一种超声波蜂窝密封装置及方法与流程

本发明属于密封技术领域，涉及一种超声波蜂窝密封装置及方法。

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，对密封装置的密封效果提出了更高的要求。传统的迷宫密封利用密封齿和转子间形成的节流空间使流体的动能耗散为热能达到密封效果，其结构简单，成本低廉，但是密封效果不甚理想。相较于迷宫密封，蜂窝迷宫具有漏气量小，转子稳定性高的优点，被广泛地应用在旋转机械的密封当中。虽然蜂窝密封在密封性能上有了很大的改进，但仍然存在着一定的密封间隙，而且有时由于密封间隙被破坏会导致泄露进一步增大。为了改善蜂窝密封的密封特性，技术人员将蜂窝与梳齿相结合，以增强气体动能在密封装置中的耗散，但由于构造的原因，部分蜂窝与转子间隙增大，密封效果反而下降。这就需要对现有的蜂窝密封装置作进一步的改进，以提高其封严特性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种超声波蜂窝密封装置及方法，以解决上述技术问题。本发明利用介质中有强声波传播时出现的声流现象，在蜂窝密封装置中生成涡旋，增强密封间隙和蜂窝芯格中的流体动能的耗散，对现有的蜂窝密封装置作出优化，使其密封效果进一步提升。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种超声波蜂窝密封装置，包括密封体和齿轮轴套；齿轮轴套套设在待密封转轴上，密封体非接触设置在齿轮轴套外侧；密封体包括密封环，密封环内侧设置有环槽，环槽内沿转轴向外方向依次设置基体环、匹配层、声电晶片带和背衬；基体环相对转轴一侧上间隔设有若干密封齿；相邻密封齿之间形成独立的密封区间，密封区间内设置有蜂窝带。

进一步的，还包括密封套；密封体安装在密封套上；密封套与密封体之间设置有弹簧片。

进一步的，蜂窝带包括若干个蜂窝芯格，蜂窝芯格为正六面体型；蜂窝芯格采用海斯特镍基高温合金材料制作，蜂窝芯格之间采用焊接连接；。

进一步的，蜂窝带采用真空钎焊与基体环结合，蜂窝芯格的边长为1.6mm，深度为3mm，壁厚为0.1mm。

进一步的，密封环的环槽一侧或两侧设置若干紧固件，紧固件用于将基体环紧固连接在密封环的环槽内。

进一步的，声电晶片带包含若干声电晶片，声电晶片沿转轴圆周方向连续排列；声电晶片为矩形pzt压电陶瓷片，声电晶片超声波频率范围为40khz-200khz，声电晶片的厚度为超声波在声电晶片内传播时的1/2波长，范围在30mm至2mm。

进一步的，背衬采用钨粉与环氧树脂充分混合后热压成型；钨粉末粒径3.5μm至5μm，体积分数10％至15％，厚度的范围在7mm至50mm。

进一步的，匹配层采用单层填充氧化铝的低粘度环氧树脂制作；氧化铝粉末粒径1.0μm至2.5μm，体积分数5％至25％，匹配层的厚度为超声波在匹配层内传播时的1/4波长，范围在3mm至15mm。

进一步的，齿轮轴套外侧对应密封齿部位设有密封齿槽。

一种超声波蜂窝密封方法，包括：

声电晶片带外侧产生的超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，匹配层实现超声波阻抗的过渡，提高界面的透射系数，使声能向转轴中心方向汇集；汇集后的超声波透射过基体环并在齿轮轴套上发生反射，最终将超声波声能量聚集于各密封区间的密封间隙和蜂窝带中，流体流经各密封区间的密封间隙和蜂窝带中形成涡旋，减小了流体的动能，而超声波的声流效应强化了这种流体经过密封齿和蜂窝带时的节流膨胀效果，使流体动能更进一步耗散为热能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明一种超声波蜂窝密封装置，基体环相对转轴一侧上间隔设有若干密封齿；相邻密封齿之间形成独立的密封区间，密封区间内设置有蜂窝带；采用设置若干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。

