專利名稱：非接觸式流體動(dòng)力承載密封環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸技術(shù)領(lǐng)域，是一種非接觸式流體動(dòng)力承載密封環(huán)。
背景技術(shù)：
泄漏是機(jī)械設(shè)備常產(chǎn)生的故障之一。設(shè)備中的工作介質(zhì)或潤(rùn)滑劑的泄
漏，會(huì)造成浪費(fèi)并污染環(huán)境；易燃、易爆、腐蝕、有毒等特殊物質(zhì)的泄漏， 會(huì)危及人身及設(shè)備的安全。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，如微型燃?xì)廨啓C(jī)需 要在高壓、高溫及高轉(zhuǎn)速運(yùn)行的密封難度越來越大，醫(yī)藥、化工及核能等 行業(yè)對(duì)密封性能要求也越來越高。非接觸流體動(dòng)力密封結(jié)構(gòu)則是20世紀(jì) 中期迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，尤其是流體動(dòng)力軸承體密封與螺旋密 封、迷宮密封相比，具有很多良好的特性，適用于高速、高壓、防爆、防 毒和強(qiáng)腐蝕等苛刻條件密封的優(yōu)點(diǎn)。因此廣泛應(yīng)用于國防、能源、化工及 醫(yī)藥等行業(yè)。
目前，非接觸流體動(dòng)力密封主要有兩種最基本的結(jié)構(gòu)形式， 一種是單 流浮動(dòng)環(huán)密封如圖1，另一種是雙流浮動(dòng)環(huán)密封如圖2。
無論是單流浮動(dòng)環(huán)密封，還是雙流浮動(dòng)環(huán)密封，其原理都是依靠密封 間隙內(nèi)的密封介質(zhì)流體阻力效應(yīng)而達(dá)到阻漏的目的。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于軸與軸承體有一定間隙，環(huán)能自由浮動(dòng)，在間隙內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)極高的流阻，并 且密封介質(zhì)具有很大的流體動(dòng)力，其壓力高于工作介質(zhì)壓力，從而阻止工
作介質(zhì)在壓差作用的漏泄(見徐灝著，《密封》，冶金工業(yè)出版社，2002)。 這兩種流體動(dòng)力浮動(dòng)環(huán)密封的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、密封性能 好，在許多情況下應(yīng)用也很有效。但這兩種流體動(dòng)力浮動(dòng)環(huán)密封由于結(jié)構(gòu) 的特點(diǎn)，都存在軸承體不能承受外加載荷，動(dòng)靜部件短時(shí)間接觸耐磨性能 差，材料及工藝性能不容易達(dá)到等缺欠，易發(fā)生動(dòng)靜間隙碰摩損壞的故障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種新結(jié)構(gòu)形式的
非接觸式流體動(dòng)力承載密封環(huán)，即內(nèi)槽道自潤(rùn)滑動(dòng)靜壓耦合結(jié)構(gòu)的流體 動(dòng)力承載密封環(huán)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種非接觸式流體動(dòng)力承載密封環(huán)，包括外殼、軸承體、減振彈性圈、 增壓流道槽；管狀外殼周圓設(shè)有氣孔，并圍罩于軸承體外周，外殼與軸承 體之間設(shè)有減振彈性圈；管狀軸承體圍罩于轉(zhuǎn)子軸頸外周，軸承體內(nèi)表面
上設(shè)有增壓流道槽；其中
在軸承體外表面周圓上開設(shè)兩環(huán)密封流體介質(zhì)供壓孔，兩環(huán)供壓孔位
于軸承體兩端部，供壓孔在每一圓環(huán)上均勻分布；
兩環(huán)供壓孔與軸承體內(nèi)表面周圓上開設(shè)的兩環(huán)供氣孔噴嘴相對(duì)應(yīng)設(shè) 置，每環(huán)供壓孔采用噴嘴節(jié)流切向供壓孔結(jié)構(gòu)，每一供壓孔經(jīng)氣道與一供 氣孔噴嘴斜向相通；在軸承體內(nèi)表面周圓上供氣孔噴嘴的位置，開設(shè)有增壓流道槽，增壓 流道槽沿周圓方向設(shè)置，其長(zhǎng)度《軸承體內(nèi)表面周圓的四分之一。
