CN103216626A - 一种双向旋转的干气密封端面槽型 - Google Patents

Abstract

一种双向旋转的干气密封端面槽型，有动环端面，在动环端面上沿圆周方向均匀分布的设置有8-12个动压槽，每一个动压槽的形状为凹形结构，每一个动压槽的槽深为5-15μm。动压槽是由：形成在动环外圆周上的入口弧线，对称的连接在入口弧线两端的左外侧弧边和右外侧弧边，分别对应的连接在左外侧弧边和右外侧弧边另一端且延长线与动环内圆周相垂直的左外侧直边和右外侧直边，分别对应连接在左外侧直边和右外侧直边另一端且与动环外圆周以及动环内圆周相平行的左槽根和右槽根，以及由左槽根和右槽根另一端连接中间隔离块的周边所构成的凹形结构。本发明能够提高密封气动性能、简化槽型加工难度、提高密封糟型和实际需求的匹配性，满足现代工业对密封的更高要求。

Description

一种双向旋转的干气密封端面槽型

技术领域

本发明涉及一种旋转轴端面密封结构。特别是涉及一种用于石油、化工、冶金、航空等领域的双向旋转的干气密封端面槽型。

背景技术

干气密封是一种利用气体动压效应，在两个密封端面相对旋转条件下，由其中一个密封面上的密封槽将流体泵送到两个密封端面之间，形成气膜并产生一定的压力增加，即开启力，使两个密封端面在不接触条件下达到旋转与非旋转部件之间的密封。干气密封可以采用非运行介质的安全气体作为密封介质，具有运行性能稳定、可靠性高，泄漏量小，无环境污染等优点，特别适用于高温、高压、高速、有毒及强腐蚀性等苛刻环境，尤其被应用于石油、化工、冶金、航空等领域的旋转叶轮机械动力装置中。

干气密封分单向和双向两大类。单向旋转的干气密封，槽型一般为典型的非对称螺旋槽型，只满足旋转轴的单向旋转要求。双向干气密封主要功能是为适应双向旋转要求，目前的槽型有燕尾槽、八字形槽、双列双叶螺旋槽等槽型。从工程应用情况看，现有双向旋转密封槽加工和制造工艺难度较大，同时在高速旋转情况下其气动参数如泄漏量和开启力还有待进一步改善。如燕尾槽、八字形槽都具有一定的尖角，在动环高速旋转的状态下，其尖角非常容易被打碎，即影响密封效果，又造成更加严重的摩擦。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于由动环与静环构成的双向旋转的干气密封端面槽型。

本发明所采用的技术方案是：一种双向旋转的干气密封端面槽型，包括有动环端面，在动环端面上沿圆周方向均匀分布的设置有8～12个动压槽，每一个动压槽的形状为凹形结构，每一个动压槽的槽深为5-15μm。

所述的每一动压槽的凹进处都嵌入有与所述的环端面为一体的中间隔离块。

所述的动压槽是由：形成在动环外圆周上的入口弧线，对称的连接在所述入口弧线两端的左外侧弧边和右外侧弧边，分别对应的连接在左外侧弧边和右外侧弧边另一端且延长线与动环内圆周相垂直的左外侧直边和右外侧直边，分别对应连接在左外侧直边和右外侧直边另一端且与所述的动环外圆周以及动环内圆周相平行的左槽根和右槽根，以及由左槽根和右槽根另一端连接中间隔离块的周边所构成的凹形结构。

所述的左槽根和右槽根所形成圆弧的圆心与所述的动环外圆周和动环内圆周的圆心为同一圆心O，其中，对应所述的圆心O，所述的左槽根和右槽根的半径为Rg1，左外侧直边和右外侧直边的上顶点距圆心O的距离为Rg2，所述动环外圆周的半径为Ro，所述的动环内圆周的半径为Ri，并且，Ri<Rg1≤Rg2<Ro。

与环端面一体形成的中间隔离块的顶部弧线对应所述圆心O的半径为Rh，所述的中间隔离块的高度为h，所述高度h的取值范围为0≤h≤2(R0-Rg1)/3。

形成在动环外圆周上的入口弧线的两端的端点与圆心O连线所形成的夹角B1OB2的度数为β，中间隔离块顶部弧线的两端的端点与圆心O连线所形成的夹角F1OF2的度数为θ，所述的β和θ满足0°≤θ≤β≤12°，5°≤β≤12°。

所述的左外侧弧边和右外侧弧边是：做入口弧线的中点B3与动环外圆周的圆心O连线与动环内圆周相交于A点，以点A为圆心、以入口弧线的左端点B1与A点的连线B1A为半径做圆，所形成的两个圆弧即为左外侧弧边和右外侧弧边。

所述的Rg1的数值范围为Rg1/Ri≥1.05；Rg2的数值范围为Rg1≤Rg2≤0.5(Rg1+R0),当Rg1=Rg2时，C1点与D1点重合、C2点与D2点重合。

