【技术实现步骤摘要】
本技术属于旋转式流体机械密封，具体涉及一种基于冯•卡门曲线投影路径的复合曲壁动压槽干气密封结构。
技术介绍
1、非接触式机械密封装置是流体机械中最重要且被应用广泛的零部件。例如，在化学工业和石油化工行业中，加工的原料往往是流体（气体、液体或粉体），其中的绝大部分过程还需要在一定的压力、转速和温度下进行。如果生产加工过程中的机器设备不能够保证密封，导致工作介质泄漏，则往往容易引起物质流失和能量损耗，造成环境污染，甚至是危害人的生命安全。因此，在过程工业中，密封装置的密封性能是评价过程设备工作安全性的重要指标。目前，人们主要通过研究密封装置的密封机理，改进密封件的结构，以此来改善密封件的密封性能。其中，利用激光加工、化学蚀刻、电镀和3d打印等方法在密封环上加工出一定数量和形状的动压槽来改善密封面的润滑效果和密封性能是目前较为行之有效的办法
2、干气密封作为一种非接触式机械密封装置，其基本原理是通过在密封动环上加工出一定数量和形状的动压槽，当动环相对于静环发生旋转时，会产生流体动压效应，从而将静环推开，与动环发生非接触，这大大减小了动、静环之间的摩擦并改善了密封端面的润滑效果。因此，对于干气密封来说，所开设的流体动压槽的形状和数量与其密封性能和使用寿命密切相关。目前，已有螺旋槽、t形槽、三角形槽、锤形槽、方形槽、圆弧槽等槽形结构的干气密封被提出和使用。然而，这些槽形大多为等深槽，在高压力，高转速运行的旋转机械使用过程中所产生的动压效应相对有限，在一些工况下会存在开启力不足、稳定性差、易磨损、泄漏量大等问题。
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技术实现思路
1、针对上述现有干气密封技术存在的开启力不足、稳定性差、易磨损、泄漏量大等技术问题，本技术的目的在于提供一种基于冯•卡门曲线投影路径的复合曲壁动压槽干气密封结构，该密封结构可以有效提高密封端面的动压效应和气膜刚度，减小因动、静环直接接触而产生的摩擦损耗，使得密封环具有更长的使用寿命和更好的密封性能。
2、本技术的目的是这样实现的，包括干气密封动环、干气密封静环，干气密封动环与干气密封静环的密封端面相对设置，沿干气密封动环圆周方向，干气密封动环端面均匀开设有若干个曲面槽，曲面槽包括槽底以及两侧壁，槽底从环体外径侧向内径侧逐渐变浅，形成曲面，该曲面是由一条冯·卡门曲线以密封环的轴线为旋转轴旋转拉伸而成的，侧壁在环体密封端面的投影为冯•卡门曲线a，两侧壁分别与槽底相交，交线为冯•卡门曲线b在侧壁上的投影。
3、所述冯•卡门曲线a、冯•卡门曲线b为haack族曲线中c=0的曲线，计算公式为：
4、
5、注： l-冯·卡门曲线长度； r-冯·卡门曲线半径；0≤ x≤ l；0≤ y≤ r。
6、冯•卡门曲线a、b的构建公式相同，区别在于其特征长度 l和特征半径 r不同。
7、优选地，所述曲面槽的数量至少为1对。
8、优选地，所述曲面槽入口侧槽深 hi为0.0025~0.01mm，泄漏侧槽深 ho为0~0.005mm。
9、优选地，所述冯•卡门曲线a的特征尺寸 ra为密封环槽根半径 rg与曲线偏转角度 β正弦值的乘积，冯•卡门曲线a的特征尺寸 la为密封环外半径 ro与槽根半径 rg和曲线偏转角度 β余弦值的乘积的差值，即 ra= rg* sinβ； la= ro- rg* cosβ。
10、优选地，所述冯•卡门曲线a的偏转角度 β为1°~90°。
11、优选地，所述冯•卡门曲线b的 r方向与干气密封动环的直径方向相同， l方向垂直与密封端面。
12、优选地，所述冯•卡门曲线b的特征尺寸 rb为曲线槽入口侧槽深 hi与泄漏侧槽深 ho的差值，特征尺寸 lb为密封环外半径 ro与槽根半径 rg的差值，即 rb= hi- ho； lb= ro- rg；该处的 ro、 rg与冯•卡门曲线a所涉及的公式中的 ro、 rg为同一密封环上的同一尺寸。
13、以上 ra表示冯•卡门曲线a短轴长度， la表示冯•卡门曲线a长轴长度， rb表示冯卡•门曲线b短轴长度， lb表示冯•卡门曲线b长轴长度。
14、本技术的工作原理：
