[发明专利]磁流体润滑的机械密封装置及自适应密封控制方法

权利要求书

1.一种磁流体润滑的机械密封装置，该装置包括可编程控制器、转轴，以及安装在转轴上的密封腔体、动环座和静环座，密封腔体设置在转轴的一侧，密封腔体的外侧设置静环座和动环座，静环座上安装有静环，动环座上安装有动环，动环与静环一端面相配合，其特征是：

所述静环5内设置有一轴向引流孔，该引流孔一端引至动、静环的配合端面，另一端经管路连接磁流体储罐，在动、静环配合面外部设有磁场发生器及直流电源，动、静环配合面间形成由磁流体润滑膜形成的密封环，静环内埋设有压力传感器a，该压力传感器a头端设于动、静环配合的密封环内，所述磁流体储罐还连接有氮气瓶，磁流体储罐与引流孔之间的连接管路上还设有电磁阀、压力传感器c和流量传感器；

密封腔体内侧设有压力传感器b，转轴上还安装有转速传感器，各传感器、电磁阀和磁场发生器的直流电源分别与可编程控制器相连。

2.根据权利要求1所述密封装置，其特征是：动环端面开设有若干微米级深度的螺旋槽，螺纹方向与动环旋转方向相同，动环的该端面与静环配合。

3.根据权利要求1所述密封装置，其特征是：压力传感器a头端位于动环端面的螺旋槽的底径处。

4.根据权利要求1所述密封装置，其特征是：所述磁流体为铁磁流体。

5.根据权利要求1所述密封装置，其特征是：静环与转轴配合面设有静环密封圈，动环与转轴配合面设有动环密封圈。

6.根据权利要求1所述密封装置，其特征是：磁场发生器为环形，安装在动、静环形成的密封环的外圈。

7.根据权利要求1所述密封装置，其特征是：静环座由前、后两部分，以及连接前、后部分的弹性元件组成，前部与静环相装配，后与密封腔相配合。

8.利用权利要求1-7任一所述密封装置的自适应密封控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，启动程序，设置参数；

步骤二，监测参数；

由压力传感器b测量密封腔体内被密封介质压力P_m，由转速传感器测量转轴转速n，由压力传感器a测量液膜密封压力P_n，并判断P_m和n的变化幅度；

步骤三，粗调判断；

若被密封介质压力P_m变化幅度≤0.01MPa，或n变化幅度≤10rad·s^-1，则继续保持监控状态回到步骤二；

若被密封介质压力P_m变化幅度＞0.01MPa，且持续时间t≥1s；或/和转轴转速n变化幅度＞10rad·s^-1，且持续时间t≥1s；则启动粗调步骤；

所述粗调步骤如下：

①若仅有被密封介质压力P_m变化幅度＞0.01MPa，且持续时间t≥1s；

若被密封介质压力P_m变化为P_m1时，则调节磁场发生器电压，使液膜密封压力P_n变化至P_m1；

②若仅有转轴转速n变化幅度＞10rad·s^-1，且持续时间t≥1s；

若转速n变化为n’时，会导致液膜密封压力由P_n变化为P_n1，则调节磁场发生器电压，使P_n1变化至P_m；

③若被密封介质压力P_m变化幅度＞0.01MPa，且持续时间t≥1s；同时转轴转速n变化幅度＞10rad·s^-1，且持续时间t≥1s；

若被密封介质压力P_m变化为P_m1，因转速n变化为n’，使液膜密封压力P_n变化为P_n1。则调节磁场发生器电压，使P_n1变化至P_m1。

步骤四，补液判断；

粗调后，根据式(4)计算堰区和槽区的介质损失量Q，

堰区和槽区的介质损失量Q的计算公式如下；

Q=πh136μpg-pilnrgri---(4)]]>

其中，h₁为堰区膜厚，p_g为槽底径处的压力，p_i为密封环内径处压力，μ为密封结构中液膜粘度等于铁磁流体粘度η，r_i为密封环的内径，r_g为密封环的槽底径处半径。

计算并判断Q是否超过1×10^-9m³/s；若Q没有超过1×10^-9m³/s则不进行补液；若Q超过1×10^-9m³/s则启动补液；通过控制电磁阀15、压力传感器c和流量传感器，开启磁流体储罐与引流孔之间的连接管路，向密封环补充相应的铁磁流体。

步骤五，微调判断；

继续测量密封环处的液膜密封压力P_n2与被密封介质压力P_m2。若二者相差不超过0.01MPa，则该控制过程结束回到步骤二；

若二者相差超过0.01MPa，则启动微调程序。

所述微调程序如下：

如果P_n2>P_m2，则以0.2V的步长逐步减小磁场发生器电压至﹣0.01MPa≤P_n2-P_m2≤0.01MPa；然后至步骤二；

如果P_n2＜P_m2，则以0.2V的步长逐步增大磁场发生器电压至﹣0.01MPa≤P_n2-P_m2≤0.01MPa；然后至步骤二。

9.根据权利要求8所述控制方法，其特征是：步骤五中还包括以下步骤，

若三次微调后，仍有P_n2-P_m2＜﹣0.01MPa，则以0.1V步长，增加磁场发生器电压；

三次仍不符，继续以前步长的一半减小电压，直至﹣0.01MPa≤P_n2-P_m2≤0.01MPa；

若三次微调后，仍有P_n2-P_m2>0.01MPa，则以0.1V步长，减小磁场发生器电压；

三次仍不符，继续以前步长的一半增加电压，直至﹣0.01MPa≤P_n2-P_m2≤0.01Mpa。