CN109237040B - 一种径向流致开启性增强的箔片端面气膜密封结构 - Google Patents

一种径向流致开启性增强的箔片端面气膜密封结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种径向流致开启性增强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有一个密封环是由弹簧支撑的浮动环，所述浮动环的密封端面是箔片端面；所述箔片端面包括圆环状的环本体、箔片、箔片固定座、紧定螺钉；所述环本体沿圆周方向均匀开设若干定位槽；所述箔片一部分弯曲、形成弯箔片，所述箔片另一部分平直、形成直箔片，所述弯箔片沿径向方向被切割成若干小块，所述直箔片沿任意径向方向的横截面为翼型横截面；所述箔片固定座通过间隙配合插入所述定位槽中并通过紧定螺钉固定；所述直箔片远离弯箔片的一端焊接在箔片固定座上；所述箔片的平直端到弯曲端的圆周方向均与气流的周向方向一致。

Description

一种径向流致开启性增强的箔片端面气膜密封结构
技术领域
本发明涉及机械端面密封结构设计技术领域，具体涉及一种径向流致开启性增强的箔片端面气膜密封结构，特别适用于各种高速旋转机械的轴端密封装置。
背景技术
端面气膜密封又称干气密封，是一种以气体作为密封介质的非接触式机械密封，通过一对刚性的密封环压紧实现端面密封，最初由Jone Crane密封公司于20世纪60年代首次提出。由于干气密封具有低泄漏、长寿命、低功耗等众多性能优势，在其提出不久后就推广应用于高速旋转机械，如高速离心压缩机、离心泵等。但目前旋转机械使用工况普遍向高参数（高速、高压和高温）和变工况发展，这使得常规的干气密封在使用过程中常因散热能力或抗扰动能力不足而导致密封环热裂、端面碰磨或撞碎而失效。因此，开发散热性好、动态稳定性高、自适应能力强的新型端面气膜密封结构具有重大意义。
箔片端面气膜密封是近年来新兴的一种干气密封结构，以柔性表面为支承，相比常规刚性表面的干气密封结构，其具有可靠性高、高速稳定性好、温度适应性强、摩擦功耗低、抗冲击性好等优点，因此受到国内外研究者的高度关注。但目前的箔片端面气膜密封专利结构也有一个通病即开启性能不佳，这使得密封端面不易成膜，特别在开车阶段箔片端面易磨损，严重降低其使用寿命。
发明内容
本发明的目的就是解决现有箔片端面气膜密封开启性能不佳的问题，提出一种开启性能增强的箔片端面气膜密封结构。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：
一种径向流致开启性增强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有一个密封环是由弹簧支撑的浮动环，所述浮动环的密封端面是箔片端面，所述箔片端面的一侧为高压侧，所述箔片端面的另一侧为低压侧；
所述箔片端面包括圆环状的环本体、箔片、箔片固定座、紧定螺钉；所述环本体外侧低下、形成圆环凹面，所述环本体内侧高起、形成圆环台阶，所述圆环台阶的上表面形成密封坝，所述环本体的外圆周壁面上均匀开设若干沿径向方向直至嵌入所述圆环台阶外圆周壁面的定位槽，所述定位槽的横截面为鼓形，所述箔片固定座的橫截面亦为鼓形，所述定位槽的底面中心处加工有螺纹通孔；
所述箔片在圆周方向的一端弯曲、形成弯箔片，所述箔片在圆周方向除弯曲部分的其余部分平直、形成直箔片，所述弯箔片与所述直箔片的连接是平滑过渡的，所述直箔片远离弯箔片的一端焊接在箔片固定座一侧的弧面上，所述弯箔片在自由端不同径向位置处沿圆周方向切割、形成若干弯箔块，所述直箔片沿任意径向方向的横截面为翼型横截面，所述翼型横截面的大头端为翼型前缘，所述翼型横截面的小头端为翼型后缘，所述翼型前缘朝向所述箔片端面的高压侧，所述翼型前缘的顶点与所述翼型后缘的顶点的连线为翼弦，所述直箔片沿任意径向方向的翼型横截面的翼弦所形成的平面为翼弦平面，所述直箔片的上表面到翼弦平面的最大垂直距离h 1小于所述直箔片的下表面到翼弦平面的最大垂直距离h 2；
所述箔片固定座通过间隙配合沿径向插入所述定位槽中并通过紧定螺钉实现所述箔片固定座径向自由度的固定；所述箔片的平直部分到弯曲部分的圆周方向均与气流的周向方向一致。
作为优选，所述弯箔片被切割形成的各所述弯箔块的径向宽度l 1相等且所述弯箔块的径向宽度l 1与相邻弯箔块之间的径向间距l 2的比值取0.3~3。
