本實用新型涉及盾構機、TBM等的主軸承潤滑系統的密封技術領域，特別涉及一種盾構機主軸承密封系統密封性能試驗裝置。

背景技術：

盾構機、TBM等隧道掘進機是地下掘進盾構施工中的主要施工機械，它在防止軟基開挖面崩塌或保持開挖面穩定的同時，可在機內安全地進行隧洞的開挖和襯砌作業，目前在我國的城市地鐵、過江公路隧道、跨海隧道等大型隧道工程項目中得到了廣泛的應用。盾構機主軸承是盾構機的核心部件，起著支撐盾構刀盤并使之回轉破巖的作用。在施工過程中，隧道掘進機承受的水土壓力很高，如果主軸承潤滑油泄漏或者泥水、沙礫及渣土進入主軸承潤滑系統，將導致主軸承和齒輪副的迅速破壞。破壞的主軸承需從盾構機上方開挖豎井吊出更換，難度非常大，將給盾構施工帶來不可估量的損失。

潤滑系統是通過主驅動密封組件與外界隔離，防止泥水、沙礫及渣土進入主軸承潤滑系統，主驅動密封組件設置在筒形密封支撐和密封襯套之間的間隙中，主驅動密封組件的唇形密封環與密封襯套之間相對轉動，一般在主驅動密封組件在間隙中隔出的密封油腔中注入潤滑油以減小摩擦。密封油腔中注入的潤滑油的種類、密封油腔中注入的潤滑油的壓力、主軸承的轉速以及唇形密封環所受到的外界泥水的壓力等因素會影響主驅動密封組件的密封性能。

隨著國內市場盾構機及TBM等隧道掘進機的數量不斷增多，針對隧道施工中承受高壓帶來的風險，為了隧道施工過程中更穩更安全，降低設備施工風險和維修成本，盾構機主軸承密封系統需在相關試驗臺上模擬運轉試驗成功后才在新開發的的設備上使用。目前，還沒有一種能夠對主驅動密封組件的密封性能進行試驗的裝置。

基于上述原因，有必要提供一種盾構機主軸承密封系統密封性能試驗裝置。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是提供一種盾構機主軸承密封系統密封性能試驗裝置，該試驗裝置能夠模擬盾構機主軸承密封系統的工況條件，并對盾構機主軸承的密封系統密封性能進行試驗。

為解決上述技術問題，本實用新型盾構機主軸承密封系統密封性能試驗裝置采用的一個技術方案是：提供一種盾構機主軸承密封系統密封性能試驗裝置，該試驗裝置包括：固定架和安裝在該固定架上的第一外筒；同軸套設在該第一外筒內部的第一內筒，該第一內筒的外壁與該第一外筒的內壁之間形成用于設置第一待測主驅動密封組件的第一間隙，該第一外筒的筒壁上開設有徑向的潤滑油灌注孔；安裝在該固定架上的驅動裝置，該第一內筒的左端與該驅動裝置相連接并由該驅動裝置帶動旋轉，進而相對于該第一外筒轉動；安裝在該固定架上的第二外筒，以及同軸套設在該第二外筒內部的第二內筒，該第二內筒的外周壁與該第二外筒的內周壁之間形成用于設置第二待測主驅動密封組件的第二間隙，該第二外筒的筒壁上開設有徑向的潤滑油灌注孔；該第二內筒與該第一內筒的外徑相同，該第二內筒的左端與該第一內筒的右端同軸密封固定連接；該第二外筒與該第一外筒的內徑相同，該第一外筒的右端密封連接有第一壓環，該第二外筒的左端密封連接有第二壓環，該第一壓環與該第二壓環通過連接筒密封連接在一起，該連接筒上開設有徑向的泥水灌注孔。

在本實用新型盾構機主軸承密封系統密封性能試驗裝置的另一個實施例中，該驅動裝置包括安裝在該固定架上的液壓馬達和主軸承，該主軸承的外圈固定在該固定架上，該主軸承的內圈設置有內齒，該液壓馬達的軸端連接與該主軸承嚙合的主動齒輪，該第一內筒的左端固定連接在該主軸承的內圈上。