所述的非接觸式流體動(dòng)力承載密封環(huán)，其所述外殼、軸承體為碳石墨 合金或碳纖維或聚四氟乙烯材料制作。
所述的非接觸式流體動(dòng)力承載密封環(huán)，其所述減振彈性圈為橡膠圈或 金屬橡膠或彈性復(fù)合材料制作。
所述的非接觸式流體動(dòng)力承載密封環(huán)，其所述軸承體內(nèi)表面為碳石墨 合金或碳纖維材料制作。
本發(fā)明的非接觸式流體動(dòng)力承載密封環(huán)，不僅極大地提高了軸承體承 受外加載荷的能力，以及動(dòng)靜部件短時(shí)間接觸耐磨性能，而且還降低了對(duì) 工作介質(zhì)含雜質(zhì)、溫度等指標(biāo)的要求。因此，這種流體動(dòng)力承載密封環(huán)具 有密封效果好，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高，進(jìn)一步拓寬了密封產(chǎn)品工程應(yīng)用的 范圍。


圖1是已有單流軸承體密封結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是已有雙流軸承體密封結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明的非接觸式流體動(dòng)力承載密封環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；其中 圖3A為各部件相對(duì)位置示意圖；圖3B為軸承體內(nèi)表面上的增壓流 道槽的示意圖4是本發(fā)明非接觸式流體動(dòng)力承載密封環(huán)的雙排軸承體供壓孔結(jié) 構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明非接觸式流體動(dòng)力承載密封環(huán)的噴嘴節(jié)流切向供壓孔 結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)號(hào)說明
轉(zhuǎn)子軸頸l，軸承體2，增壓流道槽3，減振彈性圈4，供壓孔5，供 氣孔噴嘴6。
具體實(shí)施例方式
如圖3所示，是本發(fā)明的非接觸式流體動(dòng)力承載密封環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖， 圖3A為各部件相對(duì)位置示意圖，圖3B為軸承體內(nèi)表面上的增壓流道槽3 的示意圖；本發(fā)明的非接觸式流體動(dòng)力承載密封環(huán)，包括外殼、軸承體2、 增壓流道槽3、減振彈性圈4;管狀外殼周向設(shè)有氣孔，并圍罩于軸承體2 外周，外殼與軸承體2之間設(shè)有減振彈性圈4;管狀軸承體2圍罩于轉(zhuǎn)子 軸頸1外周，軸承體2內(nèi)表面上設(shè)有增壓流道槽3。
本發(fā)明的核心技術(shù)是在軸承體2外表面周圓上開設(shè)兩環(huán)密封流體介質(zhì) 供壓孔5，兩環(huán)供壓孔5位于軸承體兩端部，供壓孔5在每一圓環(huán)上均勻 分布，如圖4所示。兩環(huán)供壓孔5與軸承體內(nèi)表面周圓上開設(shè)的兩環(huán)供氣 孔噴嘴6相對(duì)應(yīng)設(shè)置，每環(huán)供壓孔5采用噴嘴節(jié)流切向供壓孔結(jié)構(gòu)，每一 供壓孔5經(jīng)氣道與一供氣孔噴嘴6斜向相通，在軸承體內(nèi)表面周圓上供氣 孔噴嘴6的位置，開設(shè)有增壓流道槽3，增壓流道槽3沿周圓設(shè)置，其長(zhǎng) 度約為軸承體內(nèi)表面周圓的四分之一，如圖3B、圖5所示。軸承體采用耐 磨、耐高溫、高強(qiáng)度及固體自潤(rùn)滑性能的材料制作，如碳石墨合金、碳纖維、氮化硼等材料。其原理是根據(jù)軸承體與轉(zhuǎn)子軸頸l相對(duì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)， 利用氣體的粘性作用，在動(dòng)靜間隙流道處，密封流體介質(zhì)在轉(zhuǎn)子軸頸1旋 轉(zhuǎn)帶動(dòng)增壓與外部供給壓力耦合作用產(chǎn)生的動(dòng)力使其轉(zhuǎn)子軸頸1懸浮起 來。這里在軸承體體開設(shè)雙環(huán)密封流體介質(zhì)供壓孔5，并采用噴嘴節(jié)流切 向供壓孔結(jié)構(gòu)，利用密封流體靜壓實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子在低速旋轉(zhuǎn)或起停過程中對(duì)工
