[发明专利]一种自适应智能橡胶密封装置及其控制方法

权利要求书

1.一种自适应智能橡胶密封装置，包括智能可调控的橡胶密封装置和实时监测及控制系统；

所述智能可调控的橡胶密封装置包括橡胶基体(1)、金属骨架(2)、压盖(3)、磁控形状记忆合金弹簧(4)、密封唇(5)、励磁线圈(6)、螺钉(7)、防尘唇(10)、旋转轴(11)、传感器铺设槽(12)；所述金属骨架(2)的截面形状为“L”形，左端面均设有若干个螺纹孔(21)；所述压盖(3)的截面形状为“L”形，外圆柱面加工有外螺纹(32)，左端面均设有若干个螺纹通孔(31)，并开设有与右端面连通的进线孔(33)、出线孔(34)；所述压盖(3)通过螺钉(7)、螺纹通孔(31)、螺纹孔(21)实现与金属骨架(2)的固定连接；所述励磁线圈(6)沿所述外螺纹(32)缠绕，分别从进线孔(33)、出线孔(34)引入、引出导线接口，所述导线接口与电源(16)连接，所述励磁线圈(6)在通电后产生磁场，通过调节所述电源(16)的电压大小来改变磁场强度；所述磁控形状记忆合金弹簧(4)在磁场作用下产生压缩或伸张，使所述密封唇(5)与所述旋转轴(11)之间的抱紧力发生改变，实现抱紧力的自调控；所述防尘唇(10)位于低压力介质侧，并开设有引线孔；所述密封唇(5)附近间隔180°开设两个轴向传感器铺设槽(12)；

所述实时监测及控制系统包括光纤光栅应力传感器(8)、光纤引线(9)、光纤光栅解调仪(13)、控制器(14)、电压调节器(15)、电源(16)；所述光纤光栅应力传感器(8)紧贴传感器铺设槽(12)点胶固定，并利用环氧树脂高温胶填充传感器铺设槽(12)，通过光纤光栅波长漂移来获取密封唇(5)与旋转轴(11)接触界面间的应变信息；所述光纤引线(9)从所述防尘唇(10)的引线孔导出，并与所述光纤光栅解调仪(13)连接；所述光纤光栅解调仪(13)用于识别波长并得到抱紧力变化信息；所述电压调节器(15)用于调节电源(16)的电压，从而改变励磁线圈(6)产生的磁场强度；所述控制器(14)用于控制电压调节器(15)。

2.如权利要求1所述的一种自适应智能橡胶密封装置，其特征在于：所述压盖(3)的材料为导磁性金属。

3.如权利要求1所述的一种自适应智能橡胶密封装置，其特征在于：所述磁控形状记忆合金弹簧(4)的安装中心以密封唇(5)所在位置为起点沿轴向往金属骨架(2)方向偏移，其偏移量为0.4～0.7mm。

4.如权利要求1所述的一种自适应智能橡胶密封装置，其特征在于：所述螺钉(7)的个数为N，N取值为4～12。

5.如权利要求1所述的一种自适应智能橡胶密封装置，其特征在于：所述光纤光栅应力传感器(8)的封装方式为将碳纤维配合环氧树脂胶无缝缠绕在圆柱体光纤光栅上，形成复合体，或者采用毛细钢管封装。

6.上述任意一项权利要求所述的一种自适应智能橡胶密封装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)光纤光栅应力传感器对密封唇与旋转轴之间的抱紧力进行实时监测，经光纤光栅解调仪处理后判断密封界面的接触状态变化，为抱紧力补偿提供信息反馈，将应变信息传入控制器进行处理；当弹性体受压使光纤光栅产生应力变化时，将导致光栅周期Λ和光纤纤芯有效折射率n_eff变化，产生波长漂移Δλ_B，光纤光栅的布拉格波长表达式为λ_B＝2n_effΛ；波长λ_B与应变Δε的对应关系为Δλ_B/λ_B＝(1-P_e)Δε，P_e为光纤光栅弹光系数，外界应力变化与波长的变化呈线性关系，根据波长λ_B的变化信息可以得到应力变化Δε的信息，即为抱紧力调节量；

(2)根据抱紧力调节量Δε，通过控制器控制电压调节器，调节电源电压，改变输入励磁线圈的电压值，进而改变励磁线圈产生的磁场强度，磁控形状记忆合金弹簧的刚度随磁场强度的变化而变化，从而实现弹簧的压缩和伸张，进而调节抱紧力大小，保持密封的稳定有效。