本发明的一种双向旋转的干气密封端面槽型，能够提高密封气动性能、简化槽型加工难度、提高密封糟型和实际需求的匹配性，满足现代工业对密封的更高要求。并且，本发明具有可双向旋转的特性，而且线型更流畅，避免了结构上的尖锐顶点，从而减少应力集中点；简化了槽型的加工难度；槽型可实现系列化，满足宽范围的开启力、泄漏量要求。还具有如下有益成果：

1）在正常气膜厚度即2-4μm运行条件下，本发明的槽型具有泄漏量小、开启力大特点。

2）本发明的槽型可以通过确定中间隔离块的大小控制泄漏量并适当调整开启力，具有灵活的适用范围。

3）本发明的槽型消除了目前动压槽型普遍存在的局部尖锐角问题，线型简洁流畅，简化了制造工艺。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的动压槽的结构示意图。

1：动环端面                         2：动压槽

3：中间隔离块                       4：动环外圆周

5：动环内圆周                       6：坝区

7：堰区

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种双向旋转的干气密封端面槽型做出详细说明。

本发明的目的是找到一个具有开启力高，泄漏量低，气动性能好，制造工艺简单的干气密封槽型。

本发明中所涉及到的术语如下：

静环：在正常工作过程中干气密封结构不随转轴一起转动的环；

动环：在正常工作过程中干气密封结构随转轴一起转动的环；

密封端面：与气膜接触的动环和静环面；

气膜：在动环和静环之间，由动压槽泵送气体形成的一薄层将动、静环端面分隔开的气体，一般为2-5μm；

动压槽：在动环密封端面侧的用于泵送气体的凹槽；

动压力：在旋转状态下由于动压槽的泵送产生的气体压力增加；

槽区：在干气密封环端面上能够提供必需的流体动压力开槽的区域；

坝区：阻挡气体由外侧向内侧流动以实现气体被压缩形成动压效应的区域；

堰区：在密封端面的动压槽所在环面上的未开槽区域；

开启力：把动环和静环分开的力，由密封端面的气膜形成；

泄漏量：单位时间内通过端面间隙由密封环高压端流向低压端的气体总量。

如图1、图2所示，本发明的一种双向旋转的干气密封端面槽型，包括有动环端面1，在动环端面1上沿圆周方向均匀分布的设置有8～12个动压槽2，每一个动压槽2的形状为凹形结构，每一个动压槽的槽深为5-15μm。所述的每一动压槽2的凹进处都嵌入有与所述的环端面1为一体的中间隔离块3。

本发明形成的一种双向旋转的干气密封端面槽型所在的动环与静环一起构成干气密封摩擦副，动压槽在工作过程中形成流体所需的动压力，由密封坝区阻挡气体向内侧流动以实现气体被压缩形成动压效应。

所述的动压槽2是由：形成在动环外圆周4上的入口弧线B1B2，对称的连接在所述入口弧线B1B2两端的左外侧弧边B1C1和右外侧弧边B2C2，分别对应的连接在左外侧弧边B1C1和右外侧弧边B2C2的另一端且延长线与动环内圆周5相垂直的左外侧直边C1D1和右外侧直边C2D2，分别对应连接在左外侧直边C1D1和右外侧直边C2D2另一端且与所述的动环外圆周4以及动环内圆周5相平行的左槽根D1E1和右槽根D2E2，以及由左槽根D1E1和右槽根D2E2另一端连接中间隔离块3的周边E1F1、F1F2和F2E2所构成的凹形结构。F1E1、F2E2分别为动压槽2的左内侧直边和右内侧直边。

所述的左外侧弧边B1C1和右外侧弧边B2C2是：做入口弧线B1B2的中点B3与动环外圆周4的圆心O连线与动环内圆周5相交于A点，以点A为圆心、以入口弧线B1B2的左端点B1与A点的连线B1A为半径做圆，所形成的圆弧B1C1和B2C2即为左外侧弧边B1C1和右外侧弧边B2C2。

所述的左槽根D1E1和右槽根D2E2所形成圆弧的圆心与所述的动环外圆周4和动环内圆周5的圆心为同一圆心O，其中，对应所述的圆心O，所述的左槽根D1E1和右槽根D2E2的半径为Rg1，左外侧直边C1D1和右外侧直边C2D2的上顶点C1/C2距圆心O的距离为Rg2，所述动环外圆周4的半径为Ro，所述的动环内圆周5的半径为Ri，并且，Ri<Rg1≤Rg2<Ro。

所述的动环外圆周4、动环内圆周5、左槽根D1E1和右槽根D2E2以及上顶点C1和C2所连成的弧线构成了以O为圆心的四个同心圆。四个同心圆的半径Ro、Ri、Rg1和Rg2分别对应的称为：密封端面外径、密封端面内径、第一槽根半径和第二槽根半径。

