CN108105391A - 一种具有三维立体单向螺旋槽的干气密封结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有三维立体单向螺旋槽的干气密封结构，包括设于密封环端面的多个螺旋槽，螺旋槽开口于密封环端面高压侧，螺旋槽自高压侧向低压侧宽度逐渐减小，螺旋槽由多个螺旋单元槽组成，螺旋槽的开口在密封环的端面上等分为多个螺旋单元槽的开口，多个螺旋单元槽的根部相互叠加在一起，同一螺旋槽中位于旋转方向前部螺旋单元槽的深度大于位于旋转方向后部螺旋单元槽的深度。多个螺旋单元槽组成槽深变化的三维立体结构，在槽深为最小值的端面部分，由于其间隙最小，故该部位端面间气膜压力为最大值，提供最大开启力，从而使低速转速下易于开启，同时设置深度不同的多个螺旋单元槽，可以抵抗气体的粘度低带来的气膜刚度不足的问题。

Description

一种具有三维立体单向螺旋槽的干气密封结构
技术领域
本发明涉及干气密封技术领域，具体涉及一种具有三维立体单向螺旋槽的干气密封结构。
背景技术
干气密封以其独特的优越性在各种低中高速旋转机械上得到了广泛应用，如离心压缩机、膨胀机、风机、离心泵、搅拌釜等。干气密封是通过在密封端面上开设各种流体动压槽，当动环旋转时，利用流体动压槽的动静压效应将气体介质泵入密封端面，进入端面的流体介质在流体动压槽根部流动受阻因此产生一定的开启力并推开端面，从而实现动静环的非接触运行，其中目前使用最广泛的端面槽型为单向螺旋槽。但是现有的螺旋槽深度大多一致，运行时容易出现气膜刚度不足，从而造成密封介质的泄露，同时密封端面容易产生接触磨损等问题，难以实现长期稳定运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、密封效果好的具有三维立体单向螺旋槽的干气密封结构。
本发明采用的技术方案为：一种具有三维立体单向螺旋槽的干气密封结构，包括设于密封环端面的多个螺旋槽，所述螺旋槽在密封环端面上周向均匀分布，所述密封环端面的一侧为高压侧，另一侧为低压侧，所述螺旋槽开口于密封环端面高压侧，所述螺旋槽自高压侧向低压侧宽度呈收敛状逐渐减小，所述螺旋槽由多个螺旋单元槽组成，所述螺旋槽的开口在密封环的端面上等分为多个螺旋单元槽的开口，所述多个螺旋单元槽的根部相互叠加在一起，所述同一螺旋槽中位于旋转方向前部螺旋单元槽的深度大于位于旋转方向后部螺旋单元槽的深度。
如上所述的一种具有三维立体单向螺旋槽的干气密封结构，进一步说明为，所述螺旋槽由5个螺旋单元槽组成，沿旋转方向依次包括第一螺旋单元槽、第二螺旋单元槽、第三螺旋单元槽、第四螺旋单元槽和第五螺旋单元槽。
如上所述的一种具有三维立体单向螺旋槽的干气密封结构，进一步说明为，所述第一螺旋单元槽的深度为10～12um，所述第二螺旋单元槽的深度为8～10um，所述第三螺旋单元槽的深度为6～8um，所述第四螺旋单元槽的深度为4～6um，所述第五螺旋单元槽的深度为2～4um。
如上所述的一种具有三维立体单向螺旋槽的干气密封结构，进一步说明为，所述螺旋槽数量为12～36个，所述螺旋槽的总面积占密封环端面面积的20～75％。
如上所述的一种具有三维立体单向螺旋槽的干气密封结构，进一步说明为，所述螺旋槽数量为18～24个。
如上所述的一种具有三维立体单向螺旋槽的干气密封结构，进一步说明为，所述相邻两螺旋槽根部之间的圆周距离为8～68mm。
本发明的有益效果是：1、通过将螺旋槽设置为多个螺旋单元槽，多个螺旋单元槽组成槽深变化的三维立体结构，在槽深为最小值的端面部分，由于其间隙最小，故该部位端面间气膜压力为最大值，提供最大开启力，从而使低速转速下易于开启，保证端面间的分离间隙，也使正常工况下，运行无磨损，功率消耗极低，同时设置深度不同的多个螺旋单元槽，可以抵抗气体的粘度低带来的气膜刚度不足的问题，可以完全阻塞相对低压的密封介质的泄漏。2、该结构简单、无复杂的液体润滑、冷却系统，安装维护方便，经济实惠。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为图1中A放大视图。
图中：1、螺旋槽；2、第一螺旋单元槽；3、第二螺旋单元槽；4、第三螺旋单元槽；5、第四螺旋单元槽；6、第五螺旋单元槽；L、相邻两螺旋槽根部之间的圆周距离。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式做进一步的阐述。
如图1和图2所示，本实施例提供的一种具有三维立体单向螺旋槽的干气密封结构，包括设于密封环端面的多个螺旋槽1，所述螺旋槽1在密封环端面上周向均匀分布，所述密封环端面的一侧为高压侧，另一侧为低压侧，所述螺旋槽1开口于密封环端面高压侧，所述螺旋槽1自高压侧向低压侧宽度逐渐减小，即螺旋槽1为收敛结构。这里以动环为例做说明，当动环旋转时，密封环端面的高压气体从螺旋槽1开口处进入密封端面之间，由螺旋槽1高压侧到螺旋槽1根部的气膜压力逐渐增加，而从螺旋槽1根部至内低压侧的气膜压力逐渐下降，因此就在摩擦副端面之间形成了一层约1～5um的气膜，从而实现了密封处于非接触的状态，此密封原理为现有技术，这里不做详细阐述。
所述螺旋槽1由多个螺旋单元槽组成，所述螺旋槽1的开口在密封环的端面上等分为多个螺旋单元槽的开口，所述多个螺旋单元槽的根部相互叠加在一起，作为优选，所述螺旋槽1由5个螺旋单元槽组成，沿旋转方向依次包括第一螺旋单元槽2、第二螺旋单元槽3、第三螺旋单元槽4、第四螺旋单元槽5和第五螺旋单元槽6，这里所述的旋转方向以逆时针旋转方向为例做说明，从而所述螺旋槽1的开口在密封环的端面等分为5份，当然这只是一种优选方式，所述螺旋槽1还可以由其他个数的螺旋单元槽组成。
所述同一螺旋槽1中位于旋转方向前部螺旋单元槽的深度大于位于旋转方向后部螺旋单元槽的深度，即第一螺旋单元槽2的深度大于第二螺旋单元槽3的深度，第二螺旋单元槽3的深度大于第三螺旋单元槽4的深度，第三螺旋单元槽4的深度大于第四螺旋单元槽5的深度，第四螺旋单元槽5的深度大于第五螺旋单元槽6的深度，从而多个螺旋单元槽组成槽深变化的三维立体结构，在槽深为最小值的端面部分，即第五螺旋单元槽6的位置，由于其间隙最小，故该部位端面间气膜压力为最大值，提供最大开启力，从而能够保证低速转速下易于开启，保证端面间的分离间隙，也使正常工况下，运行无磨损，功率消耗极低，同时设置深度不同的多个螺旋单元槽，可以抵抗气体的粘度低带来的气膜刚度不足的问题，可以完全阻塞相对低压的密封介质的泄漏。
具体的所述第一螺旋单元槽2的深度优选为10～12um，所述第二螺旋单元槽3的深度优选为8～10um，所述第三螺旋单元槽4的深度优选为6～8um，所述第四螺旋单元槽5的深度优选为4～6um，所述第五螺旋单元槽6的深度优选为2～4um，作为优选，可以使5个螺旋单元槽之间的深度呈等差数列均匀递减，例如，所述第一螺旋单元槽2的深度为11um，所述第二螺旋单元槽3的深度为9um，所述第三螺旋单元槽4的深度为7um，所述第四螺旋单元槽5的深度为5um，所述第五螺旋单元槽6的深度为3um，当然还可以选用其他组合，这里不一一进行阐述。
为了保证在低速转速下的密封效果，可以将所述螺旋槽1数量设置为12～36个，所述螺旋槽1的总面积占密封环端面面积的20～75％，进一步的，所述螺旋槽1数量优选为18～24个。
作为优选，所述相邻两螺旋槽1根部之间的圆周距离为8～68mm，具体的距离根据螺旋槽1的数量来决定，即当螺旋槽1的数量较多时，则相应的相邻两螺旋槽1根部之间的圆周距离就较小，当螺旋槽1的数量较少时，则相应的相邻两螺旋槽1根部之间的圆周距离就较大。
本发明并不限于上述实例，在本发明的权利要求书所限定的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种变形或修改均受本专利的保护。

