[发明专利]基于磁控形状记忆效应的箔片端面气膜密封结构

说明书

基于磁控形状记忆效应的箔片端面气膜密封结构，包括气膜密封的动环和静环；带箔片端面的密封环包括圆环状的环本体1、扇形磁控形状记忆合金块2、环形箔片3，环本体的圆环形凹面上开有若干个依照旋转中心对称分布的扇形槽11，每个扇形槽11中放入与扇形槽间隙配合的扇形磁控形状记忆合金块2；环形箔片3分为外环形箔片31和内环形箔片32，内环形箔片32的下表面与扇形磁控形状记忆合金块的上表面接触，内环形箔片32的上表面为楔形面，楔形面的内圆周面在密封处于静止状态时低于密封坝平面，而在密封处于运行状态时受磁控形状记忆合金块2的形变作用产生微米级振幅的高频颤振，并在振幅最大时与密封坝平面齐平，楔形面的外圆周面始终低于密封坝平面。

(一)技术领域

本发明涉及一种机械气膜端面密封结构。

(二)背景技术

气膜端面密封作为一种气体润滑非接触式机械密封形式以其低泄漏、低功耗、长寿命等显著的性能优势在旋转机械的轴端密封上获得广泛应用，如压缩机、泵、反应釜及风机等旋转机械的轴端密封。众所周知，流体静压型密封是将密封环端面加工成锥面，借助流体静压效应，最终将密封端面打开实现非接触，比如美国专利US3701535、US4290613、US4792146、US20090047123等，但流体静压型密封运用到干气密封时端面气膜刚度较低，运行稳定性较差。

自然界中的蜂鸟和蜻蜓等依靠翅膀的高频颤振使之平稳地悬浮在空中，基于这种自然现象和仿生原理，参照目前已有关于箔片端面气膜密封方面的专利“CN204784722U”、“CN204692585U”等，将箔片端面的箔块在运行过程中可看做飞行鸟类的翼翅，若箔块在外力作用下能实现高频颤振，那么由于气体的挤压膜效应，密封端面气膜刚度也将有效增强，密封的稳定性因此得到显著提升。

(三)发明内容

为了解决目前静压型气体端面密封气膜刚度低，运行稳定性差，气膜自平衡自适应能力较弱的问题，本发明提供一种利用磁控形状记忆合金实现箔块振幅受限的高频颤振且具有高稳定性的箔片端面流体动静压型气膜密封结构。

本发明是通过以下技术方案来实现：

基于磁控形状记忆效应的箔片端面气膜密封结构，包括气膜密封的动环和静环；所述动环或静环中至少一个密封环的密封端面是箔片端面，所述带箔片端面的密封环包括圆环状的环本体1、扇形磁控形状记忆合金块2、环形箔片3，环本体1外侧下凹形成圆环形凹面，环本体内侧凸起形成圆环台阶，所述圆环台阶的上表面形成密封坝12，所述圆环形凹面上开有若干个依照旋转中心对称分布的扇形槽11，每个扇形槽中放入与扇形槽间隙配合的扇形磁控形状记忆合金块2，所述扇形磁控形状记忆合金块2沿轴向的厚度大于所述扇形槽的深度；所述环形箔片3分为外环形箔片31和内环形箔片32，所述内环形箔片沿周向均匀分割成与扇形槽11数目相同且对应布置的扇形箔块33；所述外环形箔片31通过螺钉4与环本体1固定，固定后的内环形箔片32的下表面刚好与扇形磁控形状记忆合金块2的上表面接触，所述内环形箔片32的上表面为楔形面，所述楔形面的内圆周面在密封处于静止状态时低于密封坝12平面，而在密封处于运行状态时受磁控形状记忆合金块2的形变作用产生微米级振幅的高频颤振，并在振幅最大时与密封坝12平面齐平，所述楔形面的外圆周面始终低于密封坝12平面。

进一步，所述扇形磁控记忆合金块2的周向角度小于所述扇形槽周向角度0.05～0.5°，所述扇形磁控记忆合金块2的内径尺寸大于所述扇形槽11内径尺寸0.01～0.1mm，所述扇形磁控记忆合金块2的外径尺寸小于所述扇形槽11外径尺寸0.01～0.1mm。

进一步，密封处于静止状态时所述楔形面的内圆周面低于密封坝12平面0.5～3μm。密封处于静止状态时所述楔形面的内圆周面与外圆周面的高度差h的取值范围为1～5μm。密封处于运行状态时受扇形磁控形状记忆合金块2的作用，所述楔形面的内圆周面轴向振幅的取值范围为0.5～3μm。密封处于运行状态时受扇形磁控形状记忆合金块2的作用，所述楔形面的内圆周面轴向振动频率的取值范围为10～500Hz。