一种弹性波箔型柱面气膜柔性支撑结构

1.本发明涉及一种弹性波箔型柱面气膜柔性支撑结构，特别适用于高速旋转机械转轴的轴向密封装置，属于非接触机械密封技术领域。


背景技术：

2.密封技术是航空发动机的关键性技术之一，密封技术在提高机械工作效率以及保证可靠性等方面起到关键性作用。原有传统密封方式都采用接触式密封，这些仅适用于低速旋转机械中，而对于高速旋转机械，接触密封结构会产生大量的摩擦，严重影响机械结构，所以在高速运转机械中，采用非接触密封装置尤为重要；一般的航空航天领域为高速运转机械领域，采用非接触密封会带来更好的密封性能，柱面气膜密封中动环转子与静环之间通过转子的旋转带动气体流动，在动静环之间形成动压效应，产生一层薄膜，薄膜拥有一定的刚度来支撑静环，从而达到动静环之间的非接触，气膜完成微流隙之间的密封作用。
3.气膜是一个微米级的存在，一个小小的振动都会影响气膜的平稳运行，在仿真状态时，假设气膜的稳态运行为一种理想状态，但是实际情况中会发生很多外部扰动，这都会使气膜损坏，产生接触运转，为防止此类实际工况的发生，设计一种支撑结构来吸收外部振动能量，避免振动损坏气膜，使之达到准动态（平稳）运行。