作介質(zhì)的密封作用；軸承體內(nèi)表面開設(shè)增壓流道槽3，有效地解決了軸頸 1開設(shè)流槽與軸承內(nèi)表面接觸的摩損問題；針對(duì)氣浮軸承的應(yīng)用條件，合 理選擇耐磨、耐高溫性能的自潤(rùn)滑材料作為氣浮軸承內(nèi)表面材料，也進(jìn)一 步改善了轉(zhuǎn)子軸頸1啟停等短時(shí)間對(duì)接觸表面摩擦的適應(yīng)能力；采用彈性 橡膠圈、金屬橡膠及彈性復(fù)合材料等做減振彈性圈4的減振技術(shù)措施，進(jìn) 一步提高流體動(dòng)力承載密封環(huán)運(yùn)行的穩(wěn)定性。 本發(fā)明的技術(shù)方案主要通過如下步驟實(shí)現(xiàn)
1. 流體動(dòng)力承載密封環(huán)體(密封環(huán)體包括外殼、軸承體2、增壓流道 槽3、減振彈性圈4)材料的選擇，即根據(jù)流體動(dòng)力承載密封環(huán)應(yīng) 用的溫度、壓力及工質(zhì)等條件，合理選擇耐磨、耐高溫性能的自潤(rùn) 滑材料作為流體動(dòng)力承載密封環(huán)材料及密封流體介質(zhì)；
2. 流體動(dòng)力承載密封環(huán)的流體動(dòng)靜壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即根據(jù)流體動(dòng)力承 載密封環(huán)應(yīng)用的溫度、壓力及工質(zhì)等條件，以及軸頸旋轉(zhuǎn)、渦動(dòng)轉(zhuǎn) 速與承擔(dān)載荷性質(zhì)，合理確定增壓流道槽的壓比(壓比隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 速升高而升高，并且受到流道槽形線的影響)，完成雙環(huán)噴嘴節(jié)流 切向密封流體介質(zhì)供壓孔與內(nèi)表面開設(shè)增壓流道槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
3. 流體動(dòng)力承載密封環(huán)的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即根據(jù)流體動(dòng)力承載密封環(huán)所承擔(dān)的載荷性質(zhì)、穩(wěn)定性的要求及工質(zhì)等條件，采用橡膠圈、 金屬橡膠及彈性復(fù)合材料等措施，完成流體動(dòng)力承載密封環(huán)結(jié)構(gòu)、
強(qiáng)度及運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)； 4.流體動(dòng)力承載密封環(huán)的加工與制造，即根據(jù)流體動(dòng)力承載密封環(huán)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工藝要求，選擇能夠滿足精度要求的設(shè)備進(jìn)行制造、加
工及裝配。 本發(fā)明的實(shí)施例按以下步驟進(jìn)行
1. 氣動(dòng)承載密封環(huán)材料的選擇:根據(jù)氣動(dòng)承載密封環(huán)應(yīng)用溫度T < 200 °C、工作介質(zhì)為3kg/cr^的氫氣，選擇具有耐磨、耐高溫寄自潤(rùn)滑 性能的碳石墨作為氣動(dòng)承載密封環(huán)材料，密封流體介質(zhì)為高于氫氣 壓力0.5 kg/cm2的透平油。
2. 氣動(dòng)承載密封環(huán)開設(shè)增壓流道槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)氣動(dòng)承載密封 環(huán)所承擔(dān)的動(dòng)載荷為100公斤、轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速為3000rpm，確定內(nèi) 八字形增壓流道槽形線，完成內(nèi)表面開設(shè)增壓流道槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
