一種分子牽引型真空動密封結構和超高速真空旋轉設備制造技術

本發明專利技術公開了一種分子牽引型真空動密封結構和超高速真空旋轉設備，該分子牽引型真空動密封結構用于轉子和真空腔室二者之間的動密封，所述轉子的密封面和所述真空腔室的密封面二者之間形成密封間隙，所述真空腔室的密封面上設有導引槽，所述導引槽的出口與排氣腔連通，其中，高速旋轉的所述轉子將動量傳遞給氣體分子，所述氣體分子在所述導引槽內被牽引至所述排氣腔中排出。本發明專利技術利用線速度達到分子熱運動速度的剛體表面對氣體分子的牽引作用，實現超高速旋轉條件下對大直徑真空室的真空動密封。利用該結構，可以實現大直徑轉子超高速旋轉時，裝置兩端的氣壓從105Pa到10?7Pa的跨越。

Molecular traction type vacuum dynamic sealing structure and ultrahigh speed vacuum rotating equipment

The invention discloses a molecular traction type vacuum dynamic sealing structure and ultra high speed rotary vacuum equipment, the molecular dynamic traction type vacuum for vacuum chamber between the rotor and the two seal sealing structure, sealing the gap formed between the sealing surface of the rotor and the vacuum chamber of the sealing surface of the sealing surface of the two. The vacuum chamber is provided with a guide groove, the guide groove communicated with outlet and exhaust, the high-speed rotation of the rotor of the momentum transfer to the gas molecules of the gas molecules in guide grooves is drawn into the exhaust gas discharged in the cavity. The invention utilizes the linear speed to achieve the traction effect of the rigid surface of the molecular thermal motion speed on the gas molecule, and realizes the vacuum dynamic sealing of the large diameter vacuum chamber under the condition of the super high speed rotation. With this structure, can achieve a large diameter rotor ultra high rotation speed, pressure across the device from 105Pa to 10 7Pa across.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種分子牽引型真空動密封結構和超高速真空旋轉設備，用于在高速和超高速旋轉運行時，在固定設備與運動的旋轉系統之間保持一定的真空度，實現高速和超高速旋轉設備系統高真空動密封；本專利技術還涉及使用該真空動密封結構的超高速真空旋轉設備。
技術介紹