Claims (6)

1.一种具有三维立体单向螺旋槽的干气密封结构，包括设于密封环端面的多个螺旋槽，所述螺旋槽在密封环端面上周向均匀分布，所述密封环端面的一侧为高压侧，另一侧为低压侧，所述螺旋槽开口于密封环端面高压侧，所述螺旋槽自高压侧向低压侧宽度逐渐减小，其特征在于：所述螺旋槽由多个螺旋单元槽组成，所述螺旋槽的开口在密封环的端面上等分为多个螺旋单元槽的开口，所述多个螺旋单元槽的根部相互叠加在一起，所述同一螺旋槽中位于旋转方向前部螺旋单元槽的深度大于位于旋转方向后部螺旋单元槽的深度。
2.根据权利要求1所述的一种具有三维立体单向螺旋槽的干气密封结构，其特征在于：所述螺旋槽由5个螺旋单元槽组成，沿旋转方向依次包括第一螺旋单元槽、第二螺旋单元槽、第三螺旋单元槽、第四螺旋单元槽和第五螺旋单元槽。
3.根据权利要求2所述的一种具有三维立体单向螺旋槽的干气密封结构，其特征在于：所述第一螺旋单元槽的深度为10～12um，所述第二螺旋单元槽的深度为8～10um，所述第三螺旋单元槽的深度为6～8um，所述第四螺旋单元槽的深度为4～6um，所述第五螺旋单元槽的深度为2～4um。
4.根据权利要求1所述的一种具有三维立体单向螺旋槽的干气密封结构，其特征在于：所述螺旋槽数量为12～36个，所述螺旋槽的总面积占密封环端面面积的20～75％。
5.根据权利要求4所述的一种具有三维立体单向螺旋槽的干气密封结构，其特征在于：所述螺旋槽数量为18～24个。
6.根据权利要求5所述的一种具有三维立体单向螺旋槽的干气密封结构，其特征在于：所述相邻两螺旋槽根部之间的圆周距离为8～68mm。
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