[實用新型]似疊羅漢復合槽深型槽氣體潤滑端面機械密封結構

有效

• 申請號: 201520411096.0
• 申請日: 2015-06-15
• 公開（公告）號: CN204985726U
• 公開（公告）日: 2016-01-20
• 發明（設計）人: 彭旭東;江錦波;孟祥鎧;白少先;李紀云
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: F16J15/34
• 分類號: F16J15/34;F16J15/54
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

技術領域

本實用新型涉及一種旋轉式流體機械的流體動壓型氣體潤滑端面機械密封結構，特別涉及一種含有基礎動壓槽和似疊羅漢型槽的復合槽深端面密封結構，適用于各種壓縮機、風機、泵和反應釜等旋轉機械軸端的氣膜端面密封。

背景技術

干氣密封自上世紀60年代開發以來，以其獨特的性能優勢在離心壓縮機、風機等中高速旋轉機械上得到廣泛應用。干氣密封是通過在密封端面上開設型線為螺旋線、直線或圓弧線的動壓槽，當動環旋轉時，利用動壓槽較強的動靜壓效應將氣體介質泵入密封端面，進入密封端面的氣體在槽根處受阻升壓，產生一定的流體動靜壓力以推開端面，從而使干氣密封能維持在一層微米級氣膜的條件下非接觸運行，但是現有干氣密封在中高速旋轉機械的使用過程中仍存在著泄漏率高、氣膜剛度不夠大、抗高速擾動能力差等問題，失效事故時有發生。

為減小干氣密封在高速條件下的泄漏率，提高密封性，美國專利一種螺旋槽端面密封(US6152452)提出一種似八字形的螺旋槽結構，其在密封端面上游側設有將氣體介質泵入密封端面的順流泵送槽，而在端面下游側設有將泄漏氣體反泵回上游側的逆流泵送槽，在同一組順流泵送槽和逆流泵送槽徑向間設有不開槽的周向密封壩。這種結構雖然能有效地降低密封介質向內徑側的泄漏，但是其氣膜剛度會有一定程度的下降，不利于高速條件下氣膜的穩定。

為提高高速條件下螺旋槽干氣密封的氣膜剛度，改善運行穩定性，中國專利雙螺旋槽三維螺旋槽端面密封裝置(CN2594554Y)，三維似羽毛織構底面型槽氣體端面密封結構(CN101644333A)及美國專利非接觸式機械端面密封(US5441283A)等，公開文獻如仿生多葉翼型槽干式氣體端面密封的性能研究(見《摩擦學學報》，2013年第33卷第4期：pp372-381)，上述端面密封在型槽設計上相較于普通單向螺旋槽干氣密封在高速條件下具有一定的性能優勢，但是仍存在高速運行時泄漏率較高，綜合密封性能不佳等不足。

發明內容

本實用新型要克服干氣密封在高速高壓條件運行時所存在的泄漏率高、氣膜剛度不夠大的問題，提供一種在高速高壓條件下端面流體動壓強，氣膜剛度大，泄漏率低的似疊羅漢復合槽深氣體端面機械密封結構。

本實用新型的技術方案是：

似疊羅漢復合槽深型槽氣體潤滑端面機械密封結構，包括機械密封的動環和靜環，所述動環或靜環端面的一側為高壓側即上游，所述動環或靜環端面的另一側為低壓側即下游，其特征為：所述動環和靜環中至少一個密封環的端面上開設有多個沿圓周方向呈螺旋狀均勻分布的似疊羅漢復合槽深型槽，所述的似疊羅漢復合槽深型槽從上游到下游逐漸變窄；所述似疊羅漢復合槽深型槽由基礎動壓型槽和似疊羅漢型槽組成，所述基礎動壓槽開設在端面上游，所述基礎動壓槽的槽底面上設有似疊羅漢型槽，似疊羅漢型槽的深度從上游至下游逐漸變淺；所述似疊羅漢型槽由多排子槽拼接而成，同一排的相鄰子槽之間由深度與基礎動壓型槽深度相等的密封堰隔斷；下游一側的子槽跨騎在上游一側的相鄰排的兩個子槽間的密封堰上；

所述似疊羅漢復合槽深型槽的端面下游設有密封壩。

進一步，下游一側的子槽與所跨騎的上游一側的密封堰的兩側的子槽貫通。

或者，下游一側的子槽與所跨騎的上游一側的密封堰的兩側的子槽之間被與基礎動壓槽深度相等的扇形密封堰隔開。

更進一步，下游一側的子槽的寬度小于上游一側的相鄰排的子槽。

優選地，所述似疊羅漢型槽由3排子槽拼接而成，其中位于上游一排的子槽有3個，下游一排的子槽有1個，中間排的子槽有2個。

進一步，所述基礎動壓槽在槽根半徑r_g處的圓弧夾角θ_gi與在外徑r_o處的圓弧夾角θ_go之比θ_gi/θ_go＝0～1；所述基礎動壓槽在外徑r_o處的圓弧夾角θ_g與對應密封堰在同一半徑處的圓弧夾角θ_l之比θ_g/θ_l的選值范圍為θ_g/θ_l＝0.5～8；所述基礎動壓槽的深度h₀選值范圍為0～10μm，所述似疊羅漢型槽的深度h_i選值范圍為1～30μm。