3. 氣動(dòng)承載密封環(huán)本體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)氣動(dòng)承載密封環(huán)所承擔(dān)的 載荷性質(zhì)、穩(wěn)定性的要求，采用彈性橡膠圈為減振技術(shù)措施，完成 氣動(dòng)承載承載密封環(huán)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度及運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)；
4. 氣動(dòng)承載密封環(huán)的加工與制造根據(jù)氣動(dòng)承載密 環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 的工藝要求，選擇能夠滿足精度要求的數(shù)控設(shè)備或?qū)Ｓ迷O(shè)備進(jìn)行制 造、加工及裝配。
權(quán)利要求
1.一種非接觸式流體動(dòng)力承載密封環(huán)，包括外殼、軸承體、減振彈性圈、增壓流道槽；管狀外殼周圓設(shè)有氣孔，并圍罩于軸承體外周，外殼與軸承體之間設(shè)有減振彈性圈；管狀軸承體圍罩于轉(zhuǎn)子軸頸外周，軸承體內(nèi)表面上設(shè)有增壓流道槽；其特征在于在軸承體外表面周圓上開設(shè)兩環(huán)密封流體介質(zhì)供壓孔，兩環(huán)供壓孔位于軸承體兩端部，供壓孔在每一圓環(huán)上均勻分布；兩環(huán)供壓孔與軸承體內(nèi)表面周圓上開設(shè)的兩環(huán)供氣孔噴嘴相對(duì)應(yīng)設(shè)置，每環(huán)供壓孔采用噴嘴節(jié)流切向供壓孔結(jié)構(gòu)，每一供壓孔經(jīng)氣道與一供氣孔噴嘴斜向相通；在軸承體內(nèi)表面周圓上供氣孔噴嘴的位置，開設(shè)有增壓流道槽，增壓流道槽沿周圓方向設(shè)置，其長(zhǎng)度≤軸承體內(nèi)表面周圓的四分之一。
2. 如權(quán)利要求1所述的非接觸式流體動(dòng)力承載密封環(huán)，其特征在于: 所述外殼、軸承體為碳石墨合金或碳纖維或聚四氟乙烯材料制作。
3. 如權(quán)利要求l所述的非接觸式流體動(dòng)力承載密封環(huán)，其特征在于: 所述減振彈性圈為橡膠圈或金屬橡膠或彈性復(fù)合材料制作。
4. 如權(quán)利要求1所述的非接觸式流體動(dòng)力承載密封環(huán)，其特征在于: 所述軸承體內(nèi)表面為碳石墨合金或碳纖維材料制作。
全文摘要
流體動(dòng)力承載密封環(huán)，涉及密封技術(shù)，是一種新結(jié)構(gòu)形式的非接觸流體動(dòng)力密封結(jié)構(gòu)。該流體動(dòng)力承載密封環(huán)包括外殼、軸承體、增壓流道槽、減振彈性圈；其結(jié)構(gòu)特征是在軸承體開設(shè)雙排密封流體介質(zhì)供壓孔，并采用噴嘴節(jié)流切向供壓孔結(jié)構(gòu)；軸承體內(nèi)表面開設(shè)增壓流道槽結(jié)構(gòu)；承載密封環(huán)體采用耐磨、耐高溫及自潤(rùn)滑性能的材料，并用橡膠圈、金屬橡膠及彈性復(fù)合材料等做減振彈性圈。本發(fā)明的流體動(dòng)力承載密封環(huán)不僅極大地提高了軸承體承受外加載荷的能力，以及動(dòng)靜部件短時(shí)間接觸耐磨性能，而且還降低了對(duì)工作介質(zhì)含雜質(zhì)、溫度等指標(biāo)的要求。本發(fā)明的流體動(dòng)力承載密封環(huán)具有密封效果好，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高，進(jìn)一步拓寬了密封產(chǎn)品工程應(yīng)用的范圍。
文檔編號(hào)F16J15/46GK101644334SQ200810118008
公開日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2008年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月6日
發(fā)明者于達(dá)仁, 岳鳳山, 穎 崔, 楊金福, 樓建偉, 策 陳, 黃東成 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所