一种仿新月鱼鳍形流体槽反向排列的干气密封环

技术领域

本发明属于机械密封技术领域，具体涉及一种仿新月鱼鳍形流体槽反向排列的干气密封环。

背景技术

随着工业生产的快速发展，工业主机的应用也逐渐趋向高工况化，为了满足密封配套主机的应用需求，提高密封设备的性能、增加使用寿命已成为广大密封工作者的奋斗目标。对于机械密封而言，优良的密封能力体现在平稳的运行过程、较高的流体膜刚度以及极低的泄漏等方面。根据干气密封的工作原理，运行工况的高压化，对干气密封开启能力提出了更高的要求，而动、静压混合型干气密封融合了常规动压、静压密封的优点，能够大大减少干气密封的开启时间和提高开启稳定性。为此，研发一种能够提高干气密封开启、运行稳定性的仿新月鱼鳍形流体槽反向排列的干气密封环是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于提高现有干气密封气膜开启力、获得更加稳定的密封工作状态，提供一种仿新月鱼鳍形流体槽反向排列的干气密封环。

本发明的目的是这样实现的，包括环本体，所述环本体端面上沿圆周方向排列有一圈间距相等的上游动压槽以及一圈间距相等的下游动压槽，上游动压槽、下游动压槽的迎风侧和背风侧共同构成仿新月鱼鳍形，上游动压槽、下游动压槽的进口均与环本体端面之中部的均压槽连通，上游动压槽迎风侧和背风侧的仿新月鱼鳍形型线在靠近环本体外圆处交汇，形成上游动压槽出口，下游动压槽迎风侧和背风侧的仿新月鱼鳍形型线在靠近环本体内圆处交汇，形成下游动压槽出口，使得上游动压槽、下游动压槽均具备首宽尾窄的收敛流道，上游动压槽的出口与环本体外圆边线间的部位构成上游密封坝，下游动压槽的出口与环本体内圆边线间的部位构成下游密封坝，以环本体的相对旋向为正方向，上游动压槽、下游动压槽的进口均位于出口的前方，上游动压槽、下游动压槽进口处的均压槽中部开设有静压节流器，静压节流器出口通过均压槽与上游动压槽、下游动压槽的进口连通。

优选地，上游动压槽数量可以大于等于下游动压槽的数量，这种情况适用于高转速工况，可以充分利用高转速下离心惯性效应强的特点，增强上游动压槽的泵吸及收敛增压特性。

优选地，上游动压槽和下游动压槽迎风侧鱼鳍形型线呈前陡后缓状。

优选地，上游动压槽迎风侧鱼鳍形型线呈前陡后缓状，下游动压槽的背风侧鱼鳍形型线整体向迎风侧鱼鳍形型线内凹。

优选地，每一个上游动压槽、下游动压槽均分别对应一静压节流器，静压节流器数等于上游动压槽与下游动压槽数量之和。

优选地，上游动压槽的进口与下游动压槽的进口相对，一对上游动压槽、下游动压槽共用同一静压节流器。

优选地，下游动压槽迎风侧与背风侧型线弯曲中心均指向环本体圆心方向。

优选地，所述均压槽为连续环带或间断式环带，作用是均衡从静压节流器流出的气体介质或连通上、下游动压槽，减小气体进入上游动压槽、下游动压槽时的波动，连续性环带均压腔内气体平均压力较高，能获得更高的端面开启力；间断式环带则能提供较高的局部腔内压力，即静压节流器后压力，可以进一步改善动压槽的泵送效果。

优选地，间断式环带每段对应一上游动压槽和一下游动压槽组合，且在一组合中，上游动压槽与下游动压槽之间错位。

进一步优选，上游动压槽与下游动压槽相互错位且不接触，上游动压槽、下游动压槽分别对应一静压节流器，适用于所开狭缝数量较多的情况，气体自静压节流器流出后直接进入所对应的单一反向布列的仿新月鱼鳍流体动压槽中，槽内气体更加充足，在槽型和坝区的作用下增压效果更加显著。

进一步优选，在相对称的一对仿新月鱼鳍流体动压槽中，上游动压槽的进口与下游动压槽的进口相对，一对上游动压槽、下游动压槽对应同一静压节流器，气体自静压节流器流出后同时进入反向布列的仿新月鱼鳍流体动压槽中，由于槽型收缩与坝区的阻碍作用，使气体压力在槽根处得以提升，在增强密封效果的同时能够兼顾较低的端面泄漏。

