本发明属于密封技术领域，特别涉及一种旋转机械动密封装置及方法。
背景技术：
动密封技术的研究在科学和技术领域都有十分重要的意义，随着工业的发展，工程机械的使用环境发生了深刻的变化，其工况要求越发苛刻，正朝着极端温度、高腐蚀、高尘以及微尺度等方向发展。传统的动密封技术，诸如填料密封、油封密封、迷宫密封和机械密封等在面对极端工况时往往不能达到预期的密封效果。譬如填料密封，作为一种接触式密封存在磨损问题，需要持续对填料进行更换补充；再如油膜密封，其密封油受环境温度影响较大，易因温度变化导致润滑油粘度改变从而影响密封效果，此外，其对密封介质中的固体杂质也十分敏感；再如机械密封，其材质易被复制，易被固体颗粒磨损，温度过高时也会失效。这都对动密封在极端环境下的可靠性和使用寿命提出了更高的要求。
研究表明，当介质中有强声波传播时，往往会出现一种非周期的流动，这种现象称为声流，将超声波的声流效应应用在密封技术领域，在密封装置中生成涡旋，进而将密封间隙的流体动能在粘滞阻力的作用下耗散，实现减小密封装置泄露的目的，但需要注意的是，这种现象引起的声压变化不是十分剧烈，其密封效果并不理想，因此有必要提出一种特殊的密封装置，以提高超声波密封装置的密封效果。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种阵列式超声波动密封装置及方法，利用超声波阵列形式排布形成组合密封装置，以解决上述提出的技术问题，提高超声波动密封装置的密封效果。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种阵列式超声波动密封装置，包括密封体、密封套及齿轮轴套；齿轮轴套套设于待密封转轴上；密封体包括汽封环；汽封环安装于齿轮轴套外周，汽封环相对转轴一侧上间隔设有若干密封齿；密封套的t型槽内侧设有t型槽；汽封环背离转轴一侧设有t型凸台与密封套的t型槽配合；相邻密封齿之间形成独立的密封区间；相邻密封齿之间形成的密封区间由转轴向外依次设有声透镜、匹配层、声电晶片带和背衬。
进一步的，由高压侧向低压侧各密封区间内声电晶片产生的超声波频率由低到高递增。
进一步的，密封齿的个数大于等于四。
进一步的，声电晶片带包含若干个声电晶片，声电晶片沿转轴圆周连续排列。
进一步的，声电晶片为矩形声电晶片。
进一步的，声电晶片产生的超声波频率为40khz至100khz。
进一步的，密封套内侧设有密封槽，密封槽开口部位设置有肩台，密封槽为t型槽。
进一步的，齿轮轴套外侧对应密封齿部位设有密封齿槽。
进一步的，齿轮轴套固定连接在转轴上。
一种阵列式超声波动密封方法，包括：声电晶片带中的声电晶片背面产生的高频声波经过背衬的吸收与反射，使得大部分声能量经过匹配层，以实现声阻抗的过渡，提高界面的透射系数，并由声透镜的聚焦作用，向转轴中心汇集，并在转轴上发生反射，最终使得各密封区间的声波聚集在各自密封区间的密封间隙中，介质在密封间隙形成涡旋，又由于密封齿的作用，对介质产生扰流和阻流作用，最终使得介质动能被充分耗散，实现阵列式超声波动密封。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：
1、本发明设计的密封装置属于非接触式密封，相较于传统的蜂窝密封、刷式密封有效地减小了密封装置的磨损与消耗。
2、本发明设计的密封装置无需润滑油和密封油，减少了旋转机械对于润滑设备的依赖。
3、本发明设计的密封装置在极端温度、高尘和高腐蚀性环境中有较好的适应性。
4、本发明设计的密封装置结构装配方便，成本低，降低了维护成本。
5、本发明设计的密封装置设有多个密封齿，使其能够达到阻流和扰流的双重效果，进而密封的效果更好
6、本发明设计的密封装置有多个声电晶片带，加强了超声波密封的效果。
7、本发明设计的密封装置，当密封间隙≤0.2㎜，超声波频率在40khz到100khz时，声流现象十分显著，声能量转化为涡旋能的比例维持在64％以上，密封效果较佳，具有广阔的应用领域。
附图说明
图1为声电晶片带结构的示意图。
图2为本发明一种阵列式超声波动密封装置的结构示意图；
图3为密封装置的剖面图；
图4为密封间隙为0.1㎜时，超声波频率和声能转化为涡旋能的比例。
其中，1转轴；2齿轮轴套；3声透镜；4匹配层；5声电晶片带；6背衬；7汽封环；8密封套；9密封体；10密封齿。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做具体的说明。
如图1-4所示，本发明提供了一种阵列式超声波动密封装置，包括密封体9、密封套8和齿轮轴套2，密封套8设有密封槽，密封槽开口部位设置有肩台，密封槽为t型槽；密封体9包括汽封环7；汽封环7安装于转轴1外周，汽封环7相对转轴1一侧上间隔设有若干密封齿10；汽封环7背离转轴1一侧设有t型凸台与密封套8的t型槽配合。相邻密封齿10之间形成独立的密封区间。相邻密封齿10之间形成的密封区间由转轴1向外依次设有声透镜3、匹配层4、声电晶片带5和背衬6；
声透镜3靠近转轴1非接触设置，声透镜3外侧紧贴设置匹配层4，匹配层4外侧紧贴设置声电晶片带5，声电晶片带5外侧紧贴设置背衬6，背衬6外侧设置汽封环7。
声电晶片带5包括若干声电晶片，声电晶片沿转轴1圆周向连续排列；
本实施例设置4个密封齿10，形成3个密封区域，密封装置高压侧向低压侧各密封区间内的声电晶片产生的超声波频率由低到高递增，齿轮轴套2设置在声透镜3与转轴1之间，齿轮轴套2外侧对应密封齿10部位设有密封齿槽。
实施例：
本发明一种阵列式超声波动密封装置，背衬6由钨粉与环氧树脂充分混合后热压成型，钨粉的粒径5μm，体积分数15％；背衬6外侧接触连接t型槽，通过t型槽的固定于密封套8中；
声电晶片带5由矩形pzt压电陶瓷片组成，压电陶瓷片的厚度为超声波在其内传播时的1/2波长。
匹配层4选用单层填充氧化铝的低粘度环氧树脂，氧化铝粉末粒径2.5μm，体积分数25％，通过浇铸将填料与基料铸成薄层，匹配层4的厚度为超声波在匹配层4传播时的1/4波长；声透镜3选用聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)。
在汽封环7上沿转轴1方向均匀排布有四个径向密封齿10，形成三个密封区间，三个密封区间的超声波频率自密封装置高压侧向低压侧依次选择40khz、70khz和100khz左右。
本发明一种阵列式超声波动密封方法，包括：声电晶片背面产生的高频声波经过背衬5的吸收与反射，使得大部分声能量经过匹配层4透射进声透镜3，并由声透镜3的聚焦作用，向转轴1中心方向聚焦，并在齿轮轴套2上发生反射，最终使得各密封区间的声波聚集在各自密封区间的密封间隙中，介质在密封间隙形成较强的涡旋，又由于密封齿10的作用，进一步对介质产生扰流和阻流作用，最终使得介质动能被充分耗散，提高密封装置的密封特性和阻尼特性。