作为优选，所述翼弦平面与所述箔片固定座的底平面之间的夹角θ取1~15°。
作为优选，所述翼型横截面的上曲线在所述翼型后缘顶点处的切线与所述翼弦的夹角α取0~30°，所述翼型横截面的下曲线在所述翼型后缘顶点处的切线与所述翼弦的夹角β取15~45°。
作为优选，所述翼型横截面的上曲线在所述翼型后缘顶点处的切线与所述翼弦的夹角α小于所述翼型横截面的下曲线在所述翼型后缘顶点处的切线与所述翼弦的夹角β。
本发明具有以下有益效果：本发明对箔片结构进行科学设计，将直箔片横截面设计为翼型横截面，同时将箔片自由端弯曲形成弯箔片并将弯箔片分割成若干弯箔块，使得密封在提升开启性能的同时有效减小了气流阻力。
附图说明
图1是本发明结构的三维爆炸示意图；
图2是本发明结构的三维安装示意图；
图3是本发明结构的箔片安装及排布示意图；
图4是本发明结构的环本体的轴侧图；
图5(a)是本发明结构的箔片的轴侧图，图5(b)是箔片的侧视图；
图6是本发明结构的箔片的主视图及其剖视图；
图7是本发明图6中A-A剖面图；
图8是本发明结构的直箔片上产生气流推力的原理示意图。
图中：1-环本体、11-密封坝、12-定位槽、13-螺纹通孔、2-箔片、21-弯箔片、22-直箔片、23-翼型横截面、24-翼弦、25-翼弦平面、3-箔片固定座、4-紧定螺钉。
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-图8所示，本发明一种径向流致开启性增强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有一个密封环是由弹簧支撑的浮动环，所述浮动环的密封端面是箔片端面，所述箔片端面的一侧为高压侧，所述箔片端面的另一侧为低压侧；
所述箔片端面包括圆环状的环本体1、箔片2、箔片固定座3、紧定螺钉4；所述环本体1外侧低下、形成圆环凹面，所述环本体内侧高起、形成圆环台阶，所述圆环台阶的上表面形成密封坝11，所述环本体1的外圆周壁面上均匀开设若干沿径向方向直至嵌入所述圆环台阶外圆周壁面的定位槽12，所述定位槽12的横截面为鼓形，所述箔片固定座3的橫截面亦为鼓形，所述定位槽12的底面中心处加工有螺纹通孔13；
所述箔片2在圆周方向的一端弯曲、形成弯箔片21，所述箔片2在圆周方向除弯曲部分的其余部分平直、形成直箔片22，所述弯箔片21与所述直箔片22的连接是平滑过渡的，所述直箔片22远离弯箔片21的一端焊接在箔片固定座3一侧的弧面上，所述弯箔片21在自由端不同径向位置处沿圆周方向切割、形成若干弯箔块，所述直箔片22沿任意径向方向的横截面为翼型横截面23，所述翼型横截面23的大头端为翼型前缘，所述翼型横截面23的小头端为翼型后缘，所述翼型前缘朝向所述箔片端面的高压侧，所述翼型前缘的顶点与所述翼型后缘的顶点的连线为翼弦24，所述直箔片22沿任意径向方向的翼型横截面23的翼弦24所形成的平面为翼弦平面25，所述直箔片22的上表面到翼弦平面25的最大垂直距离h 1小于所述直箔片22的下表面到翼弦平面25的最大垂直距离h 2；
所述箔片固定座3通过间隙配合沿径向插入所述定位槽12中并通过紧定螺钉4实现所述箔片固定座3径向自由度的固定；所述箔片2的平直部分到弯曲部分的圆周方向均与气流的周向方向一致。
具体的，所述弯箔片21被切割形成的各所述弯箔块的径向宽度l 1相等且所述弯箔块的径向宽度l 1与相邻弯箔块之间的径向间距l 2的比值取0.3~3。
具体的，所述翼弦平面25与所述箔片固定座3的底平面之间的夹角θ取1~15°。
具体的，所述翼型横截面23的上曲线在所述翼型后缘顶点处的切线与所述翼弦24的夹角α取0~30°，所述翼型横截面23的下曲线在所述翼型后缘顶点处的切线与所述翼弦24的夹角β取15~45°。
具体的，所述翼型横截面23的上曲线在所述翼型后缘顶点处的切线与所述翼弦24的夹角α小于所述翼型横截面23的下曲线在所述翼型后缘顶点处的切线与所述翼弦24的夹角β。
本发明的工作过程：