优选地，上游动压槽的数量是下游动压槽的两倍，间断式环带每段对应两个上游动压槽和一下游动压槽组合，且在一组合中，其中一上游动压槽与下游动压槽之间对称，另一上游动压槽与下游动压槽之间错位。

优选地，均压槽为间断式环带，间断式环带与上游动压槽和下游动压槽一一对应，间断式环带的段数与上游动压槽、下游动压槽数量的总和相等。

优选地，均压槽为连续环带，所述上游动压槽与下游动压槽的数量相等且对称。

优选地，所述均压槽为扇形均压槽，扇形均压槽与上游动压槽、下游动压槽深度相等。

优选地，上游动压槽、下游动压槽内迎风侧的附有锯齿形辅助槽，起到二次压缩气流的作用。

优选地，上游密封坝与下游密封坝所在圆弧围成的圆环区域开一通槽，槽深为5μm，上游动压槽、下游动压槽、静压节流器、均压槽均布置在通槽内。

优选地，所述静压节流器为狭缝形静压节流器，狭缝径向尺寸为20μm，周径比为15-25。

优选地，所述均压槽径向宽度小于上游动压槽、下游动压槽的径向宽度。

优选地，所述均压槽与上游动压槽、下游动压槽深度相等。

本发明的有益效果：润滑气体经由静压节流器流入均压槽内，然后在旋转速度及槽内高压的作用下流入上游动压槽、下游动压槽，上游动压槽、下游动压槽作为流体动压槽，在其本身的仿新月鱼鳍形的收敛性结构作用下，使得润滑气体在上游动压槽、下游动压槽内被压缩，压力上升；上游密封坝、下游密封坝的阻流效果能够使流出上游动压槽、下游动压槽的润滑气体压力得到进一步提升，在密封间隙内构建二次压力峰，能够保证较强的流体动压效应，增大气膜开启力，降低密封的开车时间和端面磨损，获得稳定的运行状况，增加设备的使用寿命；本发明通过优化设计密封环端面表面织构形式，合理利用流体润滑动、静压原理，达到提高干气密封开启、运行稳定性的目的，特别适用于泵、压缩机、反应釜等各种旋转机械的轴封。

附图说明

图1为本发明实施例1的端面结构示意图；

图2为本发明实施例2的端面结构示意图；

图3为本发明实施例3的端面结构示意图；

图4为本发明实施例4的端面结构示意图；

图5为本发明实施例5的端面结构示意图；

图6为本发明实施例6的端面结构示意图；

图7为本发明实施例7的端面结构示意图；

图8为本发明实施例中静压节流器与均压槽部件的端面结构示意图；

图中：1-上游动压槽，2-下游动压槽，3-静压节流器，4-均压槽，5-上游密封坝，6-下游密封坝，7-通槽。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

实施例1

如附图1所示，本实施例仿新月鱼鳍形流体槽反向排列的干气密封环，作为动静压混合型干气密封设备的静环，包括环本体，所述环本体端面上沿圆周方向排列有一圈间距相等的上游动压槽1以及一圈间距相等的下游动压槽2，上游动压槽1、下游动压槽2的迎风侧和背风侧共同构成仿新月鱼鳍形，上游动压槽1、下游动压槽2的进口均与环本体端面之中部的均压槽4连通，上游动压槽1迎风侧和背风侧的仿新月鱼鳍形型线在靠近环本体外圆处交汇，间距2 mm，形成上游动压槽1出口，下游动压槽2迎风侧和背风侧的仿新月鱼鳍形型线在靠近环本体内圆处交汇，间距2 mm，形成下游动压槽2出口，使得上游动压槽1、下游动压槽2均具备首宽尾窄的收敛流道，上游动压槽1的出口与环本体外圆边线间的部位构成上游密封坝5，下游动压槽2的出口与环本体内圆边线间的部位构成下游密封坝6，以环本体的相对旋向为正方向，上游动压槽1、下游动压槽2的进口均位于出口的前方，上游动压槽1、下游动压槽2进口处的均压槽中部开设有静压节流器3，静压节流器3出口通过均压槽4与上游动压槽1、下游动压槽2的进口连通；