在本實用新型盾構機主軸承密封系統密封性能試驗裝置的另一個實施例中，在該第一外筒的筒壁上軸向間隔開設四組潤滑油灌注孔，每組在周向設置至少一個潤滑油灌注孔；在該第二外筒的筒壁上軸向間隔開設三組潤滑油灌注孔，每組在周向設置至少一個潤滑油灌注孔。

在本實用新型盾構機主軸承密封系統密封性能試驗裝置的另一個實施例中，在該第一內筒和第二內筒的筒壁上均開設用于安裝溫度傳感器的潤滑油溫度檢測孔。

在本實用新型盾構機主軸承密封系統密封性能試驗裝置的另一個實施例中，該固定架上設置有用于測量該主軸承的轉速的測速傳感器。

在本實用新型盾構機主軸承密封系統密封性能試驗裝置的另一個實施例中，該連接筒的筒壁上開設用于連接安全閥的安全閥孔和用于連接壓力傳感器或壓力表的壓力檢測孔。

在本實用新型盾構機主軸承密封系統密封性能試驗裝置的另一個實施例中，該液壓馬達為三個雙排量液壓馬達，該雙排量液壓馬達各連接一個主動齒輪，三個主動齒輪均與該主軸承嚙合；在該第二外筒的右端設置觀察側板，該觀察側板上設置觀察孔。

通過上述方案，本實用新型的有益效果是：本實用新型盾構機主軸承密封系統密封性能試驗裝置包括：固定架和安裝在該固定架上的第一外筒；同軸套設在該第一外筒內部的第一內筒，該第一內筒的外壁與該第一外筒的內壁之間形成用于設置第一待測主驅動密封組件的第一間隙，該第一外筒的筒壁上開設有徑向的潤滑油灌注孔；安裝在該固定架上的驅動裝置，該第一內筒的左端與該驅動裝置相連接并由該驅動裝置帶動旋轉，進而相對于該第一外筒轉動；第二內筒，該第二內筒與該第一內筒的外徑相同，該第二內筒的左端與該第一內筒的右端同軸密封固定連接；第二外筒，該第二外筒同軸套設在該第二內筒的外部，該第二外筒的內壁與該第二內筒的外壁之間形成用于設置第二待測主驅動密封組件的第二間隙，該第二外筒的筒壁上開設有徑向的潤滑油灌注孔；該第二外筒與該第一外筒的內徑相同，該第二外筒的左端密封連接有第二壓環，該第一外筒的右端密封連接有第一壓環，該第一壓環與該第二壓環通過連接筒密封連接在一起，該連接筒上開設有徑向的泥水灌注孔，且該第二外筒固定在該固定架上。

通過向壓力腔中灌注泥水，模擬主軸承的密封系統的工況，在第一間隙和第二間隙中分別設置第一待測主驅動密封組件和第二待測主驅動密封組件，兩種待測主驅動密封組件中的唇形密封環的類型不同，密封油腔中注入不同類型的潤滑油，并改變密封油腔中潤滑油的壓力，在不同試驗條件下同時對兩種類型的唇形密封環進行試驗。由液壓馬達通過齒輪圈帶動第一內筒和第二內筒轉動，模擬真實工況下刀盤的轉動，觀察唇形密封環的壓力承載能力和磨損情況。

總之，通過改變試驗條件來進行不同的測試，通過一系列的傳感器監測主軸承的運轉及主驅動密封組件的密封情況，從觀察孔可直觀看出試驗裝置是否泄漏泥水。將試驗得到的數據反饋到新設備的研發中，在新研發的設備上采取性能最優的密封方案，同時反饋到在真實工況下運行的設備上，降低設備施工風險，降低維修成本，使隧道施工更穩定安全。

附圖說明

圖1是本實用新型盾構機主軸承密封系統密封性能試驗裝置實施例1的剖視圖；

圖2是圖1中A部分中第一外筒、第一內筒、第二外筒以及第二內筒之間連接關系的放大圖；

圖3是本實用新型盾構機主軸承密封系統密封性能試驗裝置實施例2的左視圖。

具體實施方式

為了便于理解本實用新型，下面結合附圖和具體實施例，對本實用新型進行更詳細的說明。附圖中給出了本實用新型的較佳的實施例。但是，本實用新型可以以許多不同的形式來實現，并不限于本說明書所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本實用新型的公開內容的理解更加透徹全面。

