CN103133697A - 可双向旋转的燕尾槽端面机械密封结构 - Google Patents

Abstract

可双向旋转的燕尾槽端面机械密封结构，包括两个机械密封环，即动环、静环，所述动环和静环中至少一个密封环的端面上设有多个沿端面圆周分布的可双向旋转的燕尾槽，每个燕尾槽都由一对反向布置的螺旋槽及连接螺旋槽根部的圆弧槽组成，构成外形类似燕尾的型槽，其中螺旋槽位于高压侧即上游，圆弧槽位于低压侧即下游；所述反向布置螺旋槽的螺旋角方向相反。

Description

可双向旋转的燕尾槽端面机械密封结构

技术领域

本发明涉及一种旋转式流体机械的气体端面机械密封结构，特别涉及一种可双向旋转的气体密封端面结构，用于各种压缩机、膨胀机、泵、反应釜等旋转机械的轴端密封。

背景技术

可双向旋转的螺旋槽端面密封已有报道，如中国专利CN1364987A、CN1206801A和CN201496542U，中国科技期刊《润滑与密封》2009年第12期，页码为60-62，国外专利EP0499370A1、EP0632219A1、US6446976、US6575470和US6726213等均曾公开报道，其端面结构主要由对称布置的数个螺旋槽和不开槽的密封坝组成，有些还包括径向进气槽。尽管这些螺旋槽干气密封在一定转速和压力范围内具有较高的流体膜刚度、较大的承载能力以及较低的摩擦功耗等，但可双向旋转螺旋槽由于反向槽的存在，反向槽对于顺流泵送动压槽有干扰作用，使得端面开启力和气膜刚度都有所降低，特别是在高速条件下，现有可双向旋转的干气密封端面型槽仍存在着气膜刚度不够大、动压效应不强、端面开启力不够大及抗扰动性能差等不足。

发明内容

为了克服现有可双向旋转螺旋槽干气密封普遍存在的高速下气膜刚度不大、动压效应不强以及端面开启力较小或抗扰动性能差等不足，本发明提供了一种在高速工况下端面流体动压效果好、气膜刚度大的可双向旋转的燕尾槽端面机械密封结构。

本发明的技术方案是：

一种可双向旋转的燕尾槽端面机械密封结构，包括两个机械密封环，即动环、静环，所述动环和静环中至少一个密封环的端面上设有多个沿端面圆周分布的可双向旋转的燕尾槽，每个燕尾槽都由一对反向布置的螺旋槽及连接螺旋槽根部的圆弧槽组成，构成外形类似燕尾的型槽，其中螺旋槽位于高压侧即上游，圆弧槽位于低压侧即下游；所述反向布置螺旋槽的螺旋角方向相反，使机械密封可适用于不同旋向要求的场合；所述圆弧槽使密封介质在螺旋槽内不会形成死区，加强了端面的冷却与润滑及磨粒的快速排出。

进一步，所述螺旋槽的深度为h₁=2~30μm，优选值范围为h₁=5~12μm；所述圆弧槽的深度为h₂=2~30μm，优选值范围为h₂=2~10μm；所述燕尾槽在端面上设置的个数N为N＝3~20，优选值范围为N=4~16。

进一步，所述的一对螺旋槽在同一燕尾槽中沿周向成对对称布置。

进一步，所述圆弧槽可以是同心圆环槽或直线槽或一对对置式联通型螺旋槽。

进一步，所述螺旋槽中间设有径向进气槽，所述径向进气槽与圆弧槽不连接或连接贯通。

进一步，所述径向进气槽与螺旋槽及圆环槽形成整体燕尾槽。

本发明的工作原理：

借鉴适合高速飞行的雨燕形似剪刀的叉形尾翼结构特征，采用叉形尾翼外形作为干气密封的端面型槽轮廓。雨燕形似剪刀的叉形尾翼与其他形式的尾翼相比具有更高的升阻比，能产生更大的附加升力，且在飞行过程中能有效提高飞行的灵活性和稳定性。同时，雨燕还可以通过改变尾翼的展开程度及后掠角等来调整尾翼的形状，以实现在不同的飞行速度下稳定飞行。在实际设计中，通过改变螺旋槽的螺旋角及圆弧槽的径向宽度等结构参数，可实现燕尾槽端面干气密封在不同速度工况下气流在端面上分布的均匀性，可实现气流在燕尾槽中的贯通流动，可实现磨粒的有效排出，并始终保持干气密封的稳定运行和正常开启。

本发明的优点和有益效果：

（1）螺旋槽和圆弧槽在槽根处贯通汇流，可对流体介质产生更强的压缩效果，从而具有更佳的流体动压效应，使密封在高速工况下的承载能力更强，气膜刚度更大。同时，设置于端面中间的圆弧槽使端面压力分布更均匀，可进一步提高密封的气膜刚度，增强密封高速运行的稳定性。

（2）每对对称布置的螺旋槽都包括一侧的顺流泵送槽和另一侧的逆流泵送槽，顺流泵送槽能产生较强的动静压效应，将流体介质泵入密封端面，而逆流泵送槽能将泄漏至低压侧的流体介质泵回高压侧，因此可显著减小密封泄漏。