技术实现要素：

4.发明的目的是提供一种弹性波箔型柱面气膜柔性支撑结构，以克服高速旋转机械运转过程中因工况变化造成密封气膜变形，使得气膜不稳定引起动环转子与静环的磨损等问题。
5.本发明按以下技术方案实现：一种弹性波箔型柱面气膜柔性支撑结构，包括外支撑轴套1、平板2、波形箔片4、静环5、动环转子6、压块7；动环转子6上开有槽601，静环5偏心安装在动环转子6上，外支撑轴套1与静环5同轴心安装在外部结构上，外支撑轴套1用于固定支撑整个密封结构，外支撑轴套1圆周内壁上开设有8~16个卡槽101，波形箔片4上安置有圆弧板3，圆弧板3位于外支撑轴套1的内圆周壁上，平板2安装在卡槽101内一侧，波形箔片4紧贴平板2安装在卡槽101内，压块7压入卡槽101内另一侧，波形箔片4与静环5外壁面直线接触，外支撑轴套1、平板2、圆弧板3、波形箔片4、静环5组成密封结构偏心位于动环转子6外周。
6.所述波形箔片4的竖直板为首端401，波形箔片4的另一端为尾端402，波形箔片4的首端401与尾端402之间是箔叶405，两个箔叶405之间为直槽404，在箔叶405上圆弧凸面为圆弧箔片403，所述静环5外周均匀安置有多个波形箔片4，每个波形箔片4的首端401紧贴平板2安装在卡槽101内，波形箔片4的尾端402呈现自由状态接近于相邻波形箔片4的首端401，波形箔片4的圆弧箔片403与静环5外壁面直线接触，每个波形箔片4上安置有圆弧板3。
7.所述平板2、圆弧板3为多孔弹性结构，即用钢丝缠绕于一起呈现的直板状、圆弧状结构，平板2、圆弧板3的钢丝缠绕有间隙，呈现多孔状，具有一定的弹性。
8.一种弹性波箔型柱面气膜柔性支撑结构的工作原理：柱面气膜密封是在气体旋转产生动压效应，生成一层薄薄的气膜形成非接触密封；在此结构中，由动环转子6与静环5之间的气体旋转形成气膜，其产生的气膜刚度用于支撑静环5，而波形箔片4、圆弧板3、平板2、压块7安装在外支撑轴套1上，用于支撑静环5；两部分产生的支撑力相平衡，达到气膜密封结构的稳定运行，由于形成的气膜较薄，当静环5的受力变形较大，会导致薄膜的破坏，波形箔片4支撑静环5防止过大的受力变形，利用波形箔片4缓冲一部分受力；另外在波形箔片4的外侧设置圆弧板3防止冲击过大损坏波形箔片4零件；将波形箔片4安装到外支撑轴套1的卡槽101上，波形箔片4的圆弧箔片403线接触于静环5，可以减少启动过程中动环转子6与静环5之间的摩擦磨损。
9.本发明具有以下有益效果：1、弹性波箔型柱面气膜柔性支撑结构可承受较大的载荷范围，承受均匀的结构刚度；2、可通过调整波形箔片的数量以及波形箔片的参数来改善密封结构的支撑性能；3、可通过调整平板、圆弧板的钢丝缠绕的孔质疏松程度改善密封结构的柔性支撑缓冲效果以及传热性能。
附图说明
10.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明轴向结构示意图；图3为本发明外支撑轴套结构示意图；图4为本发明平板、波形箔片、外支撑轴套安装位置结构示意图；图5为本发明波形箔片安装结构示意图；图6为本发明波形箔片示意图；图7为本发明圆弧板安装结构示意图；图8为本发明动环转子结构示意图。
11.图中各标号为：1：外支撑轴套、2：平板、3：圆弧板、4：波形箔片、5：静环、6：动环转子、7：压块、101：卡槽、401：首端、402：尾端、403：圆弧箔片、404：直槽、405：箔叶、601：槽。
具体实施方式
12.下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。
13.实施例1：如图1
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8所示，一种弹性波箔型柱面气膜柔性支撑结构，包括外支撑轴套1、平板2、波形箔片4、静环5、动环转子6、压块7；动环转子6上开有槽601，静环5偏心安装在动环转子6上，外支撑轴套1与静环5同轴心安装在外部结构上，外支撑轴套1圆周内壁上开设有8个卡槽101，波形箔片4上安置有圆弧板3，圆弧板3位于外支撑轴套1的内圆周壁上，平板2安装在卡槽101内一侧，波形箔片4紧贴平板2安装在卡槽101内，压块7压入卡槽101内另一侧，波形箔片4与静环5外壁面直线接触，外支撑轴套1、平板2、圆弧板3、波形箔片4、静环5组成密封结构偏心位于动环转子6外周。
14.波形箔片4的竖直板为首端401，波形箔片4的另一端为尾端402，波形箔片4的首端
401与尾端402之间是箔叶405，两个箔叶405之间为直槽404，在箔叶405上圆弧凸面为圆弧箔片403，所述静环5外周均匀安置有10波形箔片4，每个波形箔片4的首端401紧贴平板2安装在卡槽101内，波形箔片4的尾端402呈现自由状态接近于相邻波形箔片4的首端401，波形箔片4的圆弧箔片403与静环5外壁面直线接触，每个波形箔片4上安置有圆弧板3。
15.平板2、圆弧板3为多孔弹性结构，即用钢丝缠绕于一起呈现的直板状、圆弧状结构，平板2、圆弧板3的钢丝缠绕有间隙，呈现多孔状，具有一定的弹性。
16.实施例2：如图1
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8所示，一种弹性波箔型柱面气膜柔性支撑结构，包括外支撑轴套1、平板2、波形箔片4、静环5、动环转子6、压块7；动环转子6上开有槽601，静环5偏心安装在动环转子6上，外支撑轴套1与静环5同轴心安装在外部结构上，外支撑轴套1圆周内壁上开设有12个卡槽101，波形箔片4上安置有圆弧板3，圆弧板3位于外支撑轴套1的内圆周壁上，平板2安装在卡槽101内一侧，波形箔片4紧贴平板2安装在卡槽101内，压块7压入卡槽101内另一侧，波形箔片4与静环5外壁面直线接触，外支撑轴套1、平板2、圆弧板3、波形箔片4、静环5组成密封结构偏心位于动环转子6外周。
17.波形箔片4的竖直板为首端401，波形箔片4的另一端为尾端402，波形箔片4的首端401与尾端402之间是箔叶405，两个箔叶405之间为直槽404，在箔叶405上圆弧凸面为圆弧箔片403，所述静环5外周均匀安置有14个波形箔片4，每个波形箔片4的首端401紧贴平板2安装在卡槽101内，波形箔片4的尾端402呈现自由状态接近于相邻波形箔片4的首端401，波形箔片4的圆弧箔片403与静环5外壁面直线接触，每个波形箔片4上安置有圆弧板3。
18.平板2、圆弧板3为多孔弹性结构，即用钢丝缠绕于一起呈现的直板状、圆弧状结构，平板2、圆弧板3的钢丝缠绕有间隙，呈现多孔状，具有一定的弹性。
19.实施例3：如图1
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8所示，一种弹性波箔型柱面气膜柔性支撑结构，包括外支撑轴套1、平板2、波形箔片4、静环5、动环转子6、压块7；动环转子6上开有槽601，静环5偏心安装在动环转子6上，外支撑轴套1与静环5同轴心安装在外部结构上，外支撑轴套1圆周内壁上开设有16个卡槽101，波形箔片4上安置有圆弧板3，圆弧板3位于外支撑轴套1的内圆周壁上，平板2安装在卡槽101内一侧，波形箔片4紧贴平板2安装在卡槽101内，压块7压入卡槽101内另一侧，波形箔片4与静环5外壁面直线接触，外支撑轴套1、平板2、圆弧板3、波形箔片4、静环5组成密封结构偏心位于动环转子6外周。
20.波形箔片4的竖直板为首端401，波形箔片4的另一端为尾端402，波形箔片4的首端401与尾端402之间是箔叶405，两个箔叶405之间为直槽404，在箔叶405上圆弧凸面为圆弧箔片403，所述静环5外周均匀安置有16个波形箔片4，每个波形箔片4的首端401紧贴平板2安装在卡槽101内，波形箔片4的尾端402呈现自由状态接近于相邻波形箔片4的首端401，波形箔片4的圆弧箔片403与静环5外壁面直线接触，每个波形箔片4上安置有圆弧板3。
21.平板2、圆弧板3为多孔弹性结构，即用钢丝缠绕于一起呈现的直板状、圆弧状结构，平板2、圆弧板3的钢丝缠绕有间隙，呈现多孔状，具有一定的弹性。