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CN115111368A - 一种智能石墨密封装置 - Google Patents

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CN115111368A
CN115111368A CN202210523581.1A CN202210523581A CN115111368A CN 115111368 A CN115111368 A CN 115111368A CN 202210523581 A CN202210523581 A CN 202210523581A CN 115111368 A CN115111368 A CN 115111368A
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optical fiber
sealing device
graphite sealing
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graphite
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张家远
宋昊
庄成乾
王浩天
吴瑕
付佳豪
赵启迪
于翀
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Abstract

本发明涉及一种智能石墨密封装置，属于密封装置技术领域。本发明具体公开了一种智能石墨密封装置，包括石墨密封装置和光纤传感实时监测系统；所述的石墨密封装置包含静环组件和动环跑道，静环组件内侧开有安装槽；所述的光纤传感实时监测系统包含光纤传感器、传输光纤(光缆)、光纤传感解调仪及数据分析软件；所述的光纤传感器通过安装用胶固定在石墨密封装置安装槽的表面，通过保护用胶进行保护，通过传输光纤(光缆)连接到光纤传感解调仪，通过数据分析软件判断石墨密封装置的实时运行状态。本发明的优点是：可实时监测石墨密封装置运行状态，并对主轴及轴承健康进行监测，能够做到故障提前预警，提高安全性。

Description

一种智能石墨密封装置
技术领域
本发明属于密封装置技术领域，具体涉及一种智能石墨密封装置。
背景技术
目前，石墨密封装置已广泛用于航空发动机及离心压缩机等旋转轴机械的轴端密封。属于接触式密封，寿命长，可靠性高，适用于高速、高压工况。但目前对石墨密封装置的密封性能的检测仅能在拆解后进行，本发明专利可以对石墨密封性能进行在线测试，适用于航空发动机等旋转机械的轴端石墨密封装置的密封性能测试，并为石墨密封寿命的预测、结构优化设计提供参考依据。
在石墨密封装置动态运转中，动环跑道与石墨之间产生磨损，弹簧力值无法将石墨环复位，使得石墨环跟随能力不够，产生漏油。弹性元件在温度过高情况下，弹性也会受到温度的影响而下降，从而导致失效。芯轴高速运转时，由于石墨环垂直度不足，导致石墨环与壳体端面之间以及两组石墨环端面之间产生缝隙，不完全贴合。随着轴的跳动，出现漏油现象。
经以上分析，石墨密封装置的失效主要为磨损以及温度影响和受力不均等引起，但在密封性能检测方面的现有技术也集中于密封装置检测台等需要将密封拆卸下来进行检测的方法，因此有必要予以改进。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供可事先预警的一种智能石墨密封装置，可实现对石墨密封装置运行状态的实时监测，并通过监测数据的分析对石墨密封装置的性能进行实时监测，并提前预警。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：本发明公开的是一种智能石墨密封装置，包括石墨密封装置和光纤传感实时监测系统；所述的石墨密封装置包含静环组件和动环跑道，所述静环组件包括设置于内侧的安装槽；所述的光纤传感实时监测系统包含光纤传感器、传输线路、光纤传感解调仪及数据分析软件；所述的光纤传感器固定于所述安装槽的表面，通过保护用胶进行保护，通过传输线路连接到光纤传感解调仪，通过数据分析软件判断石墨密封装置的实时运行状态。
作为一种优选：所述安装槽的宽度为A，所述安装槽的深度为B，其中，A＜1mm，且B＜1mm。
作为一种优选：所述光纤传感器为光纤光栅传感器；或者，所述光纤传感器为分布式光纤传感器或其它类型的光纤传感器。
作为一种优选：所述光纤传感器的测量点包括应变测量点和温度测量点，所述应变测量点均匀间隔设置于所述传感器安装槽，所述温度测量点也均匀间设于所述传感器安装槽。
作为一种优选：所述光纤传感器通过环氧树脂胶安装于所述安装槽，并通过硅橡胶进行密封保护。
有益效果：
(1)本发明采用体小质轻的光纤传感技术，实现了现有石墨密封装置的实时在线监测，改变了原有技术只能将密封装置拆卸下来进行检测的方法，可以实现在线监测，进行提前预警，提高的监测效率和系统安全性；
(2)本发明加装光纤传感器，只需在现有石墨密封装置开宽度和深度均小于1mm的传感器安装槽，对原有石墨密封装置密封性能和力学性能均不造成影响；
(3)本发明可以通过地面标定试验建立载荷与所测应变关系模型，监测石墨密封装置所受的载荷情况，从而判断该石墨密封装置是否受力不均，进而进行石墨密封装置寿命的判断；
(4)本发明可以通过对石墨密封装置状态的监测，改进石墨密封装置的设计，提升设计先进性和安全性，增加寿命。
附图说明
图1为本发明的智能石墨密封装置的结构示意图；
图2为图1中R部分放大示意图；
图3为本发明的光纤传感器的安装示意图。
图中：1-密封座；2-石墨环组件；21-石墨安装环；22-石墨环；3-波形弹簧；4-卡圈；5-动环跑道；6-第一O形圈；7-第二O形圈；8-第三O形圈；9-安装槽；10-光纤传感器；101-应变传感器；102-温度补偿传感器；11-传输光纤；12-光纤传感解调仪。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
实施例：
如图1和图2所示，一种智能石墨密封装置。它包括石墨密封装置和光纤传感实时监测系统。石墨密封装置包括密封座1及石墨环组件2，石墨环组件2包括相互配合的石墨环22及石墨安装环21，石墨安装环21抵接于密封座1，石墨密封装置还包括设置于石墨安装环21与密封座1之间的波形弹簧3及卡圈4，卡圈4用于限定石墨安装环21与密封座1的安装位置，波形弹簧3用于提升石墨安装环21与密封座1的密封性能，石墨安装环21内侧开有安装槽9，方便光纤传感器10进行表面安装；光纤传感实时监测系统包含光纤传感器10、传输光纤11、光纤传感解调仪12及数据分析软件。光纤传感器10通过安装用胶与固定在石墨密封装置安装槽的表面，通过保护用胶进行保护，通过传输光纤11连接到光纤传感解调仪12，通过数据分析软件判断石墨密封装置的实时运行状态。
石墨密封装置直径为30～100mm，石墨密封装置分为动环跑道5和静环组件，动环跑道5与静环组件端面贴合在一起，阻止密封介质泄漏。动环跑道5还包括设置于内侧的第二O形圈7，用于提升密封性能，传感器安装槽9开在石墨密封装置的石墨环组件2；为保证石墨密封装置的强度，安装槽的宽度和深度均为0.8mm。
密封座1还包括设置于外侧的第一O形圈6及设置于内侧的第三O形圈8，第三O形圈8设置于石墨安装环21与密封座1之间，以增加密封连接强度。光纤传感器10为光纤光栅传感器，本实施例传感器安装槽9内布置4个光纤光栅应变传感器101和2个光纤光栅温度补偿传感器102，即石墨密封装置包含4应变测量点和2个温度测量点，应变测量点均匀间隔设置于传感器安装槽9，温度测量点也均匀间设于传感器安装槽9。
光纤传感器10通过环氧树脂胶安装在石墨密封装置安装槽的表面，通过硅橡胶进行密封保护；
光纤传感解调仪12选择北京长城计量测试技术研究所的FI220M。光纤传感实时监测系统包含光纤传感器10、传输线路、光纤传感解调仪12及数据分析软件。本实施例中有6个光纤传感器10，包含4个应变传感器101和2个温度补偿传感器102，传输线路与传感器为一体，接入到光纤传感解调仪12FI220M中，数据分析软件也采用北京长城计量测试技术研究所的SHM3.0系统。
光纤传感实时监测系统可以实时监测石墨密封装置的各部位受力情况和温度情况，从而判断石墨密封装置是否在正常工作，并对密封装置磨损、密封装置断裂、密封装置破碎、密封装置泄漏等情况进行预警，并对主轴及轴承健康进行监测。
当本发明中石墨密封装置运行时，安装在石墨密封装置上的光纤传感器10可以实时测量密封装置的表面应变，并通过前期标定结果得到石墨密封装置的实时分布载荷和温度情况，从而判断是否受力不均或温度过高，对石墨密封装置的运行状态进行实时监测，降低全寿命周期监测成本的同时，提高其运行安全性。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。其它结构和原理与现有技术相同，这里不再赘述。

