[发明专利]一种抛物线轴向迷宫密封齿结构

说明书

技术领域

本发明涉及机械密封技术，特别涉及一种用于往复迷宫压缩机的活塞与气缸、活塞杆与缸体抛物线轴向迷宫密封齿结构。

背景技术

迷宫密封因结构简单、使用方便、工作可靠等特性被广泛用于往复式压缩机、鼓风机和汽轮机等动力机械中。其工作原理是通过节流间隙中的节流过程和空腔内的动能耗散来实现密封，两个流动过程的能量耗散大小决定着密封的性能，而密封结构是能量耗散的主要决定因素，因此进行迷宫密封结构分析和研究设计新型的密封结构，对降低迷宫密封泄漏量、提高迷宫密封性能具有重要意义。

随着国家清洁能源制备及输送设备的需求量的增加，促进往复式迷宫压缩机装备产业的迅速发展，传统的2K、2D、3K、4D、4K型迷宫压缩机因密封结构及其工艺技术落后，严重制约发展大型或者超大型迷宫压缩机系统设备。目前所设计生产的迷宫压缩机迷宫密封结构中起决定作用的迷宫密封齿结构，基本是采用传统的三角形齿、圆形齿和梯形齿结构，近年来也出现了一种仿梯形齿结构。

从理论角度来说，减少泄漏量的关键在于工作介质的能量在迷宫内部充分耗散，由齿形结构所决定，目前采用的传统形式迷宫密封齿形无论如何改变齿形角度、齿形深度以及间隙宽度，其所密封的工作介质能量耗散程度都没有发生质的变化，在工程实际中往往是增加100%的成本投入来换取3～12%的密封效果。虽然仿梯形齿迷宫密封结构从根本上改变了工作介质在迷宫密封齿中能量耗散效果，比传统形式的迷宫密封效率提高60%以上，但由于仿梯形齿是经验设计结构，无齿形理论成型依据，这样对于任何一种规格的迷宫压缩机，需要对所采用仿梯形齿迷宫密封结构的活塞、缸体以及活塞杆进行大量迷宫效果试验，所以在迷宫压缩机中采用仿梯形齿迷宫密封结构会增加大量的成本，同时会产生大量的试验废品。为此，如何降低成本、改进和开发新型高效密封性能的迷宫密封齿结构，是设计制造迷宫压缩机行业一直努力探寻的目标。

本发明要解决的技术问题是，提供一种迷宫密封结构密封效果好、在密封区域耗散所密封介质能量的能力提高30%～49%的抛物线轴向迷宫密封齿结构。

采用的技术方案是：

一种抛物线轴向迷宫密封齿结构，该结构用于往复式迷宫压缩机的活塞与气缸、活塞杆与缸体的迷宫密封，所述的迷宫密封的齿形为抛物线齿形。

上述的活塞上采用的迷宫密封齿齿高、齿宽及间距宽度是气缸上迷宫密封齿齿高、齿宽及间距宽度的2-4倍。

上述的抛物线齿形参数是通过嵌入到CAD应用软件中的绘制二维抛物线CAD曲线软件包模块、基于有限体积法FLUENT应用软件模拟计算优化获得的。

上述的确定迷宫密封抛物线齿形参数的软件包模块、FLUENT模拟计算及有限元优化依据齿形解析式，用于往复运动密封的下列三角形齿二维数学解析式(1)、(2)以及延伸开发的抛物线齿二维数学解析式(3)、(4)，得到优化的抛物线迷宫密封齿结构，具体数学解析式如下：

  ……（1）

 ……（2）

    ……（3）

……（4）。

 

本发明具有迷宫密封结构密封效果好、在密封区域耗散所密封介质能量的能力提高30%～49%的抛物线轴向迷宫密封齿结构。

附图说明

图1是三角形齿曲线图。

图2是抛物线齿曲线图。

具体实施方式

一种抛物线轴向迷宫密封齿结构，其设计方法：

1、通过 C++应用软件对三角形迷宫密封齿形参数化设计开发研究，开发出参数化绘制二维往复式迷宫密封结构的软件模块，使之能够在CAD应用平台上通过给定设计参数，自动绘制出二维迷宫密封流场图（见图1）。 

2、结合CAXA和CAD应用软件，在CAD软件应用平台上绘制抛物线二维图形的二次开发应用。

3、通过形成迷宫密封结构所确定的抛物线齿型参数分析研究，应用C++软件，开发出参数化绘制抛物线齿二维往复式迷宫密封结构的软件模块，使之能够在CAD应用平台上通过给定参数设定，自动绘制出二维迷宫密封流场图（见图2）。

4、应用有限元理论对抛物线迷宫密封齿形的参数进行优化，然后通过FLUENT模拟迷宫密封的内部流动，得到优化的抛物线迷宫密封齿结构。

具体设计步骤：

1、依据解析几何数学关系式以及二维三角形齿迷宫密封CAD设计图，推导三角形齿迷宫密封二维流场CAD设计图解析关系式，如下：

  ……（1）

 ……（2）