需要說明的是，除非另有定義，本說明書所使用的所有的技術和科學術語與屬于本實用新型的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。在本實用新型的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是用于限制本實用新型。本說明書所使用的術語“和/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

下面結合附圖，對本實用新型的各實施例進行詳細說明。

實施例1

請一并參閱圖1和圖2，圖1是本實用新型盾構機主軸承密封系統密封性能試驗裝置實施例1的剖視圖，圖2是圖1中A部分中第一外筒、第一內筒、第二外筒以及第二內筒之間連接關系的放大圖。

本實用新型試驗裝置包括：固定架5和安裝在固定架5上的第一外筒2，同軸套設在第一外筒2內部的第一內筒1，第一內筒1的外壁與第一外筒2的內壁之間形成用于設置第一待測主驅動密封組件的第一間隙3，第一外筒2的筒壁上開設有徑向的潤滑油灌注孔4，第一待測主驅動密封組件包括至少一個第一唇形密封環901，第一唇形密封環901在第一間隙3中隔出密封油腔401，密封油腔通過潤滑油灌注孔4注入潤滑油，第一唇形密封環901的兩側設置壓環902，壓環902固定設置在第一外筒2的內壁上，且與第一外筒2的內壁之間通過O型圈密封。

該試驗裝置還包括安裝在固定架5上的驅動裝置，第一內筒1的左端與驅動裝置相連接并由驅動裝置帶動旋轉，進而相對于第一外筒2轉動，盾構機掘進時，通過主軸承帶動刀盤不斷挖掘掌子面，本試驗裝置通過驅動裝置帶動主軸承轉動模擬真實工況。

還包括第二內筒11和第二外筒12，第二內筒11與第一內筒1的外徑相同，第二內筒11的左端與第一內筒1的右端同軸密封固定連接；第二外筒12同軸套設在第二內筒11的外部，第二外筒12的內壁與第二內筒11的外壁之間形成用于設置第二待測主驅動密封組件的第二間隙15，第二外筒12的筒壁上開設有徑向的潤滑油灌注孔；第二外筒12與第一外筒11的內徑相同，第二外筒12的左端密封連接有第二壓環13，第一外筒11的右端密封連接有第一壓環14，第一壓環14與第二壓環13通過連接筒10密封連接在一起，連接筒10上開設有徑向的泥水灌注孔，且第二外筒12固定在固定架5上。第二間隙中設置的第二待測主驅動密封組件包括第二唇形密封環903，第二唇形密封環903與第一唇形密封環901類型不同，因此本試驗裝置可同時測試兩種不同類型的唇形密封環的密封性能。

固定架5包括第一安裝板501和第二安裝板502，第一安裝板501和第二安裝板502將第一內筒、第一外筒、第二內筒、第二外筒夾在中間并起到支撐作用。

第一間隙3和第二間隙15貫通，在第一間隙3和第二間隙15中分別設置第一待測主驅動密封組件和第二待測主驅動密封組件后，第一間隙3和第二間隙15中間隔出壓力腔7，通過連接筒10上的泥水灌注孔向壓力腔7中灌注注壓泥水，第一主驅動密封組件和第二主驅動密封組件在第一間隙3和第二間隙15中起到密封的作用，防止壓力腔7中的泥水由第一間隙3的右端滲透到左端，以及防止壓力腔7中的泥水由第二間隙15的左端滲透到右端。通過試驗，來測試第一待測主驅動密封組件和第二待測主驅動密封組件對第一間隙3和第二間隙15的密封性能。

驅動裝置包括安裝在第一安裝板501上的液壓馬達601和主軸承603，主軸承603的外圈固定在第一安裝板501上，主軸承603的內圈設置有內齒，液壓馬達601的軸端連接與主軸承603嚙合的主動齒輪602，第一內筒1的左端固定連接在主軸承603的內圈上，第一內筒1的左端沿徑向向內擴展形成連接環101，連接環101用于與主軸承603的內圈固定連接，而主軸承603相當于盾構機中用于帶動刀盤轉動的軸承，連接環101的右端的端面與第一內筒1的內壁之間設置肋板102，用于增強連接環101的承載能力，主軸承603的的內圈轉動時帶動第一內筒1轉動。

