基于槽底微造型设计的干气密封开槽的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开基于槽底微造型设计的干气密封开槽的装置，包括壳体和轴，其特征在于：所述轴外圈设有轴套，所述轴套外设有静环座，所述静环座与壳体连接，所述静环座与轴套之间设有静环和防转销，所述静环左侧设有动环，所述防转销右侧设有弹簧；本实用新型专利技术可以解决干气密封槽型加工时必须考虑粗糙度及平面度精度的问题，降低加工要求和加工成本，简化加工方法和步骤，优化槽型结构，利于干气密封的进一步工业应用。

【技术实现步骤摘要】
基于槽底微造型设计的干气密封开槽的装置
本技术属于密封圈领域，特别涉及一种基于槽底微造型设计的干气密封开槽的装置。
技术介绍
近年来，随着工业的高速发展以及人们对环境要求的提高，促使石油、石化等相关过程工业向无污染、长周期、低能耗、高效益的方向发展，而此类工业的密封流体大多具有易燃、易爆、剧毒、污染严重等特点，传统的机械密封难以满足设备的密封要求。而干气密封技术的突出特点在于通过很薄的压力气膜实现密封界面的非接触和小间隙运行，由此所表现出的优越的防泄漏特性和长寿命、低维护特性，已使其成为先进密封
的一个重要研究方向。在国外，无论低压、低速、高压、高速等各种工况干气密封都占有重要地位。在国内，干气密封引入较晚，与国外也存在很大的差距，但目前越来越多的科研人员正投身于这类密封设备的研发上。干气密封与普通机械密封在结构方面的主要区别在于其动环或静环端面上加工有深度一般为3~10μm的各种槽型，通过流体动压力使密封端面分离。因而，干气密封的核心技术在体现在其微米级槽深的动压产生机理及槽型的设计与加工方面。在启动或停车期间，干气密封的端面气膜厚度与表面粗糙度为同一数量级，正常运行时也仅高出1个数量级，因此表面粗糙度尤其是尺寸相对较大的槽底粗糙度对密封性能的影响不容忽视。但由于槽底加工技术高、精度较难保证，使得不合适的槽底粗糙度甚至平面度严重影响槽型实际使用效果。因此，为发挥干气密封的最大优势，在强调零泄漏、低磨损、低能耗性能外，很有必要针对其槽底的微观效应和合理开槽方法进行研究。为解决干气密封端面粗糙度问题，国内外学者在动、静环端面接触模型方面开展了大量的研究，试图从理论上揭示表面粗糙度对密封性能的影响机制及解决办法。1978年，Patir等提出“平均流动模型”的概念，用来研究等温条件下不可压缩液体在三维粗糙表面间隙中的部分流体润滑问题，通过引入流量因子来描述表面粗糙度对间隙流量的影响，建立了PC模型，为人们研究表面粗糙度的润滑效应提供了重要手段；之后Elrod、Tripp、Tonder、Hu、Makino等都对这个模型进行了进一步研究和完善；2004年，Wang等采用平均流动模型和快速傅里叶变换求解了液体油膜与粗糙峰接触的压力分布。针对可压缩气体，大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室任晓和吴承伟等基于液体平均流动模型的基本思想，推导出了可压缩气体静密封的平均流动方程并进行了相应泄漏量计算，通过对气体在接触间隙流动的数值模拟，分析了表面粗糙度纹理方向、方均根等粗糙表面表征参数在名义气体膜厚变化时对气体泄漏量和密封压力的影响，并给出了粗糙表面形貌参数和密封压力与气体密封性能之间的关系。可压缩气体静密封平均流动方程的建立，为研究可压缩气体动密封提供了良好的借鉴和基础。关于表面粗糙度对干气密封性能的影响，国内相关课题组针对干气密封做了很多开创性的工作：彭旭东课题组基于求解可压缩流平均雷诺方程，研究了不同速度条件下干气密封端面不同区域的各向同性表面粗糙度对密封气膜刚度和泄漏量的影响，提出端面不同区域（槽区和非槽区）的表面粗糙度对密封性能影响规律各不相同，并指出转速在期间的影响不可忽视；并通过进一步的研究，系统分析了软环端表面、硬环端面开槽底面与非开槽表面粗糙度对螺旋槽干气密封性能影响，结果表明：一定条件下，粗糙表面密封开启力、气膜刚度和摩擦扭矩均大于光滑表面，且泄漏量较小，在有关标准范围之内，硬环非开槽表面粗糙度对密封性能参数预测值的影响较硬环开槽底面和软环端面粗糙度可以忽略，同时还证明了表面粗糙度对于螺旋槽干气密封端面几何结构参数的优选值没有影响；近期，其课题组人员还针对符合高斯分布的粗糙表面上的滑移流效应一阶滑移模型进行了修正，研究阐述了滑移现象的产生与气体分子平均自由程、粗糙度的关系。宋鹏云课题组近年针对干气密封实际气体效应、滑移流效应及内部流场规律研究较深入，针对低速工况下端面粗糙度对干气密封性能的影响问题指出：在特定膜厚条件下，当膜厚与粗糙度均方根的比值大于3～4时，表面粗糙度对密封性能的影响可以忽略不计；在较大粗糙度下，虽然密封开启力、气膜刚度随转速增加而显著提高，但同时泄漏量也明显加大，因此随着转速增加，较大粗糙度对干气密封低速运转性能是有害的。