进一步的，本发明采用设置声电晶片带加强了超声波密封的效果；

进一步的，采用蜂窝带有效的发挥了蜂窝带的阻隔气流作用，超声波在蜂窝密封装置中生成涡旋，增强密封间隙和蜂窝芯格中的流体动能的耗散，对现有的蜂窝密封装置作出优化，提高了密封效果。

进一步的，本发明采用非接触式密封，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；

进一步的，本发明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。

进一步的，本发明密封装置结构简单，装配方便，成本较低，能有效地增强密封效果，提高机械运行效率。

附图说明

图1为本发明一种超声波蜂窝密封装置的结构示意图。

图2为本发明一种超声波蜂窝密封装置的剖视图。

图3为本发明一种实施例的声电晶片带的结构示意图。

图4为本发明一种实施例的蜂窝带的结构示意图。

其中，1转轴，2齿轮轴套，3密封齿，4螺钉，5密封环，6密封套，7弹簧片，8背衬，9声电晶片带，10匹配层，11密封体，12基体环，13蜂窝带，14蜂窝芯格，91声电晶片。

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，本发明提供了一种超声波蜂窝密封装置，包括密封套6、密封体11、弹簧片7和齿轮轴套2；齿轮轴套2套设在待密封转轴1的外侧，密封体非接触设置在齿轮轴套2外侧，密封体11安装在密封套6上；密封体11与密封套6之间设置弹性部件7。

密封套6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。密封体11包括密封环5、背衬8、声电晶片带9、匹配层10和基体环12；密封环5外侧设置有凸台，密封环5的凸台与密封套6的密封槽相配合，密封环5的凸台采用t型凸台；密封环5的内侧设有环槽；环槽内由转轴1向外依次设有基体环12、匹配层10、声电晶片带9和背衬8；基体环12非接触设置在齿轮轴套2外侧，基体环12外侧紧贴设置匹配层10，匹配层10外侧紧贴设置声电晶片带9，声电晶片带外侧紧贴设置背衬8。

密封环5环槽一侧或两侧还设置有若干紧固件4，紧固件4用于将基体环12紧固连接在密封环5的环槽内，紧固件4采用螺钉。齿轮轴套2外侧设有若干密封齿槽；基体环12内侧设有若干密封齿3，密封齿3与齿轮轴套2上的密封齿槽相匹配，相邻密封齿之间形成独立密封区间，密封区间内设置有蜂窝带13。

弹性部件7采用弹簧片，弹性部件7设置在密封环5的凸台上部。

声电晶片带9包括若干声电晶片91，声电晶片91沿转轴1圆周向连续排列。

实施例：

本发明一种超声波蜂窝密封装置，背衬8采用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8的厚度为18mm；

声电晶片91采用矩形pzt压电陶瓷片，声电晶片91超声波响应频率100khz，声电晶片91的厚度为9mm；

匹配层10采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％，通过浇铸将填料氧化铝粉末与基料粘度环氧树脂铸成薄层，匹配层10的厚度为7.5mm；

蜂窝带13包括若干个蜂窝芯格14，蜂窝芯格14为正六面体型，蜂窝芯格14的边长为1.6mm，深度为3mm，壁厚为0.1mm；蜂窝芯格14采用海斯特镍基高温合金材料制作，蜂窝带13采用蜂窝芯格14之间焊接而成；蜂窝带13呈现蜂窝网格一侧采用在真空钎焊炉内通过真空焊接技术与基体环12结合，连接在基体环12上相邻密封齿3之间的密封区间内，另一侧面向齿轮轴套2。

本发明一种超声波蜂窝密封方法，包括：声电晶片带9外侧产生的超声波经过背衬8的吸收与反射，使得大部分声能量经过匹配层10，匹配层10实现声阻抗过渡，以提高界面透射系数，使声能向转轴1中心方向汇集；汇集后的超声波透射过基体环12并在齿轮轴套2上发生反射，最终将超声波声能量聚集于各密封区间的密封间隙和蜂窝芯格14中，流体流经各密封区间的密封间隙和蜂窝芯格14中形成涡旋，减小了流体的动能，而超声波的声流效应强化了这种流体经过密封齿3和蜂窝带13时的节流膨胀效果，使流体动能更进一步耗散为热能，提高了密封装置的封严特性。