本发明一种径向流致开启性增强的箔片端面气膜密封在工作过程中，翼弦平面25与所述箔片固定座3间的夹角θ使箔片端面与配副密封环端面在周向方向上形成楔形间隙，当气体沿密封环周向高速流动时，密封端面间将形成明显的气体动压效应；另外，由于直箔片22的上表面到翼弦平面25的最大垂直距离h 1小于所述直箔片22的下表面到翼弦平面25的最大垂直距离h 2，使得泄露气体从高压侧高速流经低压侧时，流经直箔片22上表面的气体流速要小于流经直箔片22下表面的气体流速，由伯努利原理可知，直箔片22上表面的气体压力要大于直箔片22下表面的气体压力，因此形成了额外的升力，故增强了密封的开启性能，且在本发明的直箔片22结构形状的优选范围下，开启性能的增强效果将更为凸显。同时弯箔片21可有效减弱箔片2自由端尖端产生的漩涡的强度，有助于进一步提高升力。在密封端面间的气体动压力与直箔片22上的升力的合力作用下，密封端面将开启并形成微米级厚度的气膜，相比于现有的箔片端面气膜密封专利结构，本发明能提供外加升力，具有更好的开启性能。当密封高速旋转时，各弯箔块的宽度l 1与相邻弯箔块之间的间距l 2在该配比条件下可有效降低周向的气流阻力。当本发明径向流致开启性增强的箔片端面气膜密封在受到外界激励作用或发生变工况时，箔片2弹性变形将感受气体动压力和升力的变化而发生变化，从而实现密封的动态平衡、达到自适应的效果。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种径向流致开启性增强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有一个密封环是由弹簧支撑的浮动环，所述浮动环的密封端面是箔片端面，所述箔片端面的一侧为高压侧，所述箔片端面的另一侧为低压侧；所述箔片端面包括圆环状的环本体(1)、箔片(2)、箔片固定座(3)、紧定螺钉(4)；所述环本体(1)外侧低下、形成圆环凹面，所述环本体内侧高起、形成圆环台阶，所述圆环台阶的上表面形成密封坝(11)，所述环本体(1)的外圆周壁面上均匀开设若干沿径向方向直至嵌入所述圆环台阶外圆周壁面的定位槽(12)，所述定位槽(12)的横截面为鼓形，所述箔片固定座(3)的橫截面亦为鼓形，所述定位槽(12)的底面中心处加工有螺纹通孔(13)；所述箔片(2)在圆周方向的一端弯曲、形成弯箔片(21)，所述箔片(2) 在圆周方向除弯曲部分的其余部分平直、形成直箔片(22)，所述弯箔片(21)与所述直箔片(22)的连接是平滑过渡的，所述直箔片(22)远离弯箔片(21)的一端焊接在箔片固定座(3)一侧的弧面上，所述弯箔片(21)在自由端不同径向位置处沿圆周方向切割、形成若干弯箔块，所述直箔片(22)沿任意径向方向的横截面为翼型横截面(23)，所述翼型横截面(23)的大头端为翼型前缘，所述翼型横截面(23)的小头端为翼型后缘，所述翼型前缘朝向所述箔片端面的高压侧，所述翼型前缘的顶点与所述翼型后缘的顶点的连线为翼弦(24)，所述直箔片(22)沿任意径向方向的翼型横截面(23)的翼弦(24)所形成的平面为翼弦平面(25)，所述直箔片(22)的上表面到翼弦平面(25)的最大垂直距离h 1小于所述直箔片(22)的下表面到翼弦平面(25)的最大垂直距离h 2；所述箔片固定座(3)通过间隙配合沿径向插入所述定位槽(12)中并通过紧定螺钉(4)实现所述箔片固定座(3)径向自由度的固定；所述箔片(2)的平直部分到弯曲部分的圆周方向均与气流的周向方向一致。
2.如权利要求1所述的径向流致开启性增强的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：所述弯箔片(21)被切割形成的各所述弯箔块的径向宽度l 1相等且所述弯箔块的径向宽度l 1与相邻弯箔块之间的径向间距l 2的比值取0.3-3。
3.如权利要求2所述的径向流致开启性增强的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：所述翼弦平面(25)与所述箔片固定座(3)的底平面之间的夹角θ 取1-15°。
4.如权利要求3所述的径向流致开启性增强的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：所述翼型横截面(23)的上曲线在所述翼型后缘顶点处的切线与所述翼弦(24)的夹角α取0-30°，所述翼型横截面(23)的下曲线在所述翼型后缘顶点处的切线与所述翼弦(24)的夹角β取15-45°。