对于粗糙度数值构型的研究，在20世纪70年代以后，Sayles、Thomas、Majumdar等发现加工表面形貌具有分形特性，随后将分形理论用在表面形貌表征的研究中，对工程金属表面形貌进行分形模拟。这些研究表明，将基于分形理论的粗糙表面形貌研究描述中采用了较多分形尺度参数，这些参数的非直观性大大降低了模型的实用性。张起生等利用指数自相关函数和数字滤波技术建立了二维粗糙度表面统计分布规律数值模型，对比发现抛光花岗岩表面粗糙度符合Gauss分布规律。任晓等也通过计算机模拟具有任意形状自相关函数的随机粗糙表面，并用Matlab对生成的二维泄漏通道进行流动的数值计算，最后得出表面粗糙度特征对气体压力流量因子的影响。孙见君和魏龙等则分别介绍和研究机械密封粗糙表面的接触模型，并建立了与时间相关、基于分形参数的平行端面接触式机械密封泄漏模型。吕祥奎等基于Gauss分布函数和指数自相关函数关系建立了三维粗糙表面的数学模型，获得了密封面的数值粗糙表面并进行了数值计算，该工作实现了静接触密封结构泄漏特性定量评估的数值分析方法，对干气密封结构的高精度设计同样具有指导意义。相比基于粗糙表面分形研究的方法，基于分布函数的粗糙表面构型方法具有参数简单、可测性强等优点，在工程实践中更为实用。有关干气密封槽底的设计研究，宋文博等将等深螺旋槽改进成各种收敛型不等深螺旋槽并进行数值计算，结果表明收敛型阶梯不等深螺旋槽干气密封的密封性能最优越,控制泄漏量方面更为突出。张岳林等提出一种变深T型槽干气密封端面结构，通过与普通等深结构对比，证明在低速低压或高速高压条件下变深结构有更好的气膜承载能力和稳定性。刘坤等通过对雁形槽干气密封进行变深研究也证明了一定的槽底变深结构可提高端面间气膜承载能力和稳定性，可提高干气密封的开启性能。以上研究表明，干气密封槽底造型的针对性研究对密封性能的提高具有直接意义。Slawomir和Andriy通过对干气密封微槽道、微孔隙及表面纹理的改变，并通过数值分析了此类变化对密封介质层的动态属性的变化，指出合理的设计和表面形貌的选择有助于干气密封稳定性的提高。但通过该领域国内外文献及专利情况检索，目前尚未涉及干气密封槽底界面有序设计下的微观效应研究及其对密封开槽技术的指导建议，使得干气密封微间隙密封的理论研究与实际应用之间仍存很大差距，这是干气密封工业应用中亟需解决的问题。
技术实现思路
实现干气密封槽底有序造型微观效应的目的，同时针对目前干气密封粗糙度模型中存在的不足做出改进，提出一种基于槽底微造型设计的干气密封开槽的装置。本技术采用的技术方案如下：基于槽底微造型设计的干气密封开槽的装置，包括壳体和轴，其特征在于：所述轴外圈设有轴套，所述轴套外设有静环座，所述静环座与壳体连接，所述静环座与轴套之间设有静环和防转销，所述静环左侧设有动环，所述防转销右侧设有弹簧。进一步的，所述静环座与壳体之间设有壳体用O型密封圈。进一步的，所述动环与轴套之间设有动环O本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于槽底微造型设计的干气密封开槽的装置，包括壳体（1）和轴（8），其特征在于：所述轴（8）外圈设有轴套（6），所述轴套（6）外设有静环座（3），所述静环座（3）与壳体（1）连接，所述静环座（3）与轴套（6）之间设有静环（9）和防转销（4），所述静环（9）左侧设有动环（12），所述防转销（4）右侧设有弹簧（5）。

【技术特征摘要】
1.基于槽底微造型设计的干气密封开槽的装置，包括壳体（1）和轴（8），其特征在于：所述轴（8）外圈设有轴套（6），所述轴套（6）外设有静环座（3），所述静环座（3）与壳体（1）连接，所述静环座（3）与轴套（6）之间设有静环（9）和防转销（4），所述静环（9）左侧设有动环（12），所述防转销（4）右侧设有弹簧（5）。2.根据权利要求1所述的基于槽底微造型设计的干气密封开槽的装置，其特征在于：所述静环座（3）与壳体（1）之间设有壳体用O型密封圈。3.根据权利要求1所述的基于槽底微造型设计的干气密封开槽的装置，其特征在于：所述动环（12）与轴套（6）之间设有动环O型圈。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王衍，郑小清，周先才，郑炫，
申请(专利权)人：淮海工学院，南京天一航空科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32