[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

说明书

技术领域：

本发明涉及一种非接触式机械密封。采用铁磁流体作为机械密封摩擦副的润滑介质，并能根据操作参数的变化，通过调节外磁场强度来控制磁流体润滑膜的粘度，使得磁流体膜的动压效应适应被密封介质压力和转轴转速的变化。属于密封技术领域。

背景技术：

现代工业装备的大型化、自动化、智能化、集成化程度不断提高，诸多旋转运动副处于高温、高压、高转速工作状态，泄漏问题普遍存在。机械密封是流体动密封中最常见的型式，是旋转设备防止泄漏的重要部件。集成化、轻量化、高精度、高稳定性、高可靠性和微/零泄漏是机械密封技术发展的大趋势，是密封技术发展的主流方向。

利用流体动压效应可实现机械密封动环和静环端面的非接触。研究人员力图通过流体动压效应来提高机械密封承载能力，减小摩擦、磨损和漏损，提高密封可靠性并延长密封寿命。非接触式机械密封的密封环端面被一层完整的微米级厚度的流体膜隔开，常用于密封高压、高速和润滑性能较差的介质。

磁流体润滑与密封是磁流体的主要应用领域之一。磁流体润滑就是用磁流体代替传统的润滑油，对摩擦副进行润滑，依靠外部磁场改善摩擦性能、延长摩擦副的使用寿命。较之于普通油润滑，磁流体润滑在外加磁场作用下，不但能准确地充满润滑表面实现连续润滑，而且能抵消重力与离心力的作用，不易泄漏、不受外部介质污染。近年来，在滚动轴承、滑动轴承、巨型压缩机、高速磨床、高速纱锭机、天文观察装置等机械装备上，以磁流体作为润滑剂的滚动、滑动表面润滑均有成功应用的实例。

目前使用的磁流体密封是利用磁场将磁流体控制在固定和转动部件之间，消除密封副的间隙，抵抗被密封介质的压力，实现对介质的密封，并未利用磁流体的动压效应。磁流体可以被磁场控制在所需位置，保持接触区良好的润滑状态，尤其适用于高温、低温、零泄漏等极端工况，且无需庞大的供油系统。虽然增大磁场强度可提高密封压力，但磁流体粘度的增大会相应增加转轴的转动阻力，摩擦功耗增大。当磁流体作为滑动轴承的润滑介质时，可利用外磁场来控制磁流体的粘度，从而改变润滑膜的动压特性，调节轴承的承载性能。研究表明，磁流体滑动轴承能形成良好的全油膜润滑，产生的摩擦力比传统的滑动轴承要小得多，承载能力和抗磨损能力大大提高。

最新的磁流体生产工艺已解决了磁流体既怕水又怕油的问题，并把磁流体的工作温度范围扩展到-60℃～260℃，基本解决了磁流体润滑和密封技术推广的瓶颈问题。对于端面结构较为复杂的螺旋槽或直线槽等动压型机械密封，改用磁流体作为润滑介质，不但可有效改善端面的润滑状况，而且可利用外部磁场控制密封性能，实现密封压力和摩擦功耗的在线调节，从而提高机械密封的稳定性、可靠性及对波动工况的适应性。

机械密封，特别是高参数机械密封，往往工作在高压、高转速条件下。对于特定条件下结构一定的机械密封，其密封能力是稳定的。但如果遇到压力波动或转速突变，机械密封本身不具备应变能力，故而会导致密封失效。在机械密封系统中集成自适应控制系统则能有效应对工况波动。自适应控制是指系统能够修正自身特性以适应对象和扰动的动特性的变化。具有自适应能力的系统应具备这样的功能，即：在系统运行中，依靠不断采集控制过程信息，确定被控对象的当前实际工作状态，优化性能准则，产生自适应控制规律，从而实时地调整控制器结构或参数，使系统始终自动地工作在最优或次最优的运行状态。自适应控制的目的是使控制器能适应被控对象参数缓慢变化或对象特性难以确知的情况。自适应控制系统要能够在线调整控制器参数以适应工况变化。常用的自适应控制方案有：编程控制、模型参考自适应和自校正控制。

自从50年代末期由美国麻省理工学院提出第一个自适应控制系统以来，先后出现过许多不同形式的自适应控制系统。模型参考自适应控制和自校正调节器是目前比较成熟的两类自适应控制系统。自适应控制近年来得到了广泛的重视，有关它的理论和应用国内外学者都做了大量的工作，取得了大量的成果。自适应系统在磁流体润滑机械密封中的应用，国内外尚未见公开的报道。为实现非接触式机械密封的自动化运行，本发明采用铁磁流体作为机械密封摩擦副的润滑介质，并由自适应控制系统侦测密封压力的变化、调节外磁场强度，从而保证机械密封的可靠运行。

发明内容：

本发明提供一种铁磁流体润滑的非接触式机械密封装置。

本发明另一目的是提供一种非接触式机械密封的密封性能自适应控制方法。

本发明的具体技术方案如下：