5.如权利要求4所述的径向流致开启性增强的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：所述翼型横截面(23)的上曲线在所述翼型后缘顶点处的切线与所述翼弦(24)的夹角α小于所述翼型横截面(23)的下曲线在所述翼型后缘顶点处的切线与所述翼弦(24)的夹角β。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112160980B (zh) * 2020-08-26 2021-10-08 珠海格力电器股份有限公司 气体动压轴承、电机和压缩机
CN113217632B (zh) * 2021-05-20 2023-11-03 中国计量大学 一种耐高压低泄漏箔片端面气膜密封结构
CN113513593B (zh) * 2021-05-20 2023-09-05 中国计量大学 具有耐磨抗冲击柔性密封端面的箔片端面气膜密封结构

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1531295A1 (en) * 2003-11-12 2005-05-18 United Technologies Corporation Gas film hydraulic shaft seal
CN1690389A (zh) * 2004-04-15 2005-11-02 通用电气公司 用于涡轮机叶片冷却回路的旋转式密封装置
FR3000167A1 (fr) * 2012-12-20 2014-06-27 Cryostar Sas Ensemble joint d'etancheite a gaz pour pompes a liquide cryogenique
CN104896101A (zh) * 2015-05-26 2015-09-09 浙江工业大学 一种波箔型箔片端面气膜密封结构
CN104913064A (zh) * 2015-05-29 2015-09-16 浙江工业大学 一种悬臂型箔片端面气膜密封结构
CN204729630U (zh) * 2015-06-15 2015-10-28 浙江工业大学 一种可双向旋转的箔片端面气膜密封结构
CN106015578A (zh) * 2016-07-13 2016-10-12 浙江工业大学 箔片表面开微孔织构的箔片端面气膜密封结构
CN107228196A (zh) * 2017-07-06 2017-10-03 浙江工业大学 强化传热型三元弯扭微凸体端面机械密封结构

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1531295A1 (en) * 2003-11-12 2005-05-18 United Technologies Corporation Gas film hydraulic shaft seal
CN1690389A (zh) * 2004-04-15 2005-11-02 通用电气公司 用于涡轮机叶片冷却回路的旋转式密封装置
FR3000167A1 (fr) * 2012-12-20 2014-06-27 Cryostar Sas Ensemble joint d'etancheite a gaz pour pompes a liquide cryogenique
US9476314B2 (en) * 2012-12-20 2016-10-25 Cryostar Sas Gas seal assembly for cryogenic liquid turbomachines
CN104896101A (zh) * 2015-05-26 2015-09-09 浙江工业大学 一种波箔型箔片端面气膜密封结构
CN104913064A (zh) * 2015-05-29 2015-09-16 浙江工业大学 一种悬臂型箔片端面气膜密封结构
CN204729630U (zh) * 2015-06-15 2015-10-28 浙江工业大学 一种可双向旋转的箔片端面气膜密封结构
CN106015578A (zh) * 2016-07-13 2016-10-12 浙江工业大学 箔片表面开微孔织构的箔片端面气膜密封结构
CN107228196A (zh) * 2017-07-06 2017-10-03 浙江工业大学 强化传热型三元弯扭微凸体端面机械密封结构

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