CN106015578B - 箔片表面开微孔织构的箔片端面气膜密封结构 - Google Patents

Abstract

箔片表面开微孔织构的箔片端面气膜密封结构，包括气膜密封的动环和静环；动环或静环中至少一个密封环的密封端面是带表面织构的箔片端面，带箔片端面的密封环包括圆环状的环本体、扇形橡胶垫、环形箔片，环本体外侧微幅凹陷形成圆环形凹面，环本体内侧微幅凸起形成圆环台阶，圆环台阶的上表面形成密封坝，圆环形凹面上均匀开设若干个依照旋转中心对称分布的扇形槽，每个扇形槽中都放入一块扇形橡胶垫，扇形橡胶垫上表面与圆环形凹面平齐；环形箔片上表面开微孔环带，其下表面与圆环形凹面紧贴，环形箔片上表面与密封坝齐平；微孔环带中沿环形箔片径向方向均布多个微孔形成孔列，孔列与孔列之间形成密封堰，所述微孔列与扇形槽错位分布。

Description

箔片表面开微孔织构的箔片端面气膜密封结构

(一)技术领域

本发明涉及机械端面密封结构设计技术领域，具体涉及一种箔片表面开微孔织构的箔片端面气膜密封结构，特别适用于高压高速旋转机械的轴端密封装置。

(二)背景技术

机械密封以其低泄漏、低功耗、长寿命等显著的性能优势在旋转机械的轴端密封上获得广泛应用，如压缩机、泵、反应釜及风机等旋转机械的轴端密封，随着石化行业与航天航空的快速发展，要求机械密封能够适应高参数、变工况及恶劣的密封环境。微孔端面密封以其可有效适应固体颗粒含量高的密封场合、具有更好的耐磨能力和运行可靠性而得到广泛应用，目前国内外相继开发出多种不同形式的微孔端面密封，包括圆形微孔、方向性微孔、双列倾斜方向性微孔、穗形排布微孔等多种微孔密封端面结构，但由于微孔流体动压效应差，形成的流体膜承载能力较差，且在高压工况下的启停阶段，气体不易进入孔区，端面易发生干磨，特别在高速和变工况条件下，外界扰动较大，普通微孔端面密封适应能力较差，密封端面极易发生碰磨与偏磨，造成微孔织构的破坏，严重降低微孔端面密封的性能优势。

(三)发明内容

本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种高压高速下开启容易、动压效应强、气膜刚度大、动态稳定性好、泄漏率低，可适应含固体颗粒工况的箔片表面开微孔织构的箔片端面气膜密封结构。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种箔片表面开微孔织构的箔片端面气膜密封结构，包括气膜密封的动环和静环；所述动环或静环中至少一个密封环的密封端面是带表面织构的箔片端面，所述带箔片端面的密封环包括圆环状的环本体、扇形橡胶垫、环形箔片，环本体外侧微幅凹陷形成圆环形凹面，环本体内侧微幅凸起形成圆环台阶，所述圆环台阶的上表面形成密封坝，所述圆环形凹面上均匀开设若干个依照旋转中心对称分布的扇形槽，每个扇形槽中都放入一块扇形橡胶垫，所述扇形橡胶垫上表面与圆环形凹面平齐；所述环形箔片上表面开微孔环带，其下表面与圆环形凹面紧贴，并通过螺钉连接与环本体固定，环形箔片上表面与密封坝齐平；所述微孔环带中沿环形箔片径向方向均布多个微孔形成微孔列，微孔列与微孔列之间有密封堰，所述微孔列与扇形槽错位分布。所述橡胶块也可以是铝、铜等强度较低材料制成。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的箔片表面开微孔织构的箔片端面气膜密封结构，在环本体圆环形凹面均匀开有若干个依照旋转中心对称分布的扇形槽并在其中放入扇形橡胶块，从而使环本体圆环形凹面上错位分布有两种不同弹性模量的材料，在扇形槽区域弹性模量较小，在非扇形槽区弹性模量较大；当带微孔的箔片通过螺钉与环本体装配后，箔片上的微米尺度孔列与环本体的扇形槽区错位分布，微孔列所在的箔片区域被环本体自身材料支撑，密封堰所在的箔片区域部分被橡胶垫直接支撑。在高压工况下，靠静压作用即可使箔片密封堰被橡胶垫直接支撑的区域发生较大弹性变形从而将高压气体引入，增大密封端面的静压开启力，从而提高了密封的开启性能。当密封正常运行时，一方面，密封堰被橡胶垫直接支撑的区域通过变形使密封气体更容易进入封闭的微孔区，并给微孔的背风侧补充足够的气体，避免产生负压效应的同时还增强了微孔的动压效应；另一方面，由于气体的汇聚挤压作用，微孔的迎风侧相比背风侧压力高，因此使得密封堰被橡胶垫直接支撑的区域中迎风侧的变形将大于背风侧的变形，从而形成动力楔，有效提高了微孔背风侧的膜压，增大了气膜刚度，提高了运行稳定性。此外，在变工况条件下，箔片上微孔列之间的密封堰被橡胶垫直接支撑的区域将感知膜压的变化作出相适应的变形协调，变形又会进一步影响膜压，最终使密封运行达到一个最稳定的动平衡状态。与传统的微孔端面密封相比，带微孔织构的箔片端面密封具有高压工况端面易开启，高速及变工况下运行更稳定的特点。