15、当干气密封稳定旋转时，密封环外径侧的介质气体被泵入密封环端面，由于内外侧压力差和转动的影响及密封坝、密封堰对气体的节流作用，使得从外径侧进入的介质气体压力升高。与此同时，由于作为动压槽的曲面槽的槽底为曲面，槽深由外径侧向内径侧逐渐减小，气体介质被进一步压缩，动压效应增强，从而在槽根部形成局部高压区。在压力的推动作用下，紧贴在一起的干气密封动环与干气密封静环相分离，并在动、静环的密封端面之间形成一层稳定的气膜。这层稳定气膜的存在不仅能够对介质气体起到密封作用，而且还能较好的润滑摩擦副，使干气密封在非接触的气膜润滑状态下工作，实现了密封件的无磨损运行。
16、本技术的有益效果：
17、本技术动压槽（曲面槽）的槽形线和槽底本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于冯•卡门曲线投影路径的复合曲壁动压槽干气密封结构，包括干气密封动环（2）、干气密封静环（1），干气密封动环（2）与干气密封静环（1）的密封端面相对设置，其特征在于沿干气密封动环（2）圆周方向，干气密封动环（2）端面均匀开设有若干个曲面槽（3），曲面槽（3）包括槽底（4）以及两侧壁（5），槽底（4）从环体外径侧向内径侧逐渐变浅，形成曲面，该曲面是由一条冯·卡门曲线以密封环的轴线为旋转轴旋转拉伸而成的，侧壁（5）在环体密封端面的投影为冯•卡门曲线a，两侧壁（5）分别与槽底（4）相交，交线为冯•卡门曲线b在侧壁（5）上的投影。
2.根据权利要求1所述基于冯•卡门曲线投影路径的复合曲壁动压槽干气密封结构，其特征在于所述冯•卡门曲线a、冯•卡门曲线b为Haack族曲线中C=0的曲线。
3.根据权利要求1所述基于冯•卡门曲线投影路径的复合曲壁动压槽干气密封结构，其特征在于所述曲面槽（3）的数量至少为1对。
4.根据权利要求1或3所述基于冯•卡门曲线投影路径的复合曲壁动压槽干气密封结构，其特征在于所述曲面槽（3）入口侧槽深hi为0.0025~0.01
5.根据权利要求1或2所述基于冯•卡门曲线投影路径的复合曲壁动压槽干气密封结构，其特征在于所述冯•卡门曲线a的特征尺寸Ra为密封环槽根半径rg与曲线偏转角度β正弦值的乘积，冯•卡门曲线a的特征尺寸La为密封环外半径ro与槽根半径rg和曲线偏转角度β余弦值的乘积的差值，即Ra=rg*sinβ；La= ro- rg*cosβ。
6.根据权利要求1或2所述基于冯•卡门曲线投影路径的复合曲壁动压槽干气密封结构，其特征在于所述冯•卡门曲线a的偏转角度β为1°~90°。
7.根据权利要求1或2所述基于冯•卡门曲线投影路径的复合曲壁动压槽干气密封结构，其特征在于所述冯•卡门曲线b的R方向与干气密封动环（2）的直径方向相同，L方向垂直与密封端面。
8.根据权利要求1或2所述基于冯•卡门曲线投影路径的复合曲壁动压槽干气密封结构，其特征在于所述冯•卡门曲线b的特征尺寸Rb为曲线槽入口侧槽深hi与泄漏侧槽深ho的差值，特征尺寸Lb为密封环外半径ro与槽根半径rg的差值，即Rb= hi-ho；Lb=ro-rg。
...【技术特征摘要】
1.基于冯•卡门曲线投影路径的复合曲壁动压槽干气密封结构，包括干气密封动环（2）、干气密封静环（1），干气密封动环（2）与干气密封静环（1）的密封端面相对设置，其特征在于沿干气密封动环（2）圆周方向，干气密封动环（2）端面均匀开设有若干个曲面槽（3），曲面槽（3）包括槽底（4）以及两侧壁（5），槽底（4）从环体外径侧向内径侧逐渐变浅，形成曲面，该曲面是由一条冯·卡门曲线以密封环的轴线为旋转轴旋转拉伸而成的，侧壁（5）在环体密封端面的投影为冯•卡门曲线a，两侧壁（5）分别与槽底（4）相交，交线为冯•卡门曲线b在侧壁（5）上的投影。
2.根据权利要求1所述基于冯•卡门曲线投影路径的复合曲壁动压槽干气密封结构，其特征在于所述冯•卡门曲线a、冯•卡门曲线b为haack族曲线中c=0的曲线。
3.根据权利要求1所述基于冯•卡门曲线投影路径的复合曲壁动压槽干气密封结构，其特征在于所述曲面槽（3）的数量至少为1对。
4.根据权利要求1或3所述基于冯•卡门曲线投影路径的复合曲壁动压槽干气密封结构，其特征在于所述曲面槽（3）入口侧槽深hi为0.0025~0.01...
【专利技术属性】
技术研发人员：许恒杰，邬红兴，焦凤，毛文元，邓强国，孙雪剑，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：新型
国别省市：
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