可转动的;当两组件中的一个是固定的时，另一组件必然是不固定的（可移动的）。还有，应当懂得，执行机构43可与二个组件中任何一个相连，或者是一个组件的完整组成部分，而不是一个单独的组件。所述实施例中，组件26既可转动又可移动，而组件27不可转动且固定。执行机构43被考虑为与组件27相连的一个单独组件。不过，这里和所附权利要求所使用的专业术语中，密封面27被称为可动或可移动密封面。

按照本发明自适应控制系统40是为调节密封面26，27的相对位置而设置的。自适应控制系统40包括控制器41和电压源42。设置执行机构43并将其固定在轴套22和组件27的部分表面之间，其目的在于使组件27产生相对于密封面26的位移，从而校正这两面彼此之间的平行度，并相应地影响间隙376的间距。在最佳实施例中执行机构由如同钛酸钡之类的压电材料构成。这种材料以众所周知的方式起到一个变换器的作用。也就是说，当这样一个执行机构上加一电压，它的实际尺寸中有一个（如长度）改变了，于是使象密封面组件27那样的组件产生相应的位移。同样通过调节由电压源42经线路44到执行机构的电压的幅值，如同前述尚待批准的专利申请中所解释的那样，面组件27的位置和/或平行度可得到校正，同样，间隙36的宽窄也得到调节。因此面组件27被认为是可移动的，其移动量是受执行机构43控制的位移的函数。为了向自适应控制系统40提供输入信息，在密封组件27中靠近其径向表面35处设置一个传感器45。在最佳实施例中这个传感器是热电偶，提供靠近该元件的表面的温度读数。该温度信息被变换成电信号，经线路46传送到自适应控制系统40的一个输入端上。因为热电偶45非常接近密封组件27的表面，所以接到线路46上的这个温度信息被称为密封组件表面温度。在线路46上的这个信号本身可作为第一信号，它与密封装置的一个给定参数成函数关系面变化（在这种情况下这给定参数便是密封装置的温度）。另一热电偶47置于储液室23中，经过线路48提供关于室23中液体温度的第二信号。本发明最佳实施例中，在控制器41输入端的信号调节器50既接收储液室温度信号（TC）又接收密封面温度（TF），并将这两个信号予以代数相加，结果产生作为第一信号的差分温度信号（DT），从中可检测出设定的征兆。此外，运用上述方案对最佳系统工作点的偏差提供定量测定。例如：差分温度信号低值表示经间隙渗漏过量，而其高值则意为液膜厚度太小，乃至密封面磨损过大。由于这个原因，为了向控制器的41提供定向性信息的信号，情愿采用养分温度信号而不单独采用密封面温度，关于这一点结合图5将作更详细的说明。

在检出在机械密封装置某处发生设定征兆后，本发明即见效，它经线路44产生一个输出信号，后者通过执行机构使面组件27背离另一面组件26移动，直至该检出征兆不再存在为止。备受关注的征兆便是极限周期振荡，这是当某条件存在时密封装置中一个或几个组件的特殊振动或快速周期移动。联想到如常规振荡器之类已知的电子器件，极限周期振荡就可理解了。在振荡器的电源给定、电感和电容之类的元件也不变动的限制条件下，接通电源，振荡器就产生振幅和频率由上述条件确定的交变输出信号。同样，当两个面组件26、27径向表面有实际接触之类的不希望有的工作状态出现时，机械密封装置的各种参数也会发生类似的振荡，其表现为温度波动，邻近间隙的压力波动、密封组件的实际位置波动等等。当液膜厚度足够大以使密封装置处于密封面之间没有任何接触的正常工作状态时，就不存在极限周期振荡。所以极限周期振荡作为受关注的征兆，是通过检验整个机械密封装置在运行时的特殊参数一在这种情况下，该参数为密封面与储液室的液体之间的温度的差分-而检出的。专业人员将了解，为指示设定征兆的发生，还可检验一些其他参数。

另一个传感器51设置在邻近转轴21的位置，每当转轴由静止位置运动并开始旋转时，传感器51便能产生电信号，经线路52传到控制器41。这种转轴的转数传感器是众所周知和理解的。同样显而易见的是：虽然线路46、48和52被示为一根导线，但通常传送这些电信号都用一对导线。实际上，在外壳和系统的其他器件被用作第二条回线或接地回线的场合，也可用一根导线。为解释简便起见，一律用单线表示。

