CN104265900B - 双向旋转气体动静压型机械密封的仿鸟翅膀形型槽结构 - Google Patents

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Abstract

双向旋转气体动静压型机械密封的仿鸟翅膀形型槽结构，包括机械密封的两个密封环，即动环和静环，其特征是：所述动环和静环中至少一个密封环的端面上设有多个仿鸟翅膀形型槽，所述仿鸟翅膀形型槽为微米尺度的浅槽，所述仿鸟翅膀形型槽由仿尾羽形型槽和仿飞羽形型槽组成，所述的仿尾羽形型槽具有燕尾状开叉的尾部，所述的仿飞羽形型槽大致呈具有粗端和尾尖端的牛角形，所述的仿尾羽形型槽横列在所述的仿飞羽形型槽的粗端；每两个所述的仿鸟翅膀形型槽按照八字形构成槽对，若干槽对沿圆周均匀排列成仿鸟翅膀形型槽环带，仿鸟翅膀形型槽环带开在所述的端面的高压侧；所述仿飞羽形型槽的深度沿气流方向逐渐变浅。本发明具有适用双向旋转、开启特性优异、稳定性好，抗磨损，使用寿命长的特点。

Description

双向旋转气体动静压型机械密封的仿鸟翅膀形型槽结构
技术领域：
本发明涉及一种可能产生双向旋转的流体机械的气体润滑端面机械密封结构，特别涉及一种气体动静压型机械密封的仿鸟翅膀形型槽结构，适用于各种压缩机、泵和釜等旋转设备转轴用的轴端密封装置，特别适合于各种不同压力、不同转速的气体介质轴端密封，属于机械端面密封技术领域。
背景技术：
公知的双向旋转流体动压型槽端面机械密封，还存在一些不足之处，例如：美国专利公开了多种新型流体动压型双列螺旋槽端面密封装置(US5201531，US20020093141A1，US20070187904A1)、八字型螺旋槽端面密封(US6152452，US6655693)及端面设有润滑介质供给孔和/或分布槽的流体动静压型端面密封(US7044470)，公开文献典型的代表作也对流体动静压型端面密封的几何结构参数优化设计进行了研究(见《中国科学.E辑—技术科学》，2007年第50卷第4期：pp448-453)，上述端面密封在设计上相比于单列螺旋槽流体动压型槽端面密封效果比较明显，但是专利US5201531和US6152452两者公布的结构在机械密封启动瞬间润滑介质很难进入端面，因此端面磨损不可避免；而专利US6655693和US7044470所公布的密封装置要求密封系统的外围供气或供液压力或流量非常精确，大大增加了密封的成本和维护难度；而US20070187904A1则要求对端面进行繁复加工，其工作原理上欠明晰，相比于基于螺旋槽的双向旋转干气密封则要复杂得多，实用性较差。专利US20020093141A1是一种新型干气密封，经现场成功投运获得推广，至今仍然是世界最大密封制造商JohnCrane公司的拳头产品(www.johncrane.com)。使用本发明基于仿生原理和流体润滑理论，以飞鸟翼翅外形几何结构特征为借鉴，克服上述双向旋转干气端面密封的不足，发明实现双向旋转的仿鸟翅膀形型槽结构的新型气体动静压型机械密封。
发明内容：
本发明要克服现有绝大多数气体润滑非接触式机械密封技术在密封启动时端面引气不及时、槽内气体压力难以有效建立、端面开启力过小或开启不及时等难题引起的端面干磨损、密封稳定性欠佳或抗干扰能力较差、密封使用寿命较短等现场问题，基于仿生原理和流体润滑理论，以飞鸟翼翅外形几何结构特征为借鉴，提供一种开启性能好、稳定性好、能有效防止在启动和停车期间端面磨损的仿鸟翅膀形型槽端面密封，可满足不同压力和不同转速操作条件的需求。
本发明的技术方案：
双向旋转气体动静压型机械密封的仿鸟翅膀形型槽结构，包括机械密封的两个密封环，即动环和静环，其特征是：所述动环和静环中至少一个密封环的端面上设有多个仿鸟翅膀形型槽，所述仿鸟翅膀形型槽为微米尺度的浅槽，所述仿鸟翅膀形型槽由仿尾羽形型槽和仿飞羽形型槽组成，所述的仿尾羽形型槽具有燕尾状开叉的尾部，所述的仿飞羽形型槽大致呈具有粗端和尾尖端的牛角形，所述的仿尾羽形型槽横列在所述的仿飞羽形型槽的粗端；所述的仿鸟翅膀形型槽之间有密封堰，所述端面未开槽环带部分形成密封坝；每两个所述的仿鸟翅膀形型槽按照八字形构成槽对，若干槽对沿圆周均匀排列成仿鸟翅膀形型槽环带，仿鸟翅膀形型槽环带开在所述的端面的高压侧；所述仿飞羽形型槽的深度沿气流方向逐渐变浅。