其中，上游动压槽数量等于下游动压槽的数量，均为12个，槽深为5 μm，上游动压槽1和下游动压槽2迎风侧鱼鳍形型线呈前陡后缓状，每一个上游动压槽1、下游动压槽2均分别对应一静压节流器3，静压节流器数量为24个，均压槽4为间断式环带（见图8），间断式环带每段对应一上游动压槽1和一下游动压槽2组合，且在一组合中，上游动压槽1与下游动压槽2之间错位；静压节流器3为狭缝形静压节流器；

在仿新月鱼鳍收敛槽型和上游密封坝5、下游密封坝6的阻碍作用下，气体流速下降，压力上升，在两密封环之间形成稳定的气膜。

实施例2

如附图2所示，本实施例仿新月鱼鳍形流体槽反向排列的干气密封环除以下技术方案外，其余与实施例1相同；

上游动压槽1的数量是下游动压槽2的两倍，即上游动压槽1数量24个，下游动压槽2数量12个，间断式环带每段对应两个上游动压槽1和一下游动压槽2组合，且在一组合中，其中一上游动压槽1与下游动压槽2之间对称，另一上游动压槽1与下游动压槽2之间错位。

实施例3

如附图3所示，本实施例仿新月鱼鳍形流体槽反向排列的干气密封环除以下技术方案外，其余与实施例1相同；

均压槽4为间断式环带，环带数量为24个，一上游动压槽1对应一环带，一下游动压槽2对应一环带，上游动压槽1与下游动压槽2相互不接触。

实施例4

如附图4所示，本实施例仿新月鱼鳍形流体槽反向排列的干气密封环除以下技术方案外，其余与实施例1相同；

上游动压槽1、下游动压槽2数量均为15，静压节流器3数量为15个，均压槽4为连续环带，上游动压槽1、下游动压槽2相互对称，一对上游动压槽1、下游动压槽2共用同一静压节流器3。

将本实施例与现有的具有连续性环带均压槽狭缝节流静压干气密封环进行数值模拟实验对比。结构参数：外径30.6mm，内径19.4mm，均压槽宽度1.2mm，狭缝数15；操作参数：气源压力1MPa，介质压力0.3MPa，工作温度25℃。除不具备上、下游动压槽结构以外，连续性环带均压槽狭缝节流静压干气密封环的基本参数与本实施例保持一致。结果对比如下表所示。

对比结果表明：与具有连续性环带均压槽狭缝节流静压干气密封环相比，本发明具有更高的开启力，在两种工况条件下，本发明能够将开启力分别提升10.6%和14.1%。换而言之，与现有技术相比，本发明具有更优的开启能力，能够更容易地达到提高干气密封开启、运行稳定性的目的。

实施例5

如附图5所示，本实施例仿新月鱼鳍形流体槽反向排列的干气密封环除以下技术方案外，其余与实施例1相同；

上游动压槽1迎风侧鱼鳍形型线呈前陡后缓状，下游动压槽2迎风侧与背风侧型线弯曲中心均指向环本体圆心方向。

实施例6

如附图6所示，本实施例仿新月鱼鳍形流体槽反向排列的干气密封环除以下技术方案外，其余与实施例1相同；

均压槽4为连续性环带，上游动压槽1、下游动压槽2内迎风侧的附有锯齿形辅助槽，具有二次压缩气流的作用。

实施例7

如附图7所示，本实施例仿新月鱼鳍形流体槽反向排列的干气密封环除以下技术方案外，其余与实施例1相同；

均压槽4为连续性环带，上游密封坝5与下游密封坝6所在圆弧围成的圆环区域开一通槽7，槽深为5μm，上游动压槽1、下游动压槽2、静压节流器3、均压槽4均布置在通槽7内。

本发明工作原理和工作过程：本发明密封环可用于动静压结合型密封设备的静环，润滑气体经由静压节流器3流入均压槽4内，然后在旋转速度及均压槽内高压以及离心惯性效应的作用下流入上游动压槽1、下游动压槽2，在上游动压槽1、下游动压槽2本身的仿新月鱼鳍形的收敛性结构作用下，使得润滑气体在槽内被有效压缩，使得气膜压力上升；上游密封坝5、下游密封坝6的阻流效果能够使流出上游动压槽1、下游动压槽2的速度降低，根据能量守恒，润滑气体压力得到进一步提升，在密封间隙内的上、下游动压槽出口处形成二次压力峰，能够保证较强的流体动压效应，增大气膜开启力，降低密封的开车时间和端面磨损，获得稳定的运行状况，增加设备的使用寿命。