控制器41还包括与中央处理机（CPU）53内部相接的存储器54。专业人员将认识到，带53和54单元的计算机或处理机的这种基本配置。该CPU的基本输入信号从信号调节器50，经线路56所接收的第一信号，该信号告诉CPU极限周期振荡已经发生还是正在发生。此外，信号调节器单元50将在线路46和48上收到的温度信号直接传送给CPU。另一个在线路52上的信号告诉CPU，转轴21在转动还是处于静止状态。从CPU53、进而从控制器41的输出信号，经线路57传送到电压源42。该电源还接收经线路58的输入信号。该电压源将线路44上的输出电压振幅调节为线路57上的信号的函数，并将这输出电压经线路44传到执行机构43。这些电路配置为众所周知及容易理解，因而将不作进一步说明。

邻近间隙的组件27的温度被选为受关注的参数，其原因在于这是一个在当时最直接可测的变量，且测量所花的代价为最低。储液室23中液体温度也同样易于测量。其他的参数和热流量、密封摩擦力、密封面的偏斜度和通过间隙的渗漏量，却难以测量。用变换器直接测量转矩是可能的，但在操作环境下是十分不实际的。事实上可检测其他参数，以确定该受检征兆，即极限周期振荡，因为这种振荡遍及系统各处，可用所有这些其他变量来表示，因而认识到这一点是重要的。当极限周期振荡发生时，它表示间隙已减小到20微英寸以下，并表示两个密封面可能已经接触，因此由热电偶45检测的那点温度升高了。

详细研究本发明的控制策略前，斟酌图2所示内容，可了解本发明总的观点。该图中，横座标表示相邻径向密封面34、35之间的间隙36的大小或液膜厚度。纵座标为摩擦系数，即密封面之间所产生的摩擦力的标尺。曲线60实际上由三条直线段组成，它表示摩擦系数和密封面间隙之间的关系。该图面基本上由垂直线61和62分成三个区域。直线61右边的区域表示密封面间的间隙太大时有过量渗漏发生;在横座标上这发生在D3的右面。当密封面之间的间隙减小时，便达到直线61和62之间的区域，该区域表示所期望的密封工作区;在横座标上这区域在D1点和D2点之间。如果间隙变得太窄，进入直线62左面的区域，则便产生非常高的摩擦系数、密封组件高磨损率以及不稳定状态。随着间隙加大，在过量渗漏区域则达到另一极端，而所期望的工作区域在两个极端之间，即在间隙比例尺上D1和D3之间。

本发明特别涉及为达到被标为63的最佳工作点的调节。在密封面之间的间隙大时起动该装置，以使其工作在过量渗漏区，便到达到最佳工作点。间隙随后以如图中沿曲线60小“X”所表示的增量形式逐步减小，实际上经过这个理想点63，过第一间断点64，到达曲线60上的点65。当间隙减小到与横座标上D1相应的间距以下，而液膜厚度则为与点65相对应的值，极限周期振荡便发生并由本系统所检测。按照本发明的说明，间隙然后增加一个由D1和D2间所表示的量，其结果系统工作在点63处。要强调的是：实际上为达到理想工作点还要走得更远，即超过点64，然后沿曲线60返回到合适的工作点。因为极限周期振荡给出鉴别不稳定工作和磨损率上升区域的分割点64的很好的标志，所以合适的工作点可以拭到的。

存储器阵列54（图1）被用于存储与曲线60用小“X”号表示的液膜厚度值有关的温度信息。这也可通过存储经线路44传至执行机构43的电压控制信号来实现，此信号是在起动后液膜厚度逐步减小时产生的。这样每当系统通电时，实际上就绘制出曲线60，并把这些数值存储起来。本发明的自适应控制系统对密封面的磨损、正被用泵运的液体的变化压力和温度的变化等等诸如此此类的变量提供相应的补偿。每次起动都经历一次新的自学习过程，系统按以“X”号标志的小增量步进形式移动，其目的在于查明极限周期振荡发生在何处，这样就识别对应于分割点64的基准位置。一旦检出极限周期振荡，液膜厚度起初增加一个大于其最后一次减小量的增量，以保证系统工作在稳定区域。此后液膜厚度可重新减少一个小量以保证液膜厚度没有过大，液体没有过量渗漏。

按照本发明另一个重要的方面，系统是这样被调节的，即启动时使系统在过量渗漏区域工作一段预定的时间。这允许系统全速运行并达到所希望的工作温度，然后控制算法开始使可动密封面移动，进而首次达到点64相应的位置，接着使系统逆转以产生由点63所表示的间隙。这可防止起动期间在其他情况下有可能发生的损坏或磨损过大。

