一种阵列式多出口薄膜节流器结构
阅读说明：本技术 一种阵列式多出口薄膜节流器结构 (Array type multi-outlet film throttler structure ) 是由 江锦波 蔡浩楠 彭旭东 赵文静 王梦娇 李纪云 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：一种阵列式多出口薄膜节流器结构,包括下压盖、橡胶垫、弹性膜片、上压盖、进气盖,进气盖与上压盖紧固连接,进气盖与上压盖之间设有节流气进气腔,下压盖与上压盖紧固连接,下压盖与上压盖之间依次堆叠设有下橡胶垫、弹性膜片和上橡胶垫,弹性膜片与下压盖之间设有多个圆周阵列的压力平衡腔,弹性膜片与上压盖之间设有多个圆周阵列的节流气腔,各节流气腔之间互不连通,节流气腔内设有节流喷嘴,每个节流气腔都设有独立的出气口。本发明通过采用单节流气进气口和多个独立且密封隔绝的节流气出气口模式,可同时满足下游多个执行元件的不同节流需求；当其用于控制静压干气密封或气体推力轴承时,理论上具有无限大的轴向气膜刚度和角向气膜刚度。(The utility model provides an array many exports film flow controller structure, including lower gland, the rubber pad, elastic diaphragm, go up the gland, the lid admits air, admit air lid and last gland fastening connection, it admits air the chamber to admit air to be equipped with the throttle gas between lid and the last gland, lower gland and last gland fastening connection, it is equipped with down the rubber pad to pile up in proper order between lower gland and the last gland, elastic diaphragm and last rubber pad, be equipped with the pressure balance chamber of a plurality of circumference arrays between elastic diaphragm and the lower gland, be equipped with the throttle air cavity of a plurality of circumference arrays between elastic diaphragm and the last gland, each other not intercommunication between each throttle air cavity, be equipped with the throttle nozzle in the throttle air cavity, every throttle air cavity all is equipped with independent gas outlet. According to the invention, by adopting a single throttling gas inlet and a plurality of independent and sealed and isolated throttling gas outlet modes, different throttling requirements of a plurality of downstream executing elements can be met simultaneously; when it is used to control a static pressure dry gas seal or a gas thrust bearing, it theoretically has infinite axial and angular air film stiffness.)
技术领域
本发明涉及一种间隙调节节流器结构，特别涉及一种薄膜可变节流器结构，可用于各种气体润滑或液体润滑的密封、轴承。
背景技术
通过向微间隙内充入带压节流气体是提高静压气体轴承和静压干气密封气膜承载力和刚度的有效途径，其中对节流气起着节流降压作用的节流器是保证轴承和密封气膜具有正气膜刚度的关键所在。节流器又可分为固定节流器和可变节流器，包括小孔节流器、狭缝节流器和多孔质节流器在内的固定节流器具有结构简单的优点，但其对工况变化和轴系振动等扰动的适应能力较弱。可变节流器主要包括薄膜节流器和滑阀节流器两种，通过节流器中的弹性膜片变形或阀件移动以实现对节流过程的自适应调控，进而显著提高静压密封和轴承适应外界扰动的能力。
