一种基于声发射机械密封空化现象的在线监测装置

1.本实用新型涉及机械密封状态监测技术领域，特别是涉及一种基于声发射机械密封空化现象的在线监测装置。


背景技术：

2.机械密封是流体机械和动力机械中不可或缺的零部件，对整台机器设备、整套装置、甚至对整个工厂的安全生产影响都很大。高速旋转机械密封凭借流体动压效应在密封端面间形成厚度为微米级别的润滑膜,当液体润滑膜的液体从高压区流向低压区时，压力降低，低至流体的饱和蒸气压时，液体中的气体分离出来，形成气泡，发生空化现象。空化现象对机械密封的密封润滑性能、使用寿命有着重要的影响。在当前机械密封理论分析计算和实际的产品设计中，大多数都考虑了空化现象，但对空化现象的监测还停留在实验室阶段，对机械密封空化在线监测的研究、在线监测设备的研发设计还有所欠缺，因此设计机械密封空化现象的在线监测是十分有必要的。现有文献专利号cn108571589a中提出的机械密封装置，将传感器嵌入动环内监测机械密封摩擦副的接触情况。现有文献专利号cn108956043b中提出的一种机械密封多尺度实时监测分析方法，将传感器设置在弹簧座上，提出了声发射信号后处理的方法。现有文献专利号 cn216045442u中提出的可监测磨损量的机械密封装置，其传感器设置在静环或者动环上，用于监测磨损量。以上文献均未涉及监测机械密封空化现象的相关装置或方法、声发射传感器采集信号阶段如何有效消除机械振动的影响以及如何方便的安装声发射传感器。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对目前的机械密封空化现象无法有效监测的现状，提供一种能够在线监测机械密封空化的装置。
4.一种基于声发射机械密封空化现象的在线监测装置，包括：动环、静环、隔热吸音板、阻尼圈、密封端盖、声发射传感器；所述动环套装于转轴且能同步转动；所述静环左端与动环相对安装，左端面开槽，右端嵌入所述密封端盖，右端面周向开孔；所述密封端盖沿轴向布置，周向开孔且与所述静环右端面的孔正对配合；所述隔热吸音板紧贴所述密封端盖左侧；所述阻尼圈嵌于所述密封端盖孔内；所述声发射传感器从所述密封端盖孔插入所述静环孔内，用于采集静环和所述动环产生的声发射信号。
5.进一步的，所述静环左端面开槽，槽数为12个，槽型为螺旋槽；静环右端面开孔，孔数为4个，孔底部距所述左端面的距离为2-3mm。
6.进一步的，所述静环右端面开孔，孔沿自身深度方向，其截面形状为圆形，且尺寸大于所述声发射传感器。
7.进一步的，所述密封端盖开孔，孔数为4个；孔沿自身深度方向，其截面形状为圆形；所述的密封端盖右端面设有嵌o型圈的凸缘。
8.进一步的，所述隔热吸音板的为高密度多孔结构90％-95％；其形状为圆形。
9.进一步的，所述阻尼圈为粘弹性材料。
10.上述基于声发射机械密封空化现象的在线监测装置，在高速运转的密封端面之间，在密封端面端面槽区会产生空化区域，空化区域内气泡会经历产生、长大、崩溃的阶段，对密封端面造成冲击，产生应力波。在静环的右端面开孔，将声发射传感器直接与静环贴紧，同时在端盖左端面设置隔热吸音板、在端面的孔内设有粘弹性阻尼环，吸音板吸收振动能量转化为热能、阻尼圈抑制端盖应力波传递到声发射传感器，减少了其他信号的干扰，从而精准实现机械密封空化的在线监测。
附图说明
11.下面结合附图对本发明作进一步说明。
12.图1为本实用新型一实施例提供的基于声发射机械密封空化现象的在线监测装置结构示意图；
13.图2为本实用新型一实施例提供的密封端盖示意图；
14.图3-a、3-b分别为本实用新型一实施例提供的静环左右剖面图。
15.图中标号：1—动环；2—静环；3—阻尼圈；4—声发射传感器；5—凸缘； 6—隔热吸音板；7—密封端盖。
具体实施方式
16.如图1所示，本实用新型一实施例提供一种基于声发射监测机械密封空化状况的装置，包括动环1、静环2、阻尼圈3、声发射传感器4、凸缘5、隔热吸音板6、密封端盖7。
17.其中，所述动环1套装于转轴且能同步转动；所述静环2左端与动环1相对安装，左端面开孔，右端嵌入所述密封端盖，右端面周向开孔；所述密封端盖7沿轴向布置，周向开孔且与所述静环2右端面的孔正对配合；所述隔热吸音板6紧贴所述密封端盖7左侧；所述阻尼圈3嵌于所述密封端盖7孔内；所述声发射传感器4从所述密封端盖7孔插入所述静环2孔内，用于采集静环2和所述动环1产生的声发射信号。
18.在高速运转的密封端面之间，动环1与静环2端面之间由于粘性流体的动压效应产生一层厚度极薄的液体膜，密封介质产生的内外压差与流体动压效应产生的粘性剪切流压差方向相反，从而实现机械密封。但声发射传感器4 对空化信号的采集易受其他能量的干扰，如机械振动、电机噪音、转轴转动噪声等。材料中局部区域应力集中，快速释放能量并产生瞬态弹性波的现象称为声发射，也称为应力波发射。如果声发射释放的应变能足够大，就可产生人耳听得见的声音。大多数材料变形和断裂时有声发射发生，但许多材料的声发射信号强度很弱，人耳不能直接听见，需要借助声发射传感器4才能检测出来。
19.如图3-a所示，静环2左端面与动环之间的槽区会产生空化区域，空化区域内气泡会经历产生、长大、崩溃的阶段，对密封端面造成冲击，产生应力波。该实施例中静环为中间开槽，槽数为12。对空化的监测实际上只考虑槽区内的空化状况，槽区开设的位置，槽数多少不作考虑。
20.如图3-b所示，为了有效采集密封端面信号。在静环2的右端面开孔，将声发射传感器4与静环2右端面孔底贴紧，右端面孔的尺寸大于声发射传感器，防止工作时环的微小位移与声发射传感器摩擦产生其他信号。该实施例中开孔形状为圆形，在其他实施例中，可根
据工作条件将孔的形状改为矩形、三角形等其他形状。
21.在密封端盖7左端面设置隔热吸音板6及密封端盖7孔内设粘弹性阻尼圈3，可有效降低其他能量对声发射传感器4采集空化信号的干扰。转轴转动发出的声波、振动波接触吸音板后，会在吸音板内部孔隙中反射，声波的能量消耗转变成热能，从而起到消除振动的作用；阻尼圈3本身采用粘弹性材料，可抑制密封端盖7的机械振动应力波传递到声发射传感器。
22.如图2所示，为实现声发射传感器4的安装，在密封端盖7设置凸缘5，其内安装o型圈，固定声发射传感器。
23.上述实施例仅表达了本实用新型的几种具体实施方式，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可作出的各种修改或变形仍在本实 6用新型的保护范围以内。


