CN101644334B - 非接触式流体动力承载密封环 - Google Patents

Abstract

流体动力承载密封环，涉及密封技术，是一种新结构形式的非接触流体动力密封结构。该流体动力承载密封环包括外壳、轴承体、增压流道槽、减振弹性圈；其结构特征是在轴承体开设双排密封流体介质供压孔，并采用喷嘴节流切向供压孔结构；轴承体内表面开设增压流道槽结构；承载密封环体采用耐磨、耐高温及自润滑性能的材料，并用橡胶圈、金属橡胶及弹性复合材料等做减振弹性圈。本发明的流体动力承载密封环不仅极大地提高了轴承体承受外加载荷的能力，以及动静部件短时间接触耐磨性能，而且还降低了对工作介质含杂质、温度等指标的要求。本发明的流体动力承载密封环具有密封效果好，运行稳定、可靠性高，进一步拓宽了密封产品工程应用的范围。

Description

非接触式流体动力承载密封环

技术领域

本发明涉及旋转机械轴技术领域，是一种非接触式流体动力承载密封环。

背景技术

泄漏是机械设备常产生的故障之一。设备中的工作介质或润滑剂的泄漏，会造成浪费并污染环境；易燃、易爆、腐蚀、有毒等特殊物质的泄漏，会危及人身及设备的安全。随着现代工业技术的发展，如微型燃气轮机需要在高压、高温及高转速运行的密封难度越来越大，医药、化工及核能等行业对密封性能要求也越来越高。非接触流体动力密封结构则是20世纪中期迅速发展起来的一项高新技术，尤其是流体动力轴承体密封与螺旋密封、迷宫密封相比，具有很多良好的特性，适用于高速、高压、防爆、防毒和强腐蚀等苛刻条件密封的优点。因此广泛应用于国防、能源、化工及医药等行业。

目前，非接触流体动力密封主要有两种最基本的结构形式，一种是单流浮动环密封如图1，另一种是双流浮动环密封如图2。

无论是单流浮动环密封，还是双流浮动环密封，其原理都是依靠密封间隙内的密封介质流体阻力效应而达到阻漏的目的。当轴旋转时，由于轴与轴承体有一定间隙，环能自由浮动，在间隙内产生一个极高的流阻，并且密封介质具有很大的流体动力，其压力高于工作介质压力，从而阻止工作介质在压差作用的漏泄(见徐灏著，《密封》，冶金工业出版社，2002)。这两种流体动力浮动环密封的优点是结构简单，环境适应性强、密封性能好，在许多情况下应用也很有效。但这两种流体动力浮动环密封由于结构的特点，都存在轴承体不能承受外加载荷，动静部件短时间接触耐磨性能差，材料及工艺性能不容易达到等缺欠，易发生动静间隙碰摩损坏的故障。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种新结构形式的非接触式流体动力承载密封环，即：内槽道自润滑动静压耦合结构的流体动力承载密封环。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种非接触式流体动力承载密封环，包括外壳、轴承体、减振弹性圈、增压流道槽；管状外壳周圆设有气孔，并围罩于轴承体外周，外壳与轴承体之间设有减振弹性圈；管状轴承体围罩于转子轴颈外周，轴承体内表面上设有增压流道槽；其中：

在轴承体外表面周圆上开设两环密封流体介质供压孔，两环供压孔位于轴承体两端部，供压孔在每一圆环上均匀分布；

两环供压孔与轴承体内表面周圆上开设的两环供气孔喷嘴相对应设置，每环供压孔采用喷嘴节流切向供压孔结构，每一供压孔经气道与一供气孔喷嘴斜向相通；

在轴承体内表面周圆上供气孔喷嘴的位置，开设有增压流道槽，增压流道槽沿周圆方向设置，其长度≤轴承体内表面周圆的四分之一。

所述的非接触式流体动力承载密封环，其所述外壳、轴承体为碳石墨合金或碳纤维或聚四氟乙烯材料制作。

所述的非接触式流体动力承载密封环，其所述减振弹性圈为橡胶圈或金属橡胶或弹性复合材料制作。

所述的非接触式流体动力承载密封环，其所述轴承体内表面为碳石墨合金或碳纤维材料制作。

本发明的非接触式流体动力承载密封环，不仅极大地提高了轴承体承受外加载荷的能力，以及动静部件短时间接触耐磨性能，而且还降低了对工作介质含杂质、温度等指标的要求。因此，这种流体动力承载密封环具有密封效果好，运行稳定、可靠性高，进一步拓宽了密封产品工程应用的范围。

附图说明

图1是已有单流轴承体密封结构示意图；

图2是已有双流轴承体密封结构示意图；

图3是本发明的非接触式流体动力承载密封环结构示意图；其中：

图3A为各部件相对位置示意图；图3B为轴承体内表面上的增压流道槽的示意图；

图4是本发明非接触式流体动力承载密封环的双排轴承体供压孔结构示意图；

图5是本发明非接触式流体动力承载密封环的喷嘴节流切向供压孔结构示意图。

附图标号说明

转子轴颈1，轴承体2，增压流道槽3，减振弹性圈4，供压孔5，供气孔喷嘴6。

具体实施方式

如图3所示，是本发明的非接触式流体动力承载密封环结构示意图，图3A为各部件相对位置示意图，图3B为轴承体内表面上的增压流道槽3的示意图；本发明的非接触式流体动力承载密封环，包括外壳、轴承体2、增压流道槽3、减振弹性圈4；管状外壳周向设有气孔，并围罩于轴承体2外周，外壳与轴承体2之间设有减振弹性圈4；管状轴承体2围罩于转子轴颈1外周，轴承体2内表面上设有增压流道槽3。