Claims (5)

1.一种智能石墨密封装置，其特征在于：包括石墨密封装置和光纤传感实时监测系统；所述的石墨密封装置包含静环组件和动环跑道，所述静环组件包括设置于内侧的安装槽；所述的光纤传感实时监测系统包含光纤传感器、传输线路、光纤传感解调仪及数据分析软件；
所述的光纤传感器固定于所述安装槽的表面，通过保护用胶进行保护，通过传输光纤连接到光纤传感解调仪，通过数据分析软件判断石墨密封装置的实时运行状态。
2.如权利要求1所述的智能石墨密封装置，其特征在于：所述安装槽的宽度为A，所述安装槽的深度为B，其中，A＜1mm，且B＜1mm。
3.如权利要求2所述的智能石墨密封装置，其特征在于：所述光纤传感器为光纤光栅传感器；或者，所述光纤传感器为分布式光纤传感器或其它类型的光纤传感器。
4.如权利要求1或3所述的智能石墨密封装置，其特征在于：所述光纤传感器的测量点包括应变测量点和温度测量点，所述应变测量点均匀间隔设置于所述传感器安装槽，所述温度测量点也均匀间设于所述传感器安装槽。
5.如权利要求4所述的智能石墨密封装置，其特征在于：所述光纤传感器通过环氧树脂胶安装于所述安装槽，并通过硅橡胶进行密封保护。
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