在第一外筒2的筒壁上軸向間隔開設四組潤滑油灌注孔4，每組在周向設置至少一個潤滑油灌注孔，在第二外筒12的筒壁上軸向間隔開設三組潤滑油灌注孔4，每組在周向設置至少一個潤滑油灌注孔。設置多組潤滑油灌注孔的原因是，在試驗時，第一待測主驅動密封組件和第二待測主驅動密封組件會在第一間隙和第二間隙中隔出多個密封油腔401，每個密封油腔401都需要通過相應的潤滑油灌注孔灌注潤滑油。優選的，每組潤滑油灌注孔4在周向均設置六個，在需要灌注潤滑油時，可以用六個潤滑油灌注孔同時灌注，這樣密封油腔中的潤滑油分布均勻且潤滑油壓力均勻，對唇形密封環起到更好的潤滑效果。

在第一內筒1和第二內筒11的筒壁上均開設用于安裝溫度傳感器的潤滑油溫度檢測孔，該潤滑油溫度檢測孔用于安裝溫度傳感器16，試驗過程中，由于第一唇形密封環901與第一內筒1之間以及第二唇形密封環903與第二內筒11之間有轉動摩擦，密封油腔401中的潤滑油溫度會升高，通過溫度傳感器16來測試潤滑油的溫度變化，進而監測第一唇形密封環901與第一內筒1之間以及第二唇形密封環903與第二內筒11之間的摩擦情況。

固定架5上設置有用于測量主軸承603的轉速的測速傳感器17，主軸承603的轉速對第一唇形密封環901和第二唇形密封環903的磨損影響很大，所以需要監測其轉速。

連接筒10的筒壁上還開設用于連接安全閥的安全閥孔和用于連接壓力傳感器或壓力表的壓力檢測孔，壓力腔7中注壓泥水的壓力需要觀察記錄，一方面是因為注壓泥水的壓力是一種試驗條件需要觀測記錄，比如壓力腔7中注壓泥水的壓力可以設置為3bar或5bar等不同的壓力；另一方面是因為實時監測注壓泥水的壓力，防止試驗時壓力過大產生危險。安全閥則可保證壓力腔7中注壓泥水的壓力在安全范圍內。在這里，壓力腔中的注壓泥水是通過壓力罐注入的，壓力罐中儲存帶壓泥水，且壓力罐通過管道連通到連接筒10上的泥水灌注孔。

在第二外筒12的右端設置觀察側板18，該觀察側板18上設置觀察孔，通過該觀察孔處觀察壓力腔中的泥水是否由第一間隙的左端或第二間隙的右端泄露。實驗時，如果潤滑油灌注孔不灌注潤滑油，也可在潤滑油灌注孔處觀察泥水是否有泄露。

實施例2

請參閱圖3，圖3是本實用新型盾構機主軸承密封系統密封性能試驗裝置實施例2的左視圖。

實施例2是對實施例1的進一步改進，包括了實施例1中相同的技術特征，該試驗裝置的驅動裝置中的液壓馬達601為三個雙排量液壓馬達，雙排量液壓馬達各連接一個主動齒輪，三個主動齒輪均與主軸承嚙合，主軸承的直徑很大，為保證驅動裝置有足夠動力帶動主軸承轉動，故設置三個液壓馬達601，而雙排量液壓馬達便于主軸承轉速的調節。

對于本實用新型上述盾構機主軸承密封系統密封性能試驗裝置，可以采用下述具體方法進行試驗，該方法包括：

第一步，在第一間隙和第二間隙中分別設置第一待測主驅動密封組件和第二待測主驅動密封組件。該步中，第一待測主驅動密封組件和第二待測主驅動密封組件分別包括第一唇形密封環和第二唇形密封環。