对于静压干气密封和静压推力轴承，为适应轴系轴向窜动和轴向力改变，一般采用单个薄膜可变节流器为密封或轴承静止件上的固定节流孔供气的模式，也即所有的固定节流孔相连贯通，不过这种形式的可变节流器对于角向振摆的适应能力弱。为适应轴系角向偏摆和角向偏转力矩的改变，可以采用为密封或轴承静止件上每个固定节流孔独立配备一个薄膜可变节流器，以使每个固定节流孔的出口都可独立调控，不过这种型式的可变节流器系统结构复杂、节流器数量多，不便于其工程应用。
发明内容
为提高现有带薄膜节流器的静压气体密封或静压气体轴承对轴系角向偏摆和偏转力矩的适应能力，本发明提供了一种结构简单且紧凑的阵列式多出口薄膜节流器结构。
本发明的技术方案是：
一种阵列式多出口薄膜节流器结构，包括下压盖1、橡胶垫2、弹性膜片3、上压盖4、进气盖5，其特征在于：所述进气盖5与上压盖4紧固连接，所述进气盖5与上压盖4之间设有节流气进气腔53，所述下压盖1与上压盖4紧固连接，所述下压盖1与上压盖4之间依次堆叠设有下橡胶垫21、弹性膜片3和上橡胶垫22；所述弹性膜片3与下压盖1之间设有多个圆周阵列的压力平衡腔123，所述弹性膜片3与上压盖4之间设有多个圆周阵列的节流气腔424，弹性膜片3的两面对称地设有节流气腔424和压力平衡腔123，形成薄膜节流器；每个薄膜节流器的节流气腔424内设有节流喷嘴426和出气口425，每个薄膜节流器的出气口425分别与静压干气密封静环的一个节流孔相连通；各个薄膜节流器的节流气腔424之间互不连通，各个薄膜节流器的压力平衡腔123之间互相连通。
进一步，所述上压盖4上设有平衡气进气孔411，所述每个薄膜节流器的压力平衡腔123都与平衡气进气通道412相连通。
进一步，所述节流气进气腔53通过进气通道421与节流喷嘴孔422连通，所述弹性膜片3与节流喷嘴426端面之间设有节流间隙423，所述节流喷嘴孔422通过节流间隙423与节流气出气腔424相连通。
进一步，所述下压盖1上端面设有平衡气流通通道12，所述平衡气流通通道12包括中心孔121、压力平衡腔123和连通通道122，所述压力平衡腔123为圆柱形，所述压力平衡腔123通过连通通道122与中心孔121相连通。
进一步，所述薄膜节流器结构外形为圆柱形。
或者，所述薄膜节流器结构外形为截面六边形的棱柱形。
进一步，所述下压盖1上端面设有平衡气流通通道12，所述平衡气流通通道12包括中心孔121和压力平衡腔123，所述压力平衡腔123为三角形截面的棱柱形，所述中心孔121与压力平衡腔123相连通。
本发明的工作原理是：
薄膜节流器的作用对象可以是静压轴承或静压干气密封。因本发明所述的阵列式多出口薄膜节流器也属于薄膜节流器的一种，先以常规薄膜节流器静压干气密封为例阐明薄膜节流器的工作原理。薄膜节流器静压干气密封是通过弹性膜片的自适应变形改变节流气的流阻，进而使干气密封在受到外力且膜厚变化时恢复原膜厚值，理论上可使干气密封呈现出无限大的气膜刚度。具体而言，给定压力的节流气首先通过薄膜节流器喷嘴孔喷出，进入喷嘴端面与弹性膜片之间的微小间隙而产生一定的流阻和压降后进入节流气出气腔，这是节流系统的首次节流；从薄膜节流器节流气出气腔出口流出的节流气进入静压干气密封的动静环间隙并产生流阻和压降，这是二次节流。当静压干气密封因受到外力作用而膜厚变小时，二次节流的流阻增大，使薄膜节流器节流气出气腔压力增大，弹性膜片在增大的节流气压力作用下进一步变形而使得喷嘴端面与弹性膜片之间的节流间隙增大，节流气首次节流的流阻变小而使节流气出气腔压力增大，最终使静压干气密封动静环之间的膜厚增大；反之，当静压干气密封因受到外力作用而使膜厚变大时，薄膜节流器也可通过弹性膜片的自适应形变使节流气出气腔压力减小，最终使干气密封动静环之间的膜厚减小。当薄膜节流器参数选取合适时，其能通过自适应调节流阻而使受到外力作用下的静压干气密封膜厚基本不变，从而实现理论上的无限正刚度。不过常规薄膜节流器只具有很大的轴向气膜刚度，都只能适应密封间隙整体的增大或减小，对于密封间隙一侧增大而另一侧减小的倾斜情况则无法实现有效的自适应调控。
本发明所述的阵列式多出口薄膜节流器结构中包括多个周向阵列分布的单薄膜节流器，各个单薄膜节流器中的弹性膜片上方为节流喷嘴和节流气出气腔，弹性膜片的下方为压力平衡腔，可通过压力平衡腔内压力调节以将弹性膜片变形控制在合理的范围之内。各个节流气出气腔之间互不连通，以实现对节流气出气压力的独立控制；各个压力平衡腔之间互相连通。为实现各节流气出气腔之间的隔绝密封，在弹性膜片与上压盖之间设有上橡胶垫，在弹性膜片与下压盖之间设有下橡胶垫。当本发明所述的阵列式多出口薄膜节流器用于静压干气密封时，各个单薄膜节流器中的节流气出气腔出口分别与静压干气密封静环的各个节流孔相连通，单薄膜节流器数量与静压干气密封静环中的节流孔数量相同。本发明所述薄膜节流器主要用于静压干气密封易受到角向扰动而出现密封间隙沿周向分布不均匀的情况。当静压干气密封因受到外界角向扰动而出现密封环倾斜、密封间隙一侧增大而另一侧减小时，对于密封间隙增大的一侧，干气密封节流系统的二次流阻减小，对应的单薄膜节流器中节流气出气腔压力减小，则弹性膜片与喷嘴端面之间节流间隙减小，节流系统的首次流阻增大，反馈的结果是使该侧密封间隙减小而恢复至原膜厚；反之，对于密封间隙减小的一侧，其反馈的结果则是使该侧密封间隙增大而恢复至原膜厚。由此可见，本发明所述的阵列式多出口薄膜节流器可显著提高静压干气密封抵抗外界角向偏摆扰动的能力，理论上具有无限大的角向气膜刚度。
