(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111568533.6 (22)申请日 2021.12.21 (71)申请人 兰州理工大 学 地址 730000 甘肃省兰州市七里河区兰工 坪路287号 (72)发明人 徐洁　蒋海涛　王升顺　严如奇　 俞树荣　王世鹏　丁俊华　丁雪兴　 (74)专利代理 机构 成都云纵知识产权代理事务 所(普通合伙) 51316 专利代理师 伍星 (51)Int.Cl. F01D 11/04(2006.01) F02C 7/28(2006.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 30/23(2020.01)G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种流致分离的浮动式弹性箔片密封结构 (57)摘要 本发明公开了一种流致分离的浮动式弹性 箔片密封 结构， 包括定子组件、 转子组件， 所述定 子组件包括密封腔、 同心安装在密封腔内的弹性 密封机构、 可拆卸连接在密封腔高压端的密封支 座； 所述转子组件偏心安装在密封腔内， 转子组 件与弹性密封机构之间具有间隙， 还包括设置在 转子组件或定子组件上的动压槽。 本发明用以解 决现有技术中刚性浮环应用于浮动式密封结构 在航空航天领域的包容性较差、 应用性不足的问 题， 以保证气相、 油气两相润滑条件下高参数运 行的可靠性。 权利要求书2页 说明书9页 附图6页 CN 115247577 A 2022.10.28 CN 115247577 A 1.一种流致分离的浮动式弹性箔片密封结构， 包括定子组件、 转子组件， 其特征在于， 所述定子组件包括密封腔(1)、 同心安装在密封腔(1)内的弹性密封机构、 可拆卸连接在密 封腔(1)高压端的密封支 座(6)； 所述转子组件偏心 安装在密封腔(1)内， 转子组件与弹性密 封机构之间具有间隙， 还 包括设置在转子组件或定 子组件上的动压 槽(41)。 2.根据权利要求1所述的一种流致分离的浮动式弹性箔片密封结构， 其特征在于， 所述 转子组件包括旋转轴(5)、 套设在旋转轴(5)外的轴套(4)， 轴套(4)与旋转轴(5)过盈配合； 若干动压 槽(41)环形均布在轴套(4)外壁。 3.根据权利要求2所述的一种流致分离的浮动式弹性箔片密封结构， 其特征在于， 所述 动压槽(41)延伸至轴套(4)高压端的端面。 4.根据权利要求1所述的一种流致分离的浮动式弹性箔片密封结构， 其特征在于， 所述 密封支座(6)和密封腔(1)之间通过紧定 螺栓(7)连接 。 5.根据权利要求1所述的一种流致分离的浮动式弹性箔片密封结构， 其特征在于， 所述 弹性密封机构包括环形的平箔片(3)、 波箔片(2)， 平箔片(3)与波箔片(2)相互接触， 且 所述 平箔片(3)位于所述波箔片(2)的内径侧。 6.根据权利要求5所述的一种流致分离的浮动式弹性箔片密封结构， 其特征在于， 所述 平箔片(3)在高压端设置有向外径方向延伸的延伸部(31)， 所述延伸部(31)被夹持在密封 腔(1)和密封支座(6)之间。 7.根据权利要求5所述的一种流致分离的浮动式弹性箔片密封结构， 其特征在于， 所述 波箔片(2)由N个 分离边界(23)分离为相互独立的N瓣， 每瓣波箔片以一端与平箔片(3)固定 连接作为固定端； 其中N≥2。 8.根据权利要求7所述的一种流致分离的浮动式弹性箔片密封结构， 其特征在于， 每瓣 波箔片上， 均在远离所述固定端的一侧沿圆周方向开设若干分离间隙(21)， 所述分离间隙 (21)一端延伸至远离固定端的分离边界(23)、 另一端封闭； 每瓣波箔片上， 波拱的长轴方向 均平行于该瓣波箔片的分离边界(23)。 9.根据权利要求7所述的一种流致分离的浮动式弹性箔片密封结构， 其特征在于， 所述 分离边界(23)通过如下 方法确定： 步骤一、 以完整无分离的波箔片为基础， 建立浮动式弹性箔片气膜密封结构的动压润 滑模型， 得到流场压力控制方程： 式中， r为旋转轴外半径， p为气膜压力， h为气膜厚度， μ为介质黏度， z为轴向坐标， θ为 周向坐标， ω为旋转速度； 步骤二、 基于动压润滑模型获取气膜厚度控制方程： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115247577 A 2式中， h0为平均气膜厚度， hg为动压槽槽深， ε为偏心率， kb为波箔片刚度， kp为平箔片刚 度， po为低压侧压， Eb为波箔片的弹性模量、 Ep为平箔片的弹性模量， tb为波箔片的厚度， tp为 平箔片的厚度， Ф为波箔片夹角， l为波箔片弦长的一半， s为波 箔片节距， J为摩擦因数 μf和 波箔片夹角Ф的函数， νb为波箔片的泊松比， νp为平箔片的泊松比。 步骤三、 输入结构参数、 工况参数、 力学性能参数， 耦合求解流场压力控制方程、 气膜厚 度控制方程， 计算得到 压力分布和厚度分布； 步骤四、 通过如下公式计算任意中间层流场的x， y， z方向的速度vx、 vy、 vz： 式中， x为圆周方向坐标， y为半径方向坐标； 计算vx和vy的夹角 α： 步骤五、 确定最大压力处的柱坐标( θmax， zmax)， 以及最大压力处x方向速度和y方向速度 的夹角 β； 步骤六、 在一个周期内， 计算流域满足 的坐标点， 连接各点， 得到柱坐标系 下分离边界的数 学表达式； 其中er r为判断误差 。 10.根据权利要求7所述的一种流致分离的浮动式弹性箔片密封结构， 其特征在于， 所 述分离边界(23)通过如下 方法确定： 步骤A、 建立浮动式弹性箔片密封结构的固体域模型， 确定约束关系； 计算密封面未变 形时的流场分布； 步骤B、 将流体域计算结果传输至平箔片表面， 完成密封面形变量计算， 并将固体域计 算结果传输至流体域， 更新气膜厚度后重新计算流场参数， 往复循环， 直至固体域和流体域 计算结果满足收敛 条件， 得到稳定的气膜压力分布； 步骤C、 选取流经压力最大处附近的多组流线或流速 矢量； 步骤D、 根据得到的流线或流速矢量， 基于图像处理和解析法， 得到柱坐标系下分离边 界的数学表达式。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115247577 A 3