所述的Rg1的数值范围为Rg1/Ri≥1.05；Rg2的数值范围为Rg1≤Rg2≤0.5(Rg1+R0),当Rg1=Rg2时，C1点与D1点重合、C2点与D2点重合。

与环端面1一体形成的中间隔离块3的顶部弧线F1F2对应所述圆心O的半径为Rh，称为隔离块上顶边圆弧半径，所述的中间隔离块3的高度为h，所述高度h的取值范围为0≤h≤2(R0-Rg1)/3。

形成在动环外圆周4上的入口弧线B1B2的两端的端点B1、B2与圆心O连线所形成的夹角B1OB2的度数为β，称为干气密封入口圆弧弧度，中间隔离块3顶部弧线F1F2的两端的端点F1、F2与圆心O连线所形成的夹角F1OF2的度数为θ，称为隔离块宽度对应的圆弧弧度，所述的β和θ满足0°≤θ≤β≤12°，5°≤β≤12°。

Claims (8)

1.一种双向旋转的干气密封端面槽型，包括有动环端面（1），其特征在于，在动环端面（1）上沿圆周方向均匀分布的设置有8～12个动压槽（2），每一个动压槽（2）的形状为凹形结构，每一个动压槽的槽深为5-15μm。

2.根据权利要求1所述的一种双向旋转的干气密封端面槽型，其特征在于，所述的每一动压槽（2）的凹进处都嵌入有与所述的环端面（1）为一体的中间隔离块（3）。

3.根据权利要求2所述的一种双向旋转的干气密封端面槽型，其特征在于，所述的动压槽（2）是由：形成在动环外圆周（4）上的入口弧线（B1B2），对称的连接在所述入口弧线（B1B2）两端的左外侧弧边（B1C1）和右外侧弧边（B2C2），分别对应的连接在左外侧弧边（B1C1）和右外侧弧边（B2C2）另一端且延长线与动环内圆周（5）相垂直的左外侧直边（C1D1）和右外侧直边（C2D2），分别对应连接在左外侧直边（C1D1）和右外侧直边（C2D2）另一端且与所述的动环外圆周（4）以及动环内圆周（5）相平行的左槽根（D1E1）和右槽根（D2E2），以及由左槽根（D1E1）和右槽根（D2E2）另一端连接中间隔离块（3）的周边（E1F1、F1F2、F2E2）所构成的凹形结构。

4.根据权利要求1所述的一种双向旋转的干气密封端面槽型，其特征在于，所述的左槽根（D1E1）和右槽根（D2E2）所形成圆弧的圆心与所述的动环外圆周（4）和动环内圆周（5）的圆心为同一圆心O，其中，对应所述的圆心O，所述的左槽根（D1E1）和右槽根（D2E2）的半径为Rg1，左外侧直边（C1D1）和右外侧直边（C2D2）的上顶点（C1/C2）距圆心O的距离为Rg2，所述动环外圆周（4）的半径为Ro，所述的动环内圆周（5）的半径为Ri，并且，Ri<Rg1≤Rg2<Ro。

5.根据权利要求4所述的一种双向旋转的干气密封端面槽型，其特征在于，与环端面（1）一体形成的中间隔离块（3）的顶部弧线（F1F2）对应所述圆心O的半径为Rh，所述的中间隔离块（3）的高度为h，所述高度h的取值范围为0≤h≤2(R0-Rg1)/3。

6.根据权利要求2所述的一种双向旋转的干气密封端面槽型，其特征在于，形成在动环外圆周（4）上的入口弧线（B1B2）的两端的端点（B1、B2）与圆心O连线所形成的夹角B1OB2的度数为β，中间隔离块（3）顶部弧线（F1F2）的两端的端点（F1、F2）与圆心O连线所形成的夹角F1OF2的度数为θ，所述的β和θ满足0°≤θ≤β≤12°，5°≤β≤12°。

7.根据权利要求2所述的一种双向旋转的干气密封端面槽型，其特征在于，所述的左外侧弧边（B1C1）和右外侧弧边（B2C2）是：做入口弧线（B1B2）的中点B3与动环外圆周（4）的圆心O连线与动环内圆周（5）相交于A点，以点A为圆心、以入口弧线（B1B2）的左端点B1与A点的连线B1A为半径做圆，所形成的两个圆弧即为左外侧弧边（B1C1）和右外侧弧边（B2C2）。

8.根据权利要求4所述的一种双向旋转的干气密封端面槽型，其特征在于，所述的Rg1的数值范围为Rg1/Ri≥1.05；Rg2的数值范围为Rg1≤Rg2≤0.5(Rg1+R0),当Rg1=Rg2时，C1点与D1点重合、C2点与D2点重合。

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