本发明的优点和有益效果
(1)通过将多个单薄膜节流器圆周阵列布置于紧固连接的上盖和下盖之内，各弹性膜片的压力平衡腔相连通，整体结构紧凑而简单。
(2)通过多个单薄膜节流器与执行元件独立连通，且各弹性膜片的节流气出气腔之间通过橡胶垫实现可靠的密封隔绝，可实现薄膜节流器对多个执行元件的同时控制。
(3)阵列式多出口薄膜节流器结构理论上具有无限大的轴向和角向气膜刚度，不但能用于承受轴向窜动而造成间隙变化的静压干气密封或气体推力轴承，而且还适合用于承受角向偏摆扰动而造成倾斜间隙的静压干气密封和气体轴承。
附图说明
图1是本发明实施案例一的圆柱形薄膜节流器三维结构示意图；
图2是本发明实施案例一的圆柱形薄膜节流器结构剖视图；
图3是本发明实施案例一的弹性膜片和橡胶垫结构剖视图；
图4是本发明实施案例一的下盖结构俯视图；
图5是本发明实施案例一的上盖三维结构示意图；
图6是本发明实施案例一的薄膜节流器静压干气密封系统示意图；
图7是本发明实施案例二的六棱柱形薄膜节流器三维结构示意图；
图8是本发明实施案例二的下盖结构俯视图。
具体实施方式
结合附图对本发明的实施进一步详述。
实施案例一
参见图1、2、3、4和5，一种阵列式多出口薄膜节流器结构包括下压盖1、橡胶垫2、弹性膜片3、上压盖4、进气盖5，薄膜节流器结构外形为圆柱形。进气盖5与上压盖4之间通过螺钉51紧固连接，进气盖5中心设有进气孔52，进气盖5与上压盖4之间设有节流气进气腔53。下压盖1与上压盖4之间通过螺钉11紧固连接，下压盖1与上压盖4之间依次堆叠设有下橡胶垫21、弹性膜片3和上橡胶垫22。
弹性膜片3与上压盖4之间设有6个圆周阵列的节流气腔424，每个节流气腔424之间互不连通，其密封隔绝通过位于弹性垫片3和上压盖4之间的上橡胶垫22实现。节流气腔424内设有节流喷嘴426，节流喷嘴426端面与弹性膜片3上表面之间形成节流间隙423，节流气腔424设有出气口425。参见图2，带压气体依次通过进气口52，节流气进气腔53，流经进气通道421、节流喷嘴孔422和节流间隙423后进入节流气出气腔424中，然后通过出气口425进入后续的气体管路。节流气流经节流间隙423的流阻与弹性膜片3的变形量紧密相关，弹性膜片3的变形越远离节流喷嘴426，则节流间隙越大，节流气流阻越小。反之则越大。
弹性膜片3与下压盖1之间设有6个圆周阵列的压力平衡腔123。下压盖1上端面设有平衡气流通通道12，平衡气流通通道12包括中心孔121、压力平衡腔123和连通通道122，所述压力平衡腔123为圆柱形。上压盖4中心设有平衡气进气孔411和平衡气进气通道412。参见图2和图4，平衡气从平衡气进气孔411流入，依次流经平衡气进气通道412、中心孔121和连通通道122后进入，压力平衡腔123。
参见图6，图2，一种阵列式多出口薄膜节流器静压干气密封系统，包括阵列式多出口薄膜节流器结构、静压干气密封结构和两者之间的气体管路。静压干气密封结构由动环61、静环62等组成，动环和静环端面之间形成具有一定厚度的密封间隙63。其中一个单薄膜节流器的出气口425通过气体管路427连接到静压干气密封结构进气口438，与密封间隙63相连通,。当静压干气密封处于初始状态时，动环61和静环62端面之间保持平行状态。当密封端面受到外界角向偏摆扰动时，动环61和静环62之间的端面不再平行而是形成倾斜间隙，倾斜间隙63必然一侧大于原始平行间隙而另一侧小于原始平行间隙。密封间隙63减小的一侧节流器流阻和压降增大，使得与密封间隙63相连通的节流器出气腔424内的节流气压力增大，对应的弹性膜片3向远离节流器喷嘴的方向进行形变，节流间隙423增大，因此节流气流经节流间隙423时的节流气流阻和压降减小，使得节流器出气腔424的节流气压力增大，该压力增大的节流气依次流经气体管路427和静压干气密封结构进气口438进入密封间隙63中，以抵抗减小一侧的密封间隙，其结果是密封间隙63恢复至原始平行间隙。同理，另一侧因密封间隙增大对应的薄膜节流器反馈结果是压力减小的节流气流经另一侧气体管路437进入密封间隙使其恢复至原始平行间隙。
实施案例二
参照图2、3、5、7、8，本实施例与实施例一的不同之处在于所述阵列式多出口薄膜节流器的外形形状为六边形截面的棱柱形，且下压盖1上的平衡气流通通道12包括中心孔121和压力平衡腔123，压力平衡腔123为三角形截面的棱柱形，中心121与压力平衡腔123直接相连通，其余结构和实施方式与实施例一相同。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能想到的同等技术手段。
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