隨著科技的發展，工業、醫學、科研等領域很多大型的裝置均涉及到高速和超高速旋轉下將運動傳遞至真空室內的問題，即需要真空動密封完成真空室與外部環境之間的密封，防止氣體泄露入真空室內，例如真空閥門的開啟與關閉，真空冶金設備的送料、拉錠、澆注，真空鍍膜機工件架的旋轉，特種加速器靶系統等。其中，加速器型氘氚聚變中子源利用強流氘離子束轟擊氚靶發生氘氚聚變反應產生14MeV高能聚變中子，可應用于中子物理、核醫學、輻射防護及核技術應用等研究領域，是先進核能與核技術應用研究的必備大科學裝置。針對超高流強氘氚聚變中子源，強流離子束的轟擊會在中子源的末端氚靶系統的靶片上沉積大量的熱量，靶點的瞬間熱流密度最高可達數百千瓦。如不能對靶片進行有效的冷卻散熱，會在引起靶片溫度會急劇升高，在毫秒內即可將靶片熔穿，造成中子源毀損和氚大量釋放的嚴重事故。針對靶片散熱，目前國內外強流中子源普遍采用高速旋轉靶系統，利用高速旋轉將對靶點散熱轉化為對旋轉的環帶散熱，并結合高效散熱結構。目前，強流中子源氚靶系統中靶片的線速度可高達每秒數百米以上。為保證氘離子束的束流傳輸效率，束流傳輸管道需要保持10-4～10-6Pa的真空環境，而在高速旋轉靶系統中，旋轉的氚靶與固定的加速器之間存在泄露面。因此，在高速旋轉的氚靶與固定的加速器之間需要使用真空動密封結構以達到阻止外部氣體進入真空腔室內的目的。國內外公開報道的可應用于高速旋轉的真空動密封技術有磁流體密封、干氣密封等，但這些技術存在應用轉速無法繼續提高、使用壽命短、需要定期更換零件的缺點。針對中子產額為1014-1016n/s的超高流強氘氚聚變中子源，旋轉部件線速度達到每秒數百米以上，給真空動密封提出了更高的要求。迄今為止，尚無可應用于線速度高達每秒數百米超高速旋轉環境的成熟的真空動密封結構。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種分子牽引型真空動密封結構，用于設備在高速和超高速旋轉運行時，在固定設備與運動的旋轉系統之間保持一定的真空度。本專利技術的目的還在于提供一種使用分子牽引型真空動密封結構的超高速真空旋轉設備。為此，本專利技術一方面提供了一種分子牽引型真空動密封結構，用于轉子和真空腔室二者之間的動密封，所述轉子的密封面和所述真空腔室的密封面二者之間形成密封間隙，所述真空腔室的密封面上設有導引槽，所述導引槽的出口與排氣腔連通，其中，高速旋轉的所述轉子將動量傳遞給氣體分子，所述氣體分子在所述導引槽內被牽引至所述排氣腔中。進一步地，上述密封面和在所述密封面上形成的導引槽由獨立的密封件構成。根據本專利技術的另一方面，提供了一種超高速真空旋轉設備，包括在轉子和真空腔室二者之間設置的多級密封結構，其特征在于，所述多級密封結構中的至少一級密封結構為根據上面所描述的分子牽引型真空動密封結構。進一步地，上述超高速真空旋轉設備為氘氚聚變中子源旋轉靶系統。進一步地，上述多級密封結構包括一級動密封結構、二級動密封結構、三級動密封結構、四級動密封結構、以及停車密封，其中，所述二級動密封結構、三級動密封結構和四級動密封結構均為分子牽引型真空動密封結構。進一步地，上述一級動密封結構為自摩擦成型密封結構，包括在開機運行前與轉子間采用過盈配合的密封塊，經過一段時間的旋轉運行，通過所述密封塊與轉子的密封面相互摩擦，形成微米量級的一級密封間隙。進一步地，上述一級動密封結構還包括與所述一級密封間隙出口連通的一級排氣腔，以排出所述一級密封間隙所泄漏的氣體。進一步地，上述停車密封選自磁流體密封、機械密封、迷宮密封、螺旋密封、干氣密封或填料密封中的一種或多種組合。進一步地，上述轉子包括外密封板和相對于所述外密封板平行間隔設置的內密封板，其中，所述內密封板的外徑小于所述外密封板的外徑，所述外密封板和內密封板的內外側表面均為密封面。進一步地，上述真空腔室所述真空腔室包括與所述外密封板的內側的部分密封面和內密封板的外側的密封面分別配合的排氣懸壁、以及與外密封板的內側的部分密封面和內密封板的內側的密封面分別配合的排氣腔壁，所述真空腔室還包括在所述一級固定外殼上形成的一級排氣腔、位于排氣腔壁內側的同心設置的二級排氣腔、三級排氣腔和四級排氣腔。本專利技術的有益效果是：利用該專利技術可實現高速旋轉設備中的真空動密封，旋轉部件線速度最高可達到400m/s，利用速度達到分子熱運動速度的轉子表面對氣體分子的牽引作用，使得氣體分子沿特定路徑移動，阻止進入真空腔室內，可實現旋轉真空室內外氣壓從105Pa到10-7Pa的跨越。本專利技術可廣泛應用于各類超高速真空旋轉設備例如氘氚聚變中子源旋轉靶系統中，發揮重要作用。除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本專利技術還有其它的目的、特征和優點。下面將參照圖，對本專利技術作進一步詳細的說明。