技术特征：
1.一种基于声发射机械密封空化现象的在线监测装置，其特征在于，包括：动环、静环、隔热吸音板、阻尼圈、密封端盖、声发射传感器；所述动环套装于转轴且能同步转动；所述静环左端与动环相对安装，左端面开槽，右端嵌入所述密封端盖，右端面周向开孔；所述密封端盖沿轴向布置，周向开孔且与所述静环右端面的孔正对配合；所述隔热吸音板紧贴所述密封端盖左侧；所述阻尼圈嵌于所述密封端盖孔内；所述声发射传感器从所述密封端盖孔插入所述静环孔内，用于采集静环和所述动环产生的声发射信号。2.根据权利要求1所述的基于声发射机械密封空化现象的在线监测装置，其特征在于，所述静环左端面开槽，槽数为12个，槽型为螺旋槽；静环右端面开孔，孔数为4个，孔底部距所述左端面的距离为2mm。3.根据权利要求2所述的基于声发射机械密封空化现象的在线监测装置，其特征在于，所述静环右端面开孔，孔沿自身深度方向，其截面形状为圆形，且尺寸大于所述声发射传感器。4.根据权利要求1所述的基于声发射机械密封空化现象的在线监测装置，其特征在于，所述密封端盖开孔，孔数为4个；孔沿自身深度方向，其截面形状为圆形；所述的密封端盖右端面设有嵌o型圈的凸缘。5.根据权利要求1所述的基于声发射机械密封空化现象的在线监测装置，其特征在于，所述隔热吸音板的为高密度多孔结构，孔隙率为90％-95％；其形状为圆形。6.根据权利要求1所述的基于声发射机械密封空化现象的在线监测装置，其特征在于，所述阻尼圈为粘弹性材料。

技术总结
本实用新型涉及一种基于声发射机械密封空化现象的在线监测装置，包括：动环、静环、隔热吸音板、阻尼圈、密封端盖、声发射传感器；动环套装于转轴且能同步转动，静环左端与动环相对安装，左端面开槽在机械密封装置工作时可产生空化，右端嵌入所述密封端盖，在静环的右端面开孔；将声发射传感器从密封端盖的孔内插入静环右端面的孔与静环贴紧，设置内部嵌入O型圈的凸缘，用于固定传感器，同时在端盖左端面设置隔热吸音板、在端面的孔内设有粘弹性阻尼环，吸音板吸收振动能量转化为热能、阻尼圈抑制端盖应力波传递到声发射传感器，减少了其他信号的干扰，从而精准实现机械密封空化的在线监测。监测。监测。


技术研发人员：郑兴宇 许朋贞 孙鑫晖 郝木明
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2022.04.22
技术公布日：2022/7/25