一種高壓形變跨尺度型孔織構的箔片端面氣膜密封結構制造技術

一種高壓形變跨尺度型孔織構的箔片端面氣膜密封結構，包括氣膜密封的動環和靜環；動環或靜環中至少一個密封環的密封端面是帶箔片端面，帶箔片端面的密封環包括圓環狀的環本體、環形箔片和緊固螺釘，環本體外側微幅凹陷形成圓環形凹面，環本體內側微幅凸起形成圓環形臺階；圓環形臺階的上表面形成密封壩，圓環形凹面上開有若干個依照旋轉中心對稱分布的型孔，型孔深度為微米級，沿圓周方向均勻分布形成型孔環帶，沿徑向分布形成型孔列，所述型孔列的外公切線經過圓環形凹面的圓心，型孔環帶之間或型孔列之間均形成密封堰區；環形箔片下表面與環本體圓環形凹面緊貼、上表面與密封壩齊平，所述環形箔片通過螺釘與環本體固定。

【技術實現步驟摘要】
(一)
本技術涉及機械端面密封結構設計
，具體涉及一種基于跨尺度波度形變機制的箔片端面氣膜密封結構，特別適用于高壓旋轉機械的軸端密封裝置。(二)
技術介紹
氣膜端面密封作為一種氣體潤滑非接觸式機械密封形式以其低泄漏、低功耗、長壽命等顯著的性能優勢在旋轉機械的軸端密封上獲得廣泛應用，如壓縮機、泵、反應釜及風機等旋轉機械的軸端密封。眾所周知，波度密封是通過在密封環端面上人為加工微米級周向波度，借助周向波度形成氣體動壓效應，最終將密封端面打開實現非接觸，但目前微米級周向波度加工困難且加工成本較高，同時一旦波度加工成型，其波度形貌將無法隨外界工況變化而進行自適應性調節。近年來，隨著石化行業與航天航空的快速發展，要求氣膜端面密封能夠適應高參數、變工況及惡劣的密封環境，而隨著“可控”以及“自適應”技術的快速發展，給機械密封端面“動態”波度的設計提供了新的思路。箔片軸承作為“自適應”技術發展的產物，借助箔片變形與膜壓之間的自適應調節，使其具有動態穩定性高、耐沖擊振動且對轉子同心度要求低等優點，借鑒箔片軸承的相關原理并借助箔片的優良特性，使箔片端面密封隨密封介質壓力變化的“動態”波度設計成為可能。(三)
技術實現思路
本技術要解決現有技術的密封端面周向波度加工困難且一次加工成型后無法隨工況及膜壓變化的缺陷，提供一種端面周向波度形成容易、可隨膜壓變化并調控膜壓變化從而達到動態平衡的箔片端面氣膜密封結構。本技術是通過以下技術方案來實現：一種高壓形變跨尺度型孔織構的箔片端面氣膜密封結構，包括氣膜密封的動環和靜環；所述動環或靜環中至少一個密封環的密封端面是帶箔片端面，所述帶箔片端面的密封環包括圓環狀的環本體1、環形箔片5和緊固螺釘6，所述環本體外側微幅凹陷形成圓環形凹面，環本體內側微幅凸起形成圓環形臺階；所述圓環形臺階的上表面形成密封壩4，所述圓環形凹面上開有若干個依照旋轉中心對稱分布的型孔2，所述型孔深度為微米級，沿圓周方向均勻分布形成型孔環帶，沿徑向分布形成型孔列，所述型孔列的外公切線經過圓環形凹面的圓心，型孔環帶之間的區域和型孔列之間的區域形成密封堰區3；所述環形箔片5的下表面與環本體圓環形凹面緊貼、上表面與密封壩齊平，所述環形箔片5通過緊固螺釘6與環本體1固定。進一步，所述型孔深度取值范圍為2～10μm，型孔直徑取值范圍為1～5mm。進一步，同一型孔列的兩條外公切線的夾角θg與相鄰兩型孔列的相鄰外公切線夾角θl的比值θg/θl的取值范圍為0.25～1.5。更進一步，所述型孔形狀可以是圓形、橢圓形、橄欖形或其它規則形狀。本技術工作原理：本技術提供的基于箔片在高壓下產生形變并借助微米級深度、毫米級直徑型孔的約束作用，使箔片密封面形成跨尺度波度尺度特征的箔片端面氣膜密封結構，具體描述為：在環本體圓環形凹面上開有若干個依照旋轉中心對稱分布的型孔，所述型孔深度為微米級，沿圓周方向均勻分布形成型孔環帶，沿徑向分布形成型孔列，所述型孔列的外公切線經過圓環形凹面的圓心，型孔環帶之間或型孔列之間均形成密封堰區；箔片通過螺釘與環本體裝配后，型孔上方的箔片區域受力作用易發生凹陷。當密封腔內存在一定的介質壓力時，在氣體靜壓作用下，型孔上方的箔片區域發生變形，箔片向型孔中發生微米級凹陷，型孔列之間的堰區上方的箔片發生微米級上凸，從而使箔片在產生軸向和周向形變為跨尺度的周向波度，波的個數取決于周向型孔的個數。