图3所画的为控制算法总的状态图。每当图表符号指示电压已增加，这总是相当于增加间隙的间距，从而增加液膜的厚度。五个圆，其内的数字为0至4，标记在给定时间系统特殊的操作状态或模式。

作为一个例子，当系统启动时即进入由0所表示的起动模式。系统停止并再起动时，即如以前所说明的那样，当从起动传感器51到自适应控制系统的信号出现时，可从其他任一模式进入起动模式。在这些条件下，为提供足够宽的间隙以使起动期间系统的磨损最小，设定大电压值。起动时间过去后，起动模式操作结束，于是系统转向以搜索模式标明的模式1。

在这个模式中加在执行机构43上的电压，如图2中由“X”号沿着曲线60到下一个“X”号的移动所表示的那样，分步减小。极限周期振荡未被检出时，以搜索模式所进行的操作将继续。

液膜厚度减小到分割点64所表示的值以下，并且极限周期振荡被检出时，系统置身模式2，即使系统操作最佳化的模式。该模式中加在执行机构43上的电压分步增加，相应地增加间隙的宽度，直到振荡未被检出为此。此时已经找到合适的工作点，系统进入模式3即具有以下四种功能的监控操作模式：（1）转轴的转数，（2）密封面温度大的变化，（3）密封面温度是否超过危险极限值，以及（4）极限周期振荡的出现。

在系统已经稳定后，系统又转向模式1且的搜索以限定工作点63在所希望的工作区域中离分割点64的右边不太远。也就是说，系统略微减小执行机械的电压，然后确定是否已发生极限周期振荡;如果没有发生，则系统已拭到新的最佳工作点63。

模式4系误差校正模式，当来自热电偶的密封面温度读数超过预设定最大值时，系统可从前述的任一模式进入模式4。这表示极限周期振荡已经发生;设定大电压控制信号以打开间隙，并且系统返回转向以前被描述为模式0的起动模式。有了对系统的总的看法，就更容易理解与详细的流程图有关的下一步操作了。

为使专业人员经过最低限度的试验研究就能实施本发明，在图4A至4E提出调节从起动一直到误差校正的系统操作的整套算法。每个独立的模式或系统状态在单独的图页中描述，图中所用的字符意义如下：

字符    意义

VOSC    设定最佳工作点的恒定电压，它加在首次发生振荡时的输出电压上。这保证了工作条件稍有变化将不会引起振荡。

VMIN    执行机构电压控制信号最小值

VMAX    执行机构电压控制信号最大值

VINC    为消除振荡所需的执行机构电压的步增量（VINC》VDEC）

VDEC    为振荡搜索所需的执行机构电压的步减量

VSTRT    起动模式和搜索模式操作期间的执行机构初始电压（VSTRT〈＝VMAX）

TFMAX    所允许的密封面温度的最大值

DESTA    偏离最佳工作点所对应的拟定的密封面温度的最大允许偏差（TFMAP-TF〈DELTA）

TFMAP    对应于最佳工作点的拟定的密封面温度

T    计算机采用时间间隔

TO    起动模式的执行时间

T2    为达到稳定工作，最佳化模式2的最短执行时间

T3    进入搜索模式以前监控模式3的最长操作时间

T4    进入搜索模式前误差校正模式的最短执行时间

T5    有二个模式4执行发生，则直到转轴停止和再起动以前不存在进一步实际控制的这段时间。

DTOSC    用于确认极限周期振荡的温度最小值

FLOW    振荡检出的最低频率

FHIGH    振荡检出的最高频率

TF    密封面温度

TC    储液室温度

字符    意义

DT    密封面和储液室间的温度养分-振荡检测器的输入

Y    振荡检测器的输出

VO    传送约执行机构的输出电压

VOPT    最佳工作点

有了这一组对字符意义的说明，算法便不解自明了。

图4B中，正好在算法的搜索模式段中央下面，有一个标明《存储作为VO函数的TF》的操作框。这意味着通过赋值以标定曲线60上那些小“X”号，图2中的曲线60正在被绘制和存储。每个值作为线路44上电压控制信号VO的函数，由同一时刻线路46提供的密封面35的温度所表示。这样曲线60便便制成，并被储存起来以备在系统操作中进一步使用。