进一步，所述仿鸟翅膀形型槽依照端面上某一圆周对称布置，形成一对蝴蝶状型槽，所述仿鸟翅膀形型槽环带之间构成环形次密封坝。
进一步，所述的槽对中的两个仿鸟翅膀形型槽可以是分离的，也可以是无缝连接的。
进一步，所述仿鸟翅膀形型槽环带数目不少于两个，沿径向构成两级或多级密封时，最靠近高压侧的仿飞羽尾形型槽的尾尖端部分与高压侧连接并被截断形成宽翼进气口。
进一步，所述仿尾羽形型槽的形状为尾羽翼形，其边界型线可以为下列之一：螺旋线、圆弧线、直线。
进一步，所述仿飞羽形型槽的形状为飞羽形，其边界型线可以为下列之一：螺旋线、圆弧线、直线。
进一步，所述仿鸟翅膀形型槽的槽深为0.1～100μm，所述仿鸟翅膀形型槽沿同一半径方向从端面上的高压侧到低压侧的分布数量为1～10。
进一步，所述仿鸟翅膀形型槽的槽深优选值为3～18μm；所述仿鸟翅膀形型槽沿同一半径方向从端面上的高压侧到低压侧的优选数量为2～4。
本发明适用于各种不同压力、不同转速等操作条件下旋转流体机械转轴用的轴端密封装置。
本发明的优点是：
1.采用仿鸟翅膀形型槽，气流在型槽底部可建立均匀宽域的高压分布区，从而进一步增大整个密封端面上的高压区域和动压效应，因此提高了端面开启性能和抗干扰能力，降低了启停期间端面磨损的概率，同时也可保证密封在正常操作条件下的稳定开启运行。
2.采用仿尾羽形型槽与变深仿飞羽形型槽相结合的方式，并采用仿鸟翅膀形型槽环带沿密封端面的一级或二级乃至多级对置排列，在强化第一种优点的同时，还将显著减少机械密封在正常运行和扰动运转期间的泄漏，提高从而确保密封的稳定、长寿命运行。
3.采用从高压侧到低压侧型槽深度逐渐变浅的引流槽，使介质得以顺利流入密封端面之间，启动或停车期间提高了气体泵入端面后的压力值，从而有效防止端面磨损。
附图说明
图1为本发明分离型八字形仿鸟翅膀形型槽环带端面结构示意图。
图2为本发明连接型八字形仿鸟翅膀形型槽环带端面结构示意图。
图3为本发明分离型蝴蝶形仿鸟翅膀形型槽环带端面结构示意图。
图4为本发明连接型蝴蝶形仿鸟翅膀形型槽环带端面结构示意图。
图5为本发明径向三级仿鸟翅膀形型槽环带端面结构示意图。
具体实施方式
参见图1至图5，双向旋转气体动静压型机械密封的仿鸟翅膀形型槽结构，它包括机械密封的动环和静环，其特征是：所述动环和静环中至少一个密封环的端面1上设有多个仿鸟翅膀形型槽，所述仿鸟翅膀形型槽为微米尺度的浅槽，所述仿鸟翅膀形型槽由仿尾羽形型槽3和仿飞羽形型槽2组成，所述的仿尾羽形型槽3具有燕尾状开叉的尾部，所述的仿飞羽形型槽2大致呈具有粗端和尾尖端的牛角形，所述的仿尾羽形型槽3横列在所述的仿飞羽形型槽2的粗端；所述的仿鸟翅膀形型槽之间有密封堰4，所述端面未开槽环带部分形成密封坝5；每两个所述的仿鸟翅膀形型槽按照八字形构成槽对，若干槽对沿圆周均匀排列成仿鸟翅膀形型槽环带，仿鸟翅膀形型槽环带开在所述的端面的高压侧；所述仿飞羽形型槽的深度沿气流方向逐渐变浅。
进一步，所述仿鸟翅膀形型槽依照端面上某一圆周对称布置，形成一对蝴蝶状型槽，所述仿鸟翅膀形型槽环带之间构成环形次密封坝。
进一步，所述的槽对中的两个仿鸟翅膀形型槽可以是分离的，也可以是无缝连接的。
进一步，所述仿鸟翅膀形型槽环带数目不少于两个，沿径向构成两级或多级密封时，最靠近高压侧的仿飞羽尾形型槽的尾尖端部分与高压侧连接并被截断形成宽翼进气口。
进一步，所述仿尾羽形型槽的形状为尾羽翼形，其边界型线可以为下列之一：螺旋线、圆弧线、直线。
进一步，所述仿飞羽形型槽的形状为飞羽翼形，其边界型线可以为下列之一：螺旋线、圆弧线、直线。
进一步，所述仿鸟翅膀形型槽的槽深为0.1～100μm，所述仿鸟翅膀形型槽沿同一半径方向从端面上的高压侧到低压侧的分布数量为1～10。
进一步，所述仿鸟翅膀形型槽的槽深优选值为3～18μm；所述仿鸟翅膀形型槽沿同一半径方向从端面上的高压侧到低压侧的优选数量为2～4。
本实施例的仿鸟翅膀形型槽由仿尾羽形型槽3和仿飞羽形型槽2无缝连接组成。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对本发明构思的实现形式的举例，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够想到的等同技术手段。

