主动补偿式密封机构、掘进机主驱动密封系统及密封调整方法与流程

本发明涉及机械密封，特别是指一种能用于掘进机主驱动的密封及密封调整方法。

背景技术：

1、掘进机是一种隧道掘进设备，其中主驱动系统更是被称为掘进机的“心脏”，为刀盘的旋转提供动力，是为掘进机提供动力输出的核心部件。主驱动密封件用于防止外部渣土灰尘等杂质与主驱动接触，因此主驱动密封件对主驱动寿命、掘进效率等起着至关重要的作用。

2、然而在长距离施工、复杂地质工况等情况下，以及掘进过程中的震动均会加剧密封件与密封跑道的磨损，进而造成密封失效；同时针对大直径掘进机，其环件的加工与安装的同轴度误差等问题，现有的密封件只能被动补偿甚至自身弹性不足无法补偿，造成密封效果较差甚至密封失效，以及温度异常造成的密封失效，且现有的密封磨损监测装置或方法难以实现掘进全周期的在线磨损监测。

3、现有技术中如公布号为cn215410181u的中国专利，其设计了一种高承压加强型主驱动密封结构，其在原常规单唇指vd橡胶密封的基础上又增加了4道单唇指密封，但其密封补偿方式为被动补偿，通过密封自身弹性进行补偿，但针对大直径掘进机偏心距较大密封自身弹性不足导致无法补偿时易产生密封失效，无法主动干预调整密封补偿量。

4、而公布号为cn114412994a的中国专利，其设计了一种大型主驱动密封结构，通过油脂加压通道向腔体内注入油脂，同时密封第二表面贴合在旋转轴表面使其配合，但其密封补偿方式仍为被动密封，针对地质变化、瞬间冲击大等情况，易造成密封应力不均匀而进入杂质导致密封磨损，无法根据实际工况对密封补偿量进行调整，以及针对高寒和高热环境，无法实现控温效果，易温度异常导致密封失效。

5、而公布号为cn115682893的中国专利，其设计了一种密封圈磨损量监测装置，将电阻栅构件包裹封装，并将其固定于密封圈的磨损面上，通过检测电阻栅构建的电阻值判断密封磨损情况，但其检测只能在密封受损时，监测装置电阻才会瞬时增大，无法准确监测过程中密封磨损量。

6、所以在上述相关技术中，掘进机主驱动密封系统存在无法主动调整密封补偿量、控制温度、以及磨损监测装置难以实时跟踪磨损情况的问题，目前尚无有效的解决方案，因此设计一种可主动调节密封补偿量和控制密封温度的主驱动密封系统及在线磨损监测装置很有必要。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种主动补偿式密封机构、掘进机主驱动密封系统及密封调整方法，解决了现有技术中密封装置无法主动调整密封补偿量、控制温度、以及磨损监测装置难以实时跟踪磨损情况的问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：一种主动补偿式密封机构，包括弹性密封体，所述弹性密封体内设有用于盛放介质的腔体，弹性密封体上设有阀件，弹性密封体通过阀件与介质加注系统相连接，介质加注系统通过阀件向腔体内加减介质，弹性密封体发生形变进行主动补偿式密封。

3、优选地，所述介质加注系统和/或弹性密封体上设有用于检测介质温度的温度传感器；介质加注系统、阀件和温度传感器均与后台控制器相连接；可形成控制闭环；即能根据温度传感器控制介质加注系统、阀件的开关与调节，提高控制精度。

4、进一步优选，所述介质加注系统包括泵体，泵体通过管道与阀件相连接，后台控制器根据温度传感器检测到的介质温度，控制阀件的开度及泵体泵送介质的流速；达到控制密封件温度的目的。

5、进一步优选，所述腔体底部设有安装槽，安装槽内固定设有磁性金属被测件，磁性金属被测件与设置在弹性密封体外侧的电涡流测距传感器相对应，电涡流测距传感器与后台控制器相连接。

6、一种掘进机主驱动密封系统，包括油脂环、密封跑道及所述的主动补偿式密封机构，主动补偿式密封机构设置油脂环与密封跑道之间。

7、进一步优选，所述油脂环与密封跑道之间通过密封隔环分成若干个密封腔，弹性密封体设置在对应的密封腔内；位于最外侧的密封腔内的弹性密封体通过密封压环限位固定；弹性密封体上设有至少一个用于检测腔体内压力的压力传感器；根据压力传感器检测到的弹性密封体内的压力值，可进行主动调节密封补偿量。

