[發明專利]一種超導旋轉機械的低溫氦氣傳輸密封結構

有效

• 申請號: 201811150721.5
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN109340379B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 付小莉;任智博;李錦
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H02K55/00
• 分類號: H02K55/00;F16J15/43
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊元焱

本發明涉及一種超導旋轉機械的低溫氦氣傳輸密封結構，包括靜止進氣管、旋轉進氣管和回氣管，所述靜止進氣管插入旋轉進氣管內并間隔設置，沿低溫氦氣進氣方向，所述靜止進氣管的出口端為直徑逐漸縮小的錐形，所述靜止進氣管與旋轉進氣管之間設置用于阻止低溫氦氣泄漏的蜂窩密封結構。這種密封結構首先采用了第一級密封?后臺階結構后大大降低了通向泄漏間隙低溫氦氣的壓力，然后通過第二級蜂窩密封結構實現了泄露間隙處的低漏率，兩級密封結構均易于加工制造，從而有效加快了超導旋轉機械工程化的進程。

技術領域

本發明涉及超導旋轉機械領域，具體為一種超導旋轉機械的低溫氦氣傳輸密封結構。

背景技術

在超導旋轉機械中，低溫氦氣傳輸裝置是靜止的制冷機與轉子之間的過渡裝置，用于將冷氦氣從靜止的制冷機集成裝置傳輸至旋轉的轉子，同時將吸熱后的冷氦氣由轉子傳輸至制冷機集成裝置內再冷卻，冷氦氣在封閉管路內循環。

整個低溫系統由外置靜止的制冷機集成裝置、低溫氦氣傳輸裝置、轉子真空內管路及氦氣儲存裝置組成。根據超導旋轉機械的工作需要，低溫氦氣傳輸裝置須密封性好、傳輸效率高、耐壓高而漏熱小，該裝置性能的優劣直接影響到超導旋轉機械的總體性能，是超導旋轉機械的一個關鍵設備。

現有的低溫氦氣傳輸裝置采用的結構為非接觸式機械密封結構，低溫氦氣從低溫制冷機通過進氣管進入轉子端軸，由于回氣溫度高于進氣溫度，為避免能量損失，進氣管與回氣管之間通過真空夾層隔熱，并且在靜止與旋轉連接處通過非接觸式密封對進氣和回氣進行隔離，防止進氣“短路”到回氣管路。回氣管靜止段與環境溫度之間通過真空夾層隔熱，進口段要伸進一段長度以減少傳導漏熱。靜止與旋轉部分存在轉動間隙，間隙內充滿氦氣，為盡量減少對流導熱的熱量損失，間隙應盡可能小，內部泄漏的氣體最后經過一段管道間隙的冷卻通過磁流體密封設備完全密封保證無外漏。

現有的低溫氦氣傳輸結構有較大的缺陷，為了保證滿足系統要求的內部泄漏率，必須保證非接觸式密封間隙盡可能的小。密封間隙加工精度高以及傳輸裝置的內嵌式結構導致裝配困難非常大，在實施過程中，容易對裝置形成損壞，返工率報廢率較高；如果加大密封間隙，內部泄漏量會迅速增加，從而大大降低制冷效率。這樣對實現超導旋轉機械工程化的目標造成了極大的阻礙。

中國專利CN104502843A公開了一種超導低溫旋轉實驗臺，其中公開了磁流體密封設備，包括靜止端端蓋、靜止端主體、旋轉端主體、支承座和旋轉端連接軸，靜止端主體和靜止端端蓋固定連接后形成靜止端整體，靜止端整體與旋轉端主體之間形成有傳輸壓縮氦氣的兩條氣路，其中一條氣路包括靜止端進氣口和旋轉端出氣口，另一條氣路包括靜止端出氣口和旋轉端進氣口；所述旋轉端出氣口與主軸的壓縮氦氣進氣口連通，旋轉端進氣口與超導轉子的壓縮氦氣出氣端連通；壓縮氦氣從靜止端進氣口進入磁流體密封設備，從旋轉端出氣口出來并通過主軸的壓縮氦氣進氣口、壓縮氦氣管和壓縮氦氣出氣口進入超導轉子進行冷卻作業，然后，壓縮氦氣經旋轉端進氣口返回磁流體密封設備，再從靜止端出氣口流出返回壓縮泵。靜止端和旋轉端之間采用磁流體密封技術使壓縮氦氣在傳輸中不發生泄露，但該密封效果依然不佳，依舊存在較嚴重的泄漏問題。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題而提供一種超導旋轉機械的低溫氦氣傳輸密封結構。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種超導旋轉機械的低溫氦氣傳輸密封結構，包括靜止進氣管、旋轉進氣管和回氣管，所述靜止進氣管插入旋轉進氣管內并間隔設置，沿低溫氦氣進氣方向，所述靜止進氣管的出口端為直徑逐漸縮小的錐形，所述靜止進氣管與旋轉進氣管之間設置用于阻止低溫氦氣泄漏的蜂窩密封結構。

進一步地，所述蜂窩密封結構固定設在靜止進氣管的外壁，由多個蜂窩孔形狀的中空六棱柱組成，呈陣列布滿靜止進氣管的圓周外壁。

進一步地，所述中空六棱柱沿靜止進氣管的外壁周向等間距布置，并組成圓環狀。