Claims (8)

1.双向旋转气体动静压型机械密封的仿鸟翅膀形型槽结构，包括机械密封的两个密封环，即动环和静环，其特征是：所述动环和静环中至少一个密封环的端面上设有多个仿鸟翅膀形型槽，所述仿鸟翅膀形型槽为微米尺度的浅槽，所述仿鸟翅膀形型槽由仿尾羽形型槽和仿飞羽形型槽组成，所述的仿尾羽形型槽具有燕尾状开叉的尾部，所述的仿飞羽形型槽大致呈具有粗端和尾尖端的牛角形，所述的仿尾羽形型槽横列在所述的仿飞羽形型槽的粗端；所述的仿鸟翅膀形型槽之间有密封堰，所述端面未开槽环带部分形成密封坝；每两个所述的仿鸟翅膀形型槽按照八字形构成槽对，若干槽对沿圆周均匀排列成仿鸟翅膀形型槽环带，仿鸟翅膀形型槽环带开在所述的端面的高压侧；所述仿飞羽形型槽的深度沿气流方向逐渐变浅。
2.根据权利要求1所述的双向旋转气体动静压型机械密封的仿鸟翅膀形型槽结构，其特征在于：所述仿鸟翅膀形型槽依照端面上某一圆周对称布置，形成一对蝴蝶状型槽，所述仿鸟翅膀形型槽环带之间构成环形次密封坝。
3.根据权利要求2所述的双向旋转气体动静压型机械密封的仿鸟翅膀形型槽结构，其特征在于：所述的槽对中的两个仿鸟翅膀形型槽是分离的或无缝连接的。
4.根据权利要求3所述的双向旋转气体动静压型机械密封的仿鸟翅膀形型槽结构，其特征在于：所述仿鸟翅膀形型槽环带数目不少于两个，沿径向构成两级或多级密封时，最靠近高压侧的仿飞羽尾形型槽的尾尖端部分与高压侧连接并被截断形成宽翼进气口。
5.根据权利要求4所述的双向旋转气体动静压型机械密封的仿鸟翅膀形型槽结构，其特征在于：所述仿尾羽形型槽的形状为尾羽翼形，其边界型线为下列之一：螺旋线、圆弧线、直线。
6.根据权利要求5所述的双向旋转气体动静压型机械密封的仿鸟翅膀形型槽结构，其特征在于：所述仿飞羽形型槽的形状为飞羽翼形，其边界型线为下列之一：螺旋线、圆弧线、直线。
7.根据权利要求6所述的双向旋转气体动静压型机械密封的仿鸟翅膀形型槽结构，其特征在于：所述仿鸟翅膀形型槽的槽深为0.1～100μm，所述仿鸟翅膀形型槽沿同一半径方向从端面上的高压侧到低压侧的分布数量为1～10。
8.根据权利要求7所述的双向旋转气体动静压型机械密封的仿鸟翅膀形型槽结构，其特征在于：所述仿鸟翅膀形型槽的槽深为3～18μm；所述仿鸟翅膀形型槽沿同一半径方向从端面上的高压侧到低压侧的数量为2～4。
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