图5概括地表示了用于实现在图1中表示为单个方框的贪吃调节器功能50的电路。线路46上的密封面温度信号和线路48上储液室温度信号，如同图1所示，在图5中具有相同的编号。TF和TC这两个信号被加到加法器70，加法器70将这些信号进行代数相加，并将相加结果信号71，DT，经线路72传至带通滤波器73。带通滤波器的特定，概括表示在其上方;该滤波器使FLOW和FHIGH之间频带通过，并达到预设定幅值。由曲线74所描述的滤波器73的输出，经线路75传至检波器76。在这个检波器中进行常规检波，共结果将类似于标志为78的信号加到线路77上。门限值或DTOSC已被描述为，用于确认极限周期振荡存在的这个受检信号的最小值。信号TT被传给比较器80，比较器的输出经线路56加在CPU53上（图1）。该信号由81表示，在时间t1阶跃升高。也就是说，当来自检波器76的信号超过门限值DTOSC时，比较器80有输出，向CPU证实极限周期振荡已经发生。专业人员将了解，容易实现用于整理系统信号，以检验表明出现设定征兆的任何合适的变量的其他电路。此外，除了用硬件还可用软件来实现图5所描述的功能。

图6描述实际试验结果，它是能过将密封面温度TF和执行机构上的电压VO记录为时间的函数而得到的。正如以前所提到的那样，这信息用于确定图2所描述的曲线60。图6所示的试验结果是在约45分钟的工作时间范围内得到的。如图6所示，一开始因为处于起动状态，所以执行机构上所加的电压是高的，于是便有厚的液膜和大的渗漏，其结果产生低的密封面温度。系统处于起动模式。

在t1时刻系统进入搜索模式1。执行机构上的电压逐步减小，一直到t2时刻为止。正是在t2时刻，极限周期振荡被自适应控制系统所检出，此后密封面温度急剧上升表明了这一点，于是系统进入最佳化模式。t2和t3时刻之间，在模式2中电压控制信号以步增形式逐渐增大，直至信号调节器50的输出为低值，表示不再存在极限周期振荡为止。工作点已经找到，系统进入监控模式3。密封面温度快速下降，然后由于从t1时刻起液体的温度逐渐被增加，密封面温度又以慢得多的速率逐渐上升。系统极处于监控模式3，直到t4时刻为止。

在t4时刻系统判定，已发生温度显著增加现象，工况可能不在最佳工作点。于是系统返回到搜索模式1，以确定液膜厚度是否过于厚了。电压VO在t4和t5时刻之间再次减小，直到由密封面温度在t5时刻相应增加所证明、极限周期振荡被检出为止，然后系统反应加到最佳化模式2。在t4和t6时刻之间，电压信号加大，直到信号调节器的输出又变为低值，表示不存在极限周期振荡时为止。t6和t7时刻之间系统保持在稳定工作状态，即处于监控模式3。

在t7时刻密封面温度减小，但在此刻邻近密封装置的液体中插入了一个压力增量。其结果引起极限周期振荡和密封面温度迅速增加。为增加液膜液膜厚度，如图所示系统再次增大施加于执行机构的电压，以适应所增加的压力。这是在最佳化模式2中实现的，而在t8时刻以后系统在液膜厚度增加的新情况下达到稳定，于是系统返回到监控模式3。因而有干扰进入密封装置也无关紧要，本发明的自动控制系统始终适应工作条件的变化，建立新的最佳液膜厚度，产生密封寿命长和渗漏为最小的效果。

每通电一次，系统便建立一条新的工作曲线，如图2中曲线60所示，因而本发明的系统确实是自适应的。如果密封面已经磨损、如果有热流量差存在、如果系统转矩已经改变、或密封面的渗漏量或偏斜度已改变，本发明的系统总是在实际工作条件下达到最佳工作点，产生最佳液膜厚度。对所有的工作条件来说，磨损和渗漏均匀最小。这是通过利用设定征兆-在这里是极限周期振荡-而实现的，即利用这个征兆建立基准点，曲线60上分割点64，于是在曲线上找到恰好在这分割点右旁的最佳工作点。

虽然关于本发明所描述的可动密封面系一元密封面，但是专业人员将会理解，本发明的自适应控制系统还可用于调节包含一个以上元件的可动密封面。例如，可动密封面可包含二个元件，第一个元件直接或间接地固定到静止的外壳上，而第二个元件可由执行机构移动。在这种配置中第二个元件的移动对改变密封面之间的间隙、从而对调节液膜厚度起作用。