密封運轉后，箔片端面形成的周向波度形變將使密封端面產生一定的氣體動壓效應并使端面開啟，當密封工況發生變化或受到外界擾動時，密封端面膜壓將發生變化，膜壓的變化造成箔片端面周向波度形貌、尺度的變化，從而進一步影響氣體動壓效應，最終使得膜壓與波度形貌、尺度之間進行自適應協調，因此可有效保證膜壓與膜厚變化處于動態平衡的狀態；另外，每個波形作為單獨的自適應單元，可進行局部微調，同時波與波之間形變的協同作用又可強化密封運行的動態穩定性；在密封轉速升高時，波形背風側壓力降低使得該處箔片發散型變形減小，抑制了負壓效應的形成。本技術具有以下有益效果：膜壓變化與箔片端面跨尺度周向波度形貌之間的相互影響可形成流體動壓效應的自動調控機制，提高密封運行的動態穩定性，同時可有效避免負壓效應的生成，具有抗擾動能力強、動態穩定性佳、泄漏小、可靠性高、可適應高壓及變工況環境等優點。(四)附圖說明圖1為本技術的爆炸示意圖。圖2為本技術的裝配示意圖。圖3為本技術的環本體結構示意圖。圖4為本技術的型孔位置布置示意圖。圖5為本技術的箔片結構示意圖。其中：1-環本體；2-型孔；3-堰區；4-密封壩；5-箔片；6-螺釘；7-型孔列的外公切線。(五)具體實施方式下面結合附圖對本技術的技術方案進行詳細說明。參照圖1至圖5所示，高壓形變跨尺度型孔織構的箔片端面氣膜密封結構，包括氣膜密封的動環和靜環；所述動環或靜環中至少一個密封環的密封端面是帶箔片端面，所述帶箔片端面的密封環包括圓環狀的環本體1、環形箔片5和緊固螺釘6，所述環本體外側微幅凹陷形成圓環形凹面，環本體內側微幅凸起形成圓環形臺階；所述圓環形臺階的上表面形成密封壩4，所述圓環形凹面上開有若干個依照旋轉中心對稱分布的型孔2，所述型孔深度為微米級，沿圓周方向均勻分布形成型孔環帶，沿徑向分布形成型孔列，所述型孔列的外公切線經過圓環形凹面的圓心，型孔環帶之間的區域和型孔列之間的區域形成密封堰區3；所述環形箔片5的下表面與環本體圓環形凹面緊貼、上表面與密封壩齊平，所述環形箔片5通過緊固螺釘6與環本體1固定。型孔2上方的箔片區域受力易凹陷，型孔2上方的箔片區域的凹陷造成堰區3上方的箔片凸起，因此在氣膜壓力的作用下環形箔片5將形成周向波度。所述型孔的槽深取值范圍為2～10μm，直徑取值范圍為1～5mm，箔片5在膜壓作用下形成的波度在軸向上為微米級尺度，在周向上為毫米級尺度。同一型孔列的兩條外公切線7的夾角θg與相鄰的兩型孔列的相鄰外公切線7的夾角θl的比值(θg/θl)的取值范圍為0.25～1.5。所述型孔形狀可以是圓形、橢圓形、橄欖形或其它周線為圓滑曲線構成的規則形狀，所述型孔的底面為平底面、圓弧面、拋物面或錐面。本說明書實施例所述內容僅僅是對技術構思的實現形式的列舉，本技術的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本技術的保護范圍也包括本領域技術人員根據本技術構思所能夠想到的等同技術手段。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高壓形變跨尺度型孔織構的箔片端面氣膜密封結構，包括氣膜密封的動環和靜環；所述動環或靜環中至少一個密封環的密封端面是帶箔片端面，所述帶箔片端面的密封環包括圓環狀的環本體、環形箔片和緊固螺釘，所述環本體外側微幅凹陷形成圓環形凹面，環本體內側微幅凸起形成圓環形臺階；所述圓環形臺階的上表面形成密封壩，所述圓環形凹面上開有若干個依照旋轉中心對稱分布的型孔，所述型孔深度為微米級，沿圓周方向均勻分布形成型孔環帶，沿徑向分布形成型孔列，所述型孔列的外公切線經過圓環形凹面的圓心，型孔環帶之間的區域和型孔列之間的區域形成密封堰區；所述環形箔片下表面與環本體圓環形凹面緊貼、上表面與密封壩齊平，所述環形箔片通過螺釘與環本體固定。

【技術特征摘要】
1.一種高壓形變跨尺度型孔織構的箔片端面氣膜密封結構，包括氣膜密封的動環和靜環；所述動環或靜環中至少一個密封環的密封端面是帶箔片端面，所述帶箔片端面的密封環包括圓環狀的環本體、環形箔片和緊固螺釘，所述環本體外側微幅凹陷形成圓環形凹面，環本體內側微幅凸起形成圓環形臺階；所述圓環形臺階的上表面形成密封壩，所述圓環形凹面上開有若干個依照旋轉中心對稱分布的型孔，所述型孔深度為微米級，沿圓周方向均勻分布形成型孔環帶，沿徑向分布形成型孔列，所述型孔列的外公切線經過圓環形凹面的圓心，型孔環帶...

【專利技術屬性】
技術研發人員：彭旭東，陳源，江錦波，李紀云，
申請(專利權)人：浙江工業大學，
類型：新型
國別省市：浙江;33