（3）每个圆弧槽贯通了一对螺旋槽的槽根，使密封介质在螺旋槽内不会形成死区，有利于密封介质中所含固体颗粒或磨粒的快速排出，降低了端面的磨粒磨损，同时圆弧槽还有利于改善端面的冷却和润滑状况，降低了密封的功耗和封气用量，延长了密封的使用寿命。

（4）本发明通过借鉴雨燕形似剪刀的叉形尾翼结构，类似于雨燕在不同的飞行速度下通过改变尾翼的展开程度以实现高速或低速下的稳定飞行，通过改变螺旋槽的螺旋角及圆弧槽的径向宽度等结构参数，可实现燕尾槽端面干气密封在不同速度工况下始终保持稳定运行和正常开启。

（5）本发明适用于旋转轴正向旋转或者逆向旋转的场合，在不同旋向要求下均可在端面之间形成连续稳定的流体膜，可有效实现双向旋转条件下的密封。

附图说明

图1是本发明的可双向旋转燕尾槽端面示意图；

图2是本发明圆弧槽为反向对置式联通型螺旋槽端面示意图；

图3是本发明带径向进气槽的燕尾槽端面示意图；

图4是本发明带径向进气槽的燕尾槽端面示意图；

图5是本发明中径向进气槽与螺旋槽及圆弧槽形成整体燕尾槽的端面示意图。

具体实施方式

结合附图对本发明的实施进一步详述。

实施例一

参照图1，一种可双向旋转的燕尾槽端面机械密封结构，包括机械密封的动环、静环等，所述动环和静环中至少一个密封环的端面上设有多个沿端面圆周分布的可双向旋转的燕尾槽，每个燕尾槽都由一对反向布置的螺旋槽21和22及连接螺旋槽2根部的圆弧槽3组成，构成外形类似燕尾的型槽，其中螺旋槽2位于高压侧即上游，圆弧槽3位于低压侧即下游；所述反向布置螺旋槽21和22的螺旋角方向相反，使机械密封可适用于不同旋向要求的场合；所述圆弧槽3使密封介质在螺旋槽2内不会形成死区，加强了端面的冷却与润滑及磨粒的快速排出。

所述螺旋槽2的深度为h₁=2~30μm，优选值范围为h₁=5~12μm；所述圆弧槽3的深度为h₂=2~30μm，优选值范围为h₂=2~10μm；所述燕尾槽在端面上设置的个数N为N＝3~20，优选值范围为N=4~16。

所述螺旋槽2在同一燕尾槽中沿周向成对对称布置。

所述圆环槽3为同心圆环槽。

实施例二

参照图2，本实施例与实施例一的不同之处在于所述圆弧槽3为一对对置式联通型螺旋槽31和32。其余结构和实施方式与实施例一相同。

实施例三

参照图3，本实施例与实施例一的不同之处在于所述螺旋槽21和22之间具有径向进气槽5，所述径向进气槽5与螺旋槽2及圆弧槽3形成联通式燕尾槽。其余结构和实施方式与实施例一相同。

实施例四

参照图4，本实施例与实施例二的不同之处在于所述螺旋槽21和22之间具有径向进气槽5，所述径向进气槽5与螺旋槽2及对置式联通型螺旋槽31和32形成联通式燕尾槽。其余结构和实施方式与实施例二相同。

实施例五

参照图5，本实施例与实施例一的不同之处在于所述径向进气槽与螺旋槽及圆弧槽形成整体燕尾槽。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等同技术手段。

Claims (7)

1.一种可双向旋转的燕尾槽端面机械密封结构，包括两个机械密封环，即动环、静环，其特征在于：所述动环和静环中至少一个密封环的端面上设有多个沿端面圆周分布的可双向旋转的燕尾槽，每个燕尾槽都由一对反向布置的螺旋槽及连接螺旋槽根部的圆弧槽组成，构成外形类似燕尾的型槽，其中螺旋槽位于高压侧即上游，圆弧槽位于低压侧即下游；所述反向布置螺旋槽的螺旋角方向相反。

2.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于：所述螺旋槽的深度为h₁=2~30μm，优选值范围为h₁=5~12μm；所述圆弧槽的深度为h₂=1~30μm，优选值范围为h₂=1~10μm；所述燕尾槽在端面上设置的个数N为N＝3~20，优选值范围为N＝4~16。

3.根据权利要求2所述的密封结构，其特征在于：所述的一对螺旋槽在同一燕尾槽中沿周向对称布置。

4.根据权利要求3所述的密封结构，其特征在于：所述圆弧槽可以是同心圆环槽或直线槽或一对对置式联通型螺旋槽。

5.根据权利要求4所述的密封结构，其特征在于：所述螺旋槽中间设有径向进气槽，径向进气槽与圆弧槽贯通。

6.根据权利要求4所述的密封结构，其特征在于：所述螺旋槽中间设有径向进气槽，径向进气槽与圆弧槽隔离。

7.根据权利要求5或6所述的密封结构，其特征在于：所述径向进气槽与螺旋槽及圆环槽形成整体燕尾槽。

Images