本发明的核心技术是在轴承体2外表面周圆上开设两环密封流体介质供压孔5，两环供压孔5位于轴承体两端部，供压孔5在每一圆环上均匀分布，如图4所示。两环供压孔5与轴承体内表面周圆上开设的两环供气孔喷嘴6相对应设置，每环供压孔5采用喷嘴节流切向供压孔结构，每一供压孔5经气道与一供气孔喷嘴6斜向相通，在轴承体内表面周圆上供气孔喷嘴6的位置，开设有增压流道槽3，增压流道槽3沿周圆设置，其长度约为轴承体内表面周圆的四分之一，如图3B、图5所示。轴承体采用耐磨、耐高温、高强度及固体自润滑性能的材料制作，如碳石墨合金、碳纤维、氮化硼等材料。其原理是根据轴承体与转子轴颈1相对运动的结构，利用气体的粘性作用，在动静间隙流道处，密封流体介质在转子轴颈1旋转带动增压与外部供给压力耦合作用产生的动力使其转子轴颈1悬浮起来。这里在轴承体体开设双环密封流体介质供压孔5，并采用喷嘴节流切向供压孔结构，利用密封流体静压实现转子在低速旋转或起停过程中对工作介质的密封作用；轴承体内表面开设增压流道槽3，有效地解决了轴颈1开设流槽与轴承内表面接触的摩损问题；针对气浮轴承的应用条件，合理选择耐磨、耐高温性能的自润滑材料作为气浮轴承内表面材料，也进一步改善了转子轴颈1启停等短时间对接触表面摩擦的适应能力；采用弹性橡胶圈、金属橡胶及弹性复合材料等做减振弹性圈4的减振技术措施，进一步提高流体动力承载密封环运行的稳定性。

本发明的技术方案主要通过如下步骤实现：

1.流体动力承载密封环体(密封环体包括外壳、轴承体2、增压流道槽3、减振弹性圈4)材料的选择，即根据流体动力承载密封环应用的温度、压力及工质等条件，合理选择耐磨、耐高温性能的自润滑材料作为流体动力承载密封环材料及密封流体介质；

2.流体动力承载密封环的流体动静压结构设计，即根据流体动力承载密封环应用的温度、压力及工质等条件，以及轴颈旋转、涡动转速与承担载荷性质，合理确定增压流道槽的压比(压比随着转子转速升高而升高，并且受到流道槽形线的影响)，完成双环喷嘴节流切向密封流体介质供压孔与内表面开设增压流道槽的结构设计；

3.流体动力承载密封环的本体结构设计，即根据流体动力承载密封环所承担的载荷性质、稳定性的要求及工质等条件，采用橡胶圈、金属橡胶及弹性复合材料等措施，完成流体动力承载密封环结构、强度及运动稳定性的设计；

4.流体动力承载密封环的加工与制造，即根据流体动力承载密封环结构设计的工艺要求，选择能够满足精度要求的设备进行制造、加工及装配。

本发明的实施例按以下步骤进行：

1.气动承载密封环材料的选择：根据气动承载密封环应用温度T＜200℃、工作介质为3kg/cm²的氢气，选择具有耐磨、耐高温寄自润滑性能的碳石墨作为气动承载密封环材料，密封流体介质为高于氢气压力0.5kg/cm²的透平油。

2.气动承载密封环开设增压流道槽的结构设计：根据气动承载密封环所承担的动载荷为100公斤、转子工作转速为3000rpm，确定内八字形增压流道槽形线，完成内表面开设增压流道槽的结构设计；

3.气动承载密封环本体的结构设计：根据气动承载密封环所承担的载荷性质、稳定性的要求，采用弹性橡胶圈为减振技术措施，完成气动承载承载密封环结构、强度及运动稳定性的设计；

4.气动承载密封环的加工与制造：根据气动承载密封环的结构设计的工艺要求，选择能够满足精度要求的数控设备或专用设备进行制造、加工及装配。

Claims (4)

1.一种非接触式流体动力承载密封环，包括外壳、轴承体、减振弹性圈、增压流道槽；管状外壳周圆设有气孔，并围罩于轴承体外周，外壳与轴承体之间设有减振弹性圈；管状轴承体围罩于转子轴颈外周，轴承体内表面上设有增压流道槽；其特征在于：

在轴承体外表面周圆上开设两环密封流体介质供压孔，两环供压孔位于轴承体两端部，供压孔在每一圆环上均匀分布；

两环供压孔与轴承体内表面周圆上开设的两环供气孔喷嘴相对应设置，每环供压孔采用喷嘴节流切向供压孔结构，每一供压孔经气道与一供气孔喷嘴斜向相通；

在轴承体内表面周圆上供气孔喷嘴的位置，开设有增压流道槽，增压流道槽沿周圆方向设置，其长度≤轴承体内表面周圆的四分之一。

2.如权利要求1所述的非接触式流体动力承载密封环，其特征在于：所述外壳、轴承体为碳石墨合金或碳纤维或聚四氟乙烯材料制作。

3.如权利要求1所述的非接触式流体动力承载密封环，其特征在于：所述减振弹性圈为橡胶圈或金属橡胶或弹性复合材料制作。

4.如权利要求1所述的非接触式流体动力承载密封环，其特征在于：所述轴承体内表面为碳石墨合金或碳纤维材料制作。

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