8、进一步优选，所述管道为开设在油脂环内的油道或设置在油道内的管路，油道与密封腔连通；阀件为单向阀，弹性密封体上设有至少两个单向阀；可以一个作为介质进入口、一个可作为介质排出口。

9、进一步优选，所述电涡流测距传感器嵌设在密封跑道内，且电涡流测距传感器上设有无磁盖板，电涡流测距传感器与弹性密封体腔体内的磁性金属被测件相对应设置；确保电涡流测距传感器能对磁性金属被测件进行精确检测。

10、进一步优选，所述磁性金属被测件为由n个分块环组成的环形件，n≥2，相邻两个分块环之间留有缝宽不同的间隙，形成n个断距不同的断点；使电涡流测距传感器输出规律的周期信号，然后根据该周期信号能快速判断出密封检测位点。

11、一种所述的掘进机主驱动密封系统的密封调整方法，其特征在于：润滑油液通过开设在油脂环内的油道进入密封腔进行第一层密封；在确保第一层密封达标的前提下，根据工况选择采用主动补偿密封方法主动调节密封补偿量；根据介质温度采用主动式控温方法进行密封系统温度调节；并采用非接触式磨损检测方法在线检测弹性密封体的磨损情况；

12、主动补偿密封方法为：设弹性密封体理想工作状态下其腔体内压力为p0，当弹性密封体上用于检测腔体内压力的压力传感器检测到腔体内压力小于p0时，后台控制器控制介质加注系统通过管道及阀件向腔体内加注介质，弹性密封体形变胀大，直至其腔体内压力达到p0，此时，弹性密封体工作面分别抵接在油脂环和密封跑道上；当弹性密封体上用于检测腔体内压力的压力传感器检测到腔体内压力大于p0时，后台控制器控制介质加注系统通过管道及阀件从腔体内抽取介质，弹性密封体形变缩小，直至其腔体内压力达到p0；实现主动调节密封补偿量的功能；

13、主动式控温方法为：设弹性密封体理想工作状态下其腔体内介质的温度区间为[t1，t2]，而检测介质温度的温度传感器检测到的实时温度为t；若t＜t1，则后台控制器通过介质加注系统的泵体降低介质流速并提高介质温度，使腔体内介质的温度快速提高至理想状态；同理，若t＞t2，则后台控制器通过介质加注系统的泵体提高介质流速并降低介质温度，使腔体内介质的温度快速降低至理想状态。

14、非接触式磨损检测方法在线检测弹性密封体的磨损情况的过程如下：

15、沿环向将磁性金属被测件分为n个分块环，n≥2，相邻两个分块环之间留有缝宽不同的间隙，形成n个断距不同的断点；电涡流测距传感器随密封跑道进行旋转，则从电涡流测距传感器输出的周期性信号中能得出实时监测的目标密封点；

16、设密封跑道转速为ω，通过转速可计算得到t时刻目标密封点的相位为：

17、

18、则目标密封点对应的检测距离为d[φ(t)]；

19、设理想状态下电涡流测距传感器监测到磁性金属被测件的距离为d0，此时，d0等于弹性密封体下边界紧贴密封跑道时其工作区域的壁厚；一段时间后，弹性密封体发生一定磨损，则变化量△d[φ(t)]＝d[φ(t)]-d0；若△d[φ(t)]<0，则说明密封件发生磨损，可根据变化量做出主动调节密封补偿量调整或更换调整；若△d[φ(t)]>0，则说明弹性密封体下边界并未紧贴密封跑道，根据变化量选择采用主动补偿密封方法主动调节密封补偿量。

20、本发明的有益效果为：与现有技术相比，本发明的主动补偿式密封机构，通过充放介质进行主动调节密封补偿量，实现密封机构的长久有效工作，进一步提高密封效果。此外，本发明采用非接触式在线检测装置，即利用电涡流测距传感器与内置式的磁性金属被测件配合，采用这种密封系统与在线监测装置的配合，解决了现有技术中加工或安装同轴度误差较大、复杂地质施工距离长、震动等导致密封弹性不足和密封弹性定性导致补偿量不足和无法补偿的问题。

21、本发明掘进机主驱动密封系统，采用主动补偿式密封机构，通过调节密封件的内腔压力，主动调节密封补偿量，防止密封失效。根据温度传感器测得的实时密封温度调节介质的温度和流速，实现控制密封温度的效果，可在高温和高原高寒等工况下避免密封温度异常导致的密封失效。针对密封磨损情况实现在线监测，可根据密封磨损情况调节密封腔内压力，主动干预，防止密封磨损失效造成的经济损失；进一步提高掘进机施工效率。