第二步，在第一內筒和第二內筒上的潤滑油溫度檢測孔安裝溫度傳感器，在連接筒上的安全閥孔安裝安全閥，并在連接筒上的壓力檢測孔連接壓力傳感器或壓力表。

第三步，向第一待測主驅動密封組件在第一間隙中隔出的密封油腔和第二待測主驅動密封組件在第二間隙中隔出的密封油腔中注入潤滑油。第一步中的第一唇形密封環和第二唇形密封環在第一間隙和第二間隙中隔出密封油腔，每個密封油腔對應一組潤滑油灌注孔，通過潤滑油灌注孔向相應的密封油腔中注入潤滑油，注入的潤滑油的壓力的大小以及潤滑油的種類都可以不同。

第四步，向壓力腔中填充注壓泥水，壓力腔中填充的注壓泥水壓力的不同對第一待測主驅動密封組件和第二待測主驅動密封組件密封性能的影響不同，壓力越大，待測主驅動密封組件承載的壓力也就越大。

第五步，設置主軸承的轉速和運轉時間并進行試驗，記錄試驗結果；主軸承的轉速和運轉時間對第一待測主驅動密封組件和第二待測主驅動密封組件的磨損有很大影響，轉速越快時間越長，則待測主驅動密封組件的磨損越嚴重。

第六步，拆卸主驅動密封組件和各外聯設備。該步驟中的外聯設備包括用于為密封油腔灌注潤滑油的油泵、用于向壓力腔中填充注壓泥水的壓力罐、第一內筒和第二內筒上的潤滑油溫度檢測孔安裝的溫度傳感器、連接筒上的安全閥孔安裝的安全閥以及連接筒上的壓力檢測孔連接壓力傳感器或壓力表等。

在測試主題為“組合唇形密封環的高速高壓密封性能測試”下，即第一待測主驅動密封組件和第二待測主驅動密封組件分別由多個第一唇形密封環和第二唇形密封環組成，且主軸承帶動第一內筒和第二內筒轉動速度設置為快速，壓力腔中的注壓泥水壓力較高，在這樣的條件下，進行試驗，觀察第一待測主驅動密封組件和第二待測主驅動密封組件的密封性能。該方法的測試目的主要是檢驗盾構機主軸承密封系統在主軸承高速運轉條件下的密封性能，檢驗運動沖擊對密封性能造成的影響，該方法的具體步驟包括：

該第一步在第一間隙中設置的第一待測主驅動密封組件包括三個間隔設置的第一唇形密封環，三個第一唇形密封環在第一間隙中隔出兩個密封油腔；在第二間隙中設置的第二待測主驅動密封組件包括三個間隔設置的第二唇形密封環，三個第二唇形密封環在第二間隙中也隔出兩個密封油腔；

該第二步向密封油腔中注入潤滑油具體為：向第一待測主驅動密封組件在第一間隙中隔出的兩個密封油腔中分別注入齒輪油和EP2潤滑脂，向第二待測主驅動密封組件在第二間隙中隔出的兩個密封油腔中也分別注入齒輪油和EP2潤滑脂(EP2潤滑脂是埃克森美孚潤滑油公司生產的一種型號的潤滑脂)；齒輪油均連續供給，當齒輪油壓力達到1bar(1bar＝100兆帕)時停止泵送，EP2潤滑脂均連續供給，當EP2潤滑脂壓力達到2.8bar～3.2bar范圍內時停止泵送；

該第四步向壓力腔中填充5bar的注壓泥水；

該第五步設置主軸承的轉速為10轉/分鐘，運轉時間為30分鐘；記錄試驗結果包括：從觀察孔觀察第一間隙的左端和所述第二間隙的右端是否泄漏泥水，并每隔2分鐘記錄齒輪油的溫度變化。

在測試條件為“組合唇形密封環低速承壓磨損測試”下，即第一待測主驅動密封組件和第二待測主驅動密封組件分別由多個第一唇形密封環和第二唇形密封環組成，且主軸承帶動第一內筒和第二內筒轉動速度設置為低速，但轉動時間長，壓力腔中注入帶有一定壓力的注壓泥水，在這樣的條件下，進行試驗，觀察第一唇形密封環和第二唇形密封環的磨損量以及密封性能。該方法的測試目的主要是檢驗盾構機主軸承密封系統在主軸承較長時間運轉條件下的密封性能，是對密封性能的疲勞性檢驗，該方法具體步驟包括：