附圖說明構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本專利技術的進一步理解，本專利技術的示意性實施例及其說明用于解釋本專利技術，并不構成對本專利技術的不當限定。在附圖中：圖1是根據本專利技術一實施例的適用于超高速旋轉設備的多級分子牽引型真空動密封結構的示意圖，其中示出了一部分；以及圖2是圖1所示的一種適用于超高速旋轉設備的多級分子牽引型真空動密封結構的另一部分的示意圖。附圖標記說明01、轉子；02、一級動密封結構；03、二級動密封結構；04、三級動密封結構；05、四級動密封結構；21、密封塊；22、一級固定外殼；23、一級密封間隙；24、一級抽氣口；25、一級排氣腔；31、二級螺旋密封件；32、二級密封間隙；33、二級排氣腔；34、二級抽氣口；41、三級密封間隙；42、三級螺旋密封件；43、三級抽氣口；44、三級排氣腔；51、四級抽氣口；52、四級排氣腔；53、四級密封間隙；54、四級螺旋密封件；06、固定殼體；07、真空腔室；08、傳動裝置；09、停車密封；11、外密封板；12、內密封板；71、排氣腔壁；72、排氣懸壁。具體實施方式需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本專利技術。本專利技術的分子牽引型真空動密封結構的原理為：當真空腔體高速旋轉時，轉子外緣的線速度接近氣體分子熱運動的速度，與轉子間隔極小間隙平行排布的定子上刻有具有一定寬深度比值的螺旋槽，高速旋轉的轉子將動量傳遞給定子與轉子之間的氣體分子，氣體分子在螺旋槽內被牽引沿著螺旋槽至排氣腔中，進而被外接真空泵抽走。該動密封結構最高可應用于線速度達到400m/s的真空動密封場合。圖1至圖2示出了根據本專利技術的一些實施例。如圖1和圖2所示，本專利技術的適用于超高速旋轉設備的多級分子牽引型真空動密封結構，用于轉子01和真空腔室07二者之間的動密封，包括一級動密封結構02、二級動密封結構03、三級動密封結構04、四級動密封結構05和停車密封09，其中，高速旋轉的轉子01的最大線速度達到分子熱運動的速度量級，在二級、三級和四級動密封結構中，每一級密封結構均具有一個螺旋密封件31、42、54，前一級泄露氣體進入下一級動密封結構本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種分子牽引型真空動密封結構，用于轉子(06)和真空腔室(07)二者之間的動密封，其特征在于，所述轉子(06)的密封面和所述真空腔室(07)的密封面二者之間形成密封間隙，所述真空腔室(07)的密封面上設有導引槽，所述導引槽的出口與排氣腔連通，其中，高速旋轉的所述轉子(06)將動量傳遞給氣體分子，所述氣體分子在所述導引槽內被牽引至所述排氣腔(33)中。

【技術特征摘要】
1.一種分子牽引型真空動密封結構，用于轉子(06)和真空腔室(07)二者之間的動密封，其特征在于，所述轉子(06)的密封面和所述真空腔室(07)的密封面二者之間形成密封間隙，所述真空腔室(07)的密封面上設有導引槽，所述導引槽的出口與排氣腔連通，其中，高速旋轉的所述轉子(06)將動量傳遞給氣體分子，所述氣體分子在所述導引槽內被牽引至所述排氣腔(33)中。2.根據權利要求1所述的一種分子牽引型真空動密封結構，其特征在于，所述密封面和在所述密封面上形成的導引槽由獨立的密封件(32)構成。3.一種超高速真空旋轉設備，包括在轉子(06)和真空腔室(07)二者之間設置的多級密封結構，其特征在于，所述多級密封結構中的至少一級密封結構為根據權利要求1或2所述的分子牽引型真空動密封結構。4.根據權利要求3所述的超高速真空旋轉設備，其特征在于，所述超高速真空旋轉設備為氘氚聚變中子源旋轉靶系統。5.根據權利要求3或4所述的超高速真空旋轉設備，其特征在于，所述多級密封結構包括一級動密封結構(02)、二級動密封結構(03)、三級動密封結構(04)、四級動密封結構(05)、以及停車密封(09)，其中，所述二級動密封結構(03)、三級動密封結構(04)和四級動密封結構(05)均為分子牽引型真空動密封結構。6.根據權利要求5所述的超高速真空旋轉設備，其特征在于，所述一級動密封結構(02)為自摩擦成型密封結構，包括在開機運行前與轉子(01)...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳宜燦，王文，劉超，季翔，宋勇，
申請(專利權)人：中國科學院合肥物質科學研究院，
類型：發明
國別省市：安徽;34