[發明專利]基于磁控形狀記憶效應的箔片端面氣膜密封結構

有效

• 申請號: 201710544611.6
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN107269848B
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 彭旭東;陳源;江錦波;孟祥鎧;李紀云
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: F16J15/40
• 分類號: F16J15/40
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

基于磁控形狀記憶效應的箔片端面氣膜密封結構，包括氣膜密封的動環和靜環；帶箔片端面的密封環包括圓環狀的環本體1、扇形磁控形狀記憶合金塊2、環形箔片3，環本體的圓環形凹面上開有若干個依照旋轉中心對稱分布的扇形槽11，每個扇形槽11中放入與扇形槽間隙配合的扇形磁控形狀記憶合金塊2；環形箔片3分為外環形箔片31和內環形箔片32，內環形箔片32的下表面與扇形磁控形狀記憶合金塊的上表面接觸，內環形箔片32的上表面為楔形面，楔形面的內圓周面在密封處于靜止狀態時低于密封壩平面，而在密封處于運行狀態時受磁控形狀記憶合金塊2的形變作用產生微米級振幅的高頻顫振，并在振幅最大時與密封壩平面齊平，楔形面的外圓周面始終低于密封壩平面。

(一)技術領域

本發明涉及一種機械氣膜端面密封結構。

(二)背景技術

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，流體靜壓型密封是將密封環端面加工成錐面，借助流體靜壓效應，最終將密封端面打開實現非接觸，比如美國專利US3701535、US4290613、US4792146、US20090047123等，但流體靜壓型密封運用到干氣密封時端面氣膜剛度較低，運行穩定性較差。

自然界中的蜂鳥和蜻蜓等依靠翅膀的高頻顫振使之平穩地懸浮在空中，基于這種自然現象和仿生原理，參照目前已有關于箔片端面氣膜密封方面的專利“CN204784722U”、“CN204692585U”等，將箔片端面的箔塊在運行過程中可看做飛行鳥類的翼翅，若箔塊在外力作用下能實現高頻顫振，那么由于氣體的擠壓膜效應，密封端面氣膜剛度也將有效增強，密封的穩定性因此得到顯著提升。

(三)發明內容

為了解決目前靜壓型氣體端面密封氣膜剛度低，運行穩定性差，氣膜自平衡自適應能力較弱的問題，本發明提供一種利用磁控形狀記憶合金實現箔塊振幅受限的高頻顫振且具有高穩定性的箔片端面流體動靜壓型氣膜密封結構。

本發明是通過以下技術方案來實現：

基于磁控形狀記憶效應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、扇形磁控形狀記憶合金塊2、環形箔片3，環本體1外側下凹形成圓環形凹面，環本體內側凸起形成圓環臺階，所述圓環臺階的上表面形成密封壩12，所述圓環形凹面上開有若干個依照旋轉中心對稱分布的扇形槽11，每個扇形槽中放入與扇形槽間隙配合的扇形磁控形狀記憶合金塊2，所述扇形磁控形狀記憶合金塊2沿軸向的厚度大于所述扇形槽的深度；所述環形箔片3分為外環形箔片31和內環形箔片32，所述內環形箔片沿周向均勻分割成與扇形槽11數目相同且對應布置的扇形箔塊33；所述外環形箔片31通過螺釘4與環本體1固定，固定后的內環形箔片32的下表面剛好與扇形磁控形狀記憶合金塊2的上表面接觸，所述內環形箔片32的上表面為楔形面，所述楔形面的內圓周面在密封處于靜止狀態時低于密封壩12平面，而在密封處于運行狀態時受磁控形狀記憶合金塊2的形變作用產生微米級振幅的高頻顫振，并在振幅最大時與密封壩12平面齊平，所述楔形面的外圓周面始終低于密封壩12平面。

進一步，所述扇形磁控記憶合金塊2的周向角度小于所述扇形槽周向角度0.05～0.5°，所述扇形磁控記憶合金塊2的內徑尺寸大于所述扇形槽11內徑尺寸0.01～0.1mm，所述扇形磁控記憶合金塊2的外徑尺寸小于所述扇形槽11外徑尺寸0.01～0.1mm。

進一步，密封處于靜止狀態時所述楔形面的內圓周面低于密封壩12平面0.5～3μm。密封處于靜止狀態時所述楔形面的內圓周面與外圓周面的高度差h的取值范圍為1～5μm。密封處于運行狀態時受扇形磁控形狀記憶合金塊2的作用，所述楔形面的內圓周面軸向振幅的取值范圍為0.5～3μm。密封處于運行狀態時受扇形磁控形狀記憶合金塊2的作用，所述楔形面的內圓周面軸向振動頻率的取值范圍為10～500Hz。