传感器51已被表示在靠近轴传21的地方，产生指示转轴的转数和不转的信号。专业人员将认识到，该传感器还能提供附加的信息，如转轴角速度超出预设定范围的改变量和/或实际转速指示。

在所附权利要求中术语《连接》（在电学或电子学意义上使用时）意为两个元件之间有直流接线，其间的直流电阻虚设为零。术语《耦合》表示两个元件之间有功能关系，在被描述为《耦合》或《相互耦合》的两个元件间可插入其他元件。

虽然在此处所描述并提出权利要求的祗是本发明的一个特殊的实施例，但是很清楚，可对本发明作各种修改和变更。因此所附权利要求的意图在于包罗符合本发明实际精神和属于本发明范围的所有这些修改和变更。

Claims (23)

1、本发明的机械密封装置(25)自适应控制系统(40)包括第一密封面(26、34)和第二密封面(27、35)，其中一个密封面(27)可向着或背离另一密封面(26)移动，以调节间隙(36)，从而调节这相关密封面之间的液膜厚度，包括一个执行机构(43)，它调节可动密封面的位移，从而调节液膜厚度；和一个传感器(45)，它提供与该密封装置的设定参数成函数关系变化的第一信号；所述控制系统(40)与传感器(45)及与执行机构(43)相耦合，用于调整执行机构(43)使其输出成为所接收的第一信号的函数；其特征在于该控制系统(40)是切实可行的，它对机械密封装置(25)中设定征兆的出现进行识别，并据此识别可动密封面(27)的基准位置，然后使可动密封面(27)背离另一密封面移动，以达到最佳密封性能。

2、权利要求1所述的自适应控制系统，其特征在于，其中所述设定征兆是极限周期振荡。

3、权利要求2所述的自适应控制系统，其特征在于，其中被指定的参数是所述一个密封面（27）的温度（TF）。

4、权利要求2所述的自适应控制系统，其特征在于，其中设置一个外壳以容纳靠近密封面的流体，该被指定的参数是所述流体温度（TC）和所述一个密封面（27）温度（TF）之间的差。

5、权利要求3所述的自适应控制系统，其特征在于，其中传感器至少包括一支热电偶（45）。

6、权利要求5所述的自适应控制系统，其特征在于，其中所述的一支热电偶（45）能够检测所述的一个密封面（35）的温度，该传感器进一步包括能够检测所述的流体温度（TC）的第二支热电偶（47）。

7、权利要求2所述的自适应控制系统，其特征在于，进一步包括用于调节机械密封装置起动时的液膜厚度的装置，该装置起初产生明显大于正常液膜厚度的液膜厚度，然后使该较大的液膜厚度（D3）保持一段预定的最短时间。

8、权利要求7所述的自适应控制系统，其特征在于，其中传动轴（21）在密封装置运行开始时转动;设置装置（51），用于向该自适应控制系统提供与该传动轴（21）的转速有关的信号。

9、权利要求8所述的自适应控制系统，其特征在于，其中所述的信号被用于确定传动轴（21）停止还是在旋转。

10、权利要求2所述的自适应控制系统，其特征在于，进一步包括一个处理机（53）和一个存储器（54），以及存储在该存储器中的一个控制程序，该控制程序用于调节密封装置起动损伤，使其起动时产生大于正常值的液膜厚度（D3），然后使液膜厚度按给定大小的增量减小，直到极限周期振荡被检出为止，到那时使液膜厚度（D1、D2、63）增加一个量，其值大于恰好检出极限周期振荡前液膜厚度最后一次减小量。

11、权利要求10所述的自适应控制系统，其特征在于，其中表示液膜厚度递减的数据被存储在该存储器中，一旦检出极限周期振荡，该被存储的数据即被利用，以使液膜厚度增加到适当的值。

12、本发明的机械密封装置自适应控制系统（40）其特征在于包括第一密封面（26）和第二密封面（27），一个用于容纳贴近这些密封面的液体的外壳，其中一个密封面可向着或背离另一密封面（26）移动，以调节间隙（36），从而调节这相关密封面之间的液膜厚度;一个与可动密封面连接的势利机构（43），它调节可动密封面的位移，从而调节液膜厚度;第一个传感器（45），它能提供与其中一个密封面温度（TF）成函数关系变化的第一个信号;第二个传感器（47），它能提供与液体温度（TC）成函数关系变化的第一个信号;所述控制系统（40）既与传感器（45、47），又与执行机构（43）相耦合;一个信号调节器电路（50），它接收第一个和第二个信号、并发出与液体和装有第一个传感器的那个密封面之间的温差成函数关系变化的合成信号，用于调整执行机构，使其输出成为所述温差的函数;该控制系统是切实可行的，它根据该合成信号对极限周期振荡的出现进行识别，并据此识别可动密封面（27）的基准位置，然后使可动密封面离开该基准位置并背离另一密封面移动，从而建立起使极限周期振荡不存在的液膜厚度。