本发明的优点是：在高压高速下开启容易、动压效应强、气膜刚度大、动态稳定性好、泄漏率低，可适应含固体颗粒工况。

(四)附图说明

图1为本发明的结构爆炸示意图。

图2为本发明的装配体的结构示意图。

图3为本发明的中环本体的结构示意图。

图4为本发明中箔片端面微孔织构排布方式示意图。

图5为本发明的橡胶块的结构示意图。

其中：1-环本体；2-扇形槽；3-密封坝；4-扇形橡胶垫；5-环形箔片；6-微孔列；7-密封堰；8-螺钉；61-微孔单列；62-微孔多列。

(五)具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

参照图1至图5所示，本发明箔片表面开微孔织构的箔片端面气膜密封结构，包括气膜密封的动环和静环；所述动环或静环中至少一个密封环的密封端面是带表面织构的箔片端面，所述带箔片端面的密封环包括圆环状的环本体1、扇形橡胶垫4、环形箔片5，环本体1外侧微幅凹陷形成圆环形凹面，环本体内侧微幅凸起形成圆环台阶，所述圆环台阶的上表面形成密封坝3，所述圆环形凹面上均匀开有若干个依照旋转中心对称分布的扇形槽2，每个扇形槽2中都放入一块扇形橡胶垫4，所述扇形橡胶垫4上表面与圆环形凹面平齐。由于环本体1采用高强度硬质材料，弹性模量较大，而橡胶垫4为软质材料，弹性模量较小，因此整个圆环形凹面上的弹性模量大小呈现周期性变分布，所述带箔片端面的密封环在高压作用下沿其密封箔片端面圆周方向易产生周期性变形，进而获得高的流体动压效应。

所述环形箔片5上表面开微孔环带，所述环形箔片5下表面与圆环形凹面紧贴，所述环形箔片通过螺钉8连接与环本体1固定，所述环形箔片5上表面与密封坝7齐平。

所述微孔环带中的微孔沿环形箔片径向成一字形排列，形成微孔列6，微孔列与微孔列之间为密封堰7，所述微孔列6与扇形槽2错位分布，这样可保证微孔列6所在的箔片区域被环本体1自身材料支撑，可提供足够的支撑刚度，从而保证密封运转后微孔区产生动压效应不被削弱；密封堰7所在的箔片区域部分被橡胶垫直接支撑，被橡胶垫直接支撑的区域易受压力变化而产生变形，该变形不仅有助于提高微孔端面密封的开启特性和动压效应，同时还有助于提高气膜刚度并稳定膜压变化。

所述微孔环带中微孔可单列依照旋转中心对称分布，如图4中的微孔单列61，也可多列并排依照旋转中心对称分布，如图4中的微孔多列62。

本说明书实施例所述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包括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 (1)

1.一种箔片表面开微孔织构的箔片端面气膜密封结构，包括气膜密封的动环和静环；其特征在于：所述动环或静环中至少一个密封环的密封端面是带表面织构的箔片端面，所述带箔片端面的密封环包括圆环状的环本体、扇形橡胶垫、环形箔片，环本体外侧微幅凹陷形成圆环形凹面，环本体内侧微幅凸起形成圆环台阶，所述圆环台阶的上表面形成密封坝，所述圆环形凹面上均匀开设若干个依照旋转中心对称分布的扇形槽，每个扇形槽中都放入一块扇形橡胶垫，所述扇形橡胶垫上表面与圆环形凹面平齐；所述环形箔片上表面开微孔环带，其下表面与圆环形凹面紧贴，并通过螺钉连接与环本体固定，环形箔片上表面与密封坝齐平；所述微孔环带中沿环形箔片径向方向均布多个微孔形成微孔列，微孔列之间有密封堰，所述微孔列与扇形槽错位分布。