該第一步在所述第一間隙中設置的第一待測主驅動密封組件包括三個間隔設置的第一唇形密封環，三個第一唇形密封環在第一間隙中隔出兩個密封油腔；在第二間隙中設置的第二待測主驅動密封組件包括三個間隔設置的第二唇形密封環，三個第二唇形密封環在第二間隙中也隔出兩個密封油腔；

該第二步向密封油腔中注入潤滑油具體為：向第一待測主驅動密封組件在第一間隙中隔出的兩個密封油腔中分別注入齒輪油和EP2潤滑脂，向第二待測主驅動密封組件在第二間隙中隔出的兩個密封油腔中也分別注入齒輪油和EP2潤滑脂；齒輪油均連續供給，當齒輪油壓力達到1bar時停止泵送，EP2潤滑脂均連續供給，當EP2潤滑脂壓力達到1.8bar～2.2bar范圍內時停止泵送；

該第四步中向壓力腔中填充3bar的注壓泥水；

該第五步中設置主軸承的轉速為5轉/分鐘，運轉時間為240分鐘；記錄試驗結果包括：從觀察孔觀察第一間隙的左端和第二間隙的右端是否泄漏泥水，并每隔10分鐘記錄齒輪油的溫度變化。第一間隙的左端和第二間隙的右端是否泄漏泥水代表第一唇形密封環和第二唇形密封環的耐磨損能力以及密封性能，齒輪油的溫度變化代表第一唇形密封環和第二唇形密封環與第一內筒和第二內筒之間的摩擦的大小，溫度變化越大則摩擦越大。

該第六步中拆卸主驅動密封組件后，觀察第一唇形密封環和第二唇形密封環的磨損量。

基于以上實施例，本實用新型提供的盾構機主軸承密封系統密封性能試驗裝置包括：固定架和安裝在固定架上的第一外筒；同軸套設在第一外筒內部的第一內筒，第一內筒的外壁與第一外筒的內壁之間形成用于設置第一待測主驅動密封組件的第一間隙，第一外筒的筒壁上開設有徑向的潤滑油灌注孔；安裝在固定架上的驅動裝置，第一內筒的左端與驅動裝置相連接并由驅動裝置帶動旋轉，進而相對于第一外筒轉動；第二內筒，第二內筒與第一內筒的外徑相同，第二內筒的左端與第一內筒的右端同軸密封固定連接；第二外筒，第二外筒同軸套設在第二內筒的外部，第二外筒的內壁與第二內筒的外壁之間形成用于設置第二待測主驅動密封組件的第二間隙，第二外筒的筒壁上開設有徑向的潤滑油灌注孔；第二外筒與第一外筒的內徑相同，第二外筒的左端密封連接有第二壓環，第一外筒的右端密封連接有第一壓環，第一壓環與第二壓環通過連接筒密封連接在一起，連接筒上開設有徑向的泥水灌注孔，且第二外筒固定在固定架上。

通過向壓力腔中灌注泥水，模擬主軸承的密封系統的工況，在第一間隙和第二間隙中分別設置第一待測主驅動密封組件和第二待測主驅動密封組件，兩種待測主驅動密封組件中的唇形密封環的類型不同，密封油腔中注入不同類型的潤滑油，并改變密封油腔中潤滑油的壓力，在不同試驗條件下同時對兩種類型的唇形密封環進行試驗。由液壓馬達通過齒輪圈帶動第一內筒和第二內筒轉動，模擬真實工況下刀盤的轉動，觀察唇形密封環的壓力承載能力和磨損情況。

總之，通過改變試驗條件來進行不同的測試，通過一系列的傳感器監測主軸承的運轉及主驅動密封組件的密封情況，從觀察孔可直觀看出試驗裝置是否泄漏泥水。將試驗得到的數據反饋到新設備的研發中，在新研發的設備上采取性能最優的密封方案，同時反饋到在真實工況下運行的設備上，降低設備施工風險，降低維修成本，使隧道施工更穩定安全。

以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均包括在本實用新型的專利保護范圍內。