13、权利要求12所述的自适应控制系统，其特征在于，性质和作用和于调节机械密封装置运行开始时的液膜厚度的装置，该装置起初产生液膜厚度（D3）、明显大于正常液膜厚度，又使该较大的液膜厚度保持一段预定的最短的时间。

14、权利要求12所述的自适应控制系统，其特征在于，其中传动轴（21）在密封装置运行开始时转动，设置装置（51）用于向该自适应控制系统提供传动轴的旋转已经开始的指示。

15、权利要求12所述的自适应控制系统，其特征在于，进一步包括一个处理机（53）和一个存储器（54），以及存储在该存储器中的一个控制程序，该控制程序用于调节密封装置起动操作，使其起动时产生大于正常值的液膜厚度（D3），然后使液膜厚度按给定大小的增量减小，直到极限周期振荡（65）被检出为止，到那时使液膜厚度（D1、D2、63）增加一个量，其值大于恰好检出极限周期振荡前液膜厚度最后一次减少量。

16、权利要求15所述的自适应控制系统，其特征在于，其中表示液膜厚度递减的数据被存储在该存储器中，一旦检出极限周期振荡，该被存储的数据即被利用，以使洗衣/脱水桶厚度增加到适当的值。

17、控制机械密封装置（25）的方法，该机械密封装置（25）有二个面（26、27），一面（27）可相对于另一面（26）移动，以调节间隙（36），从而调节这两个面之间液膜的厚度;该控制机械密封装置（25）的方法，其特征在于包括以下步骤：

在给定的液膜厚度（D3）大于最佳液膜厚度的情况下，起动密封装置;

逐渐减小该液膜厚度;

检验作为设定征兆指示的该密封装置的一个参数;而

一旦判明该现象已经发生，即增加液膜厚度（D2），直到该现象不再存在为止，这样就为该密封装置在最佳液膜厚度下工作提供了保证。

18、权利要求17所述的控制机械密封装置的方法，其特征在于，其中起动时该给定的液膜厚度，在有任何减小前，保持一段予定的最短时间。

19、权利要求17所述的控制机械密封装置的方法，其特征在于进一步包括映象起动后液膜厚度逐步减小，这是通过存储一系列暗示该液膜厚度递减的数据而得到的;存储识别导致该设定征兆发生的该液膜厚度的参考数据值;以及利用该参考数据值和这一系列数据去实现该液膜厚度的增加，以逼近最佳液膜厚度。

20、应用带有存储器阵列的数据处理机控制机械密封装置（25）的方法，所述的机械密封装置（25）有二个面（26、27），靠近这两面处有液体，一个面（27）可相对于另一面（26）移动，以调节间隙（36），从而调节这两面之间液膜的厚度;所述的应用带夏候阵列的数据处理机控制机械密封装置（25）的方法，其特征在于包括以下步骤：

在给不定式的液膜厚度（D3）产生过量渗漏的情况下，起动密封装置;

检测一个密封面的温度（TF0，以提供与该面温度成函数关系变化的第一个信号;

检验作为极限周期振荡指示的该第一信号;

一旦判明极限周期振荡已经发生，就使该液膜厚度增加一个预定的值，这样就为该密封装置在最佳液膜厚度下工作提供了保证。

21、权利要求20所述的控制机械密封装置的方法，其特征在于进一步包括下述步骤：检测液体温度（TC），以提供与该液体的温度成函数关系变化的第二个信号;代数组合该第一和第二信号，以提供一个合成信号（DT）;和检验作为极限周期振荡指示的该合成信号。

22、权利要求20所述的控制机械密封装置的方法，其特征在于，其中密封装置运行开始时，该给定的液膜厚度，在其有任何减小前，保持一段预定的最短时间。

23、权利要求20所述的控制机械密封装置的方法，其特征在于进一步包括映象液膜厚度的变化，这是通过存储一系列暗示液膜厚度逐次变化的数据而得到的;存储识别导致该极限周期振荡发生的该液膜厚度的参考数据值;以及利用该参考数据值和这一系列数据去实现该液膜厚度朝着最佳厚度方向增加。

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