CN113217632B - 一种耐高压低泄漏箔片端面气膜密封结构 - Google Patents

一种耐高压低泄漏箔片端面气膜密封结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐高压低泄漏箔片端面气膜密封结构，包括环本体，环本体上由内向外依次设置有第一圆形凹面、第一圆形台阶、第二圆形凹面和第二圆形台阶。第一密封坝，第一密封坝包括内侧鼓泡箔片和第一环状盖体；内侧鼓泡箔片首尾相接沿周向分别均匀铺设在第一圆形凹面上，上方第一环状盖体。第二密封坝，第二密封坝包括外侧鼓泡箔片和第二环状盖体；外侧鼓泡箔片沿周向铺设在第二圆形凹面上，上方插入第二环状盖体，第二环状盖体上表面设有动压槽，中部箔片机构，中部箔片机构设置在第一圆形台阶上。本发明可以有效的提升弹性箔片端面气膜密封结构的抗冲击能力。内外双重浮动密封坝结构有利于改善密封的控漏能力。

Description

一种耐高压低泄漏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，具体涉及一种耐高压低泄漏箔片端面气膜密封结构。
背景技术
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。
目前的箔片端面气膜密封只考虑了槽区的柔性支撑结构，并未考虑到密封工作时，坝区常常因其刚性结构而造成磨损、破裂使得密封失效。另外，在高压条件下，弹性箔片端面气膜密封因自身结构往往使得控漏能力不佳。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐高压低泄漏箔片端面气膜密封结构，可以解决上述技术问题中的一个或是多个。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：
一种耐高压低泄漏箔片端面气膜密封结构，包括
环本体，所述环本体上由内向外依次设置有第一圆形凹面、第一圆形台阶、第二圆形凹面和第二圆形台阶。
第一密封坝，所述第一密封坝包括内侧鼓泡箔片和第一环状盖体；所述内侧鼓泡箔片表面设置有凸起的鼓泡，所述内侧鼓泡箔片首尾相接沿周向分别均匀铺设在第一圆形凹面上，所述内侧鼓泡箔片上方放置第一环状盖体。
第二密封坝，所述第二密封坝包括外侧鼓泡箔片和第二环状盖体；所述外侧鼓泡箔片表面设置有凸起的鼓泡，所述外侧鼓泡箔片沿周向分别均匀铺设在第二圆形凹面上，所述外侧鼓泡箔片上方放置第二环状盖体，所述第二环状盖体上表面设有均匀分布的动压槽，
中部箔片机构，所述中部箔片机构设置在第一圆形台阶上。
优选的：所述中部箔片机构包括中部平箔片和中部鼓泡箔片；所述中部鼓泡箔片表面设置有凸起的鼓泡。
中部平箔片和中部鼓泡箔片均是一端固定、另一端自由首尾沿周向铺设在第一圆形台阶上；所述中部鼓泡箔片为多层，所述中部平箔片铺在多层的中部鼓泡箔片上方。
优选的：在第一圆形台阶内侧设有第一密封圈槽沟，第一密封圈安装于所述第一密封圈槽沟内以使第一密封坝密封；
在第一圆形台阶外侧设有第二密封圈槽沟，第二密封圈安装于所述第二密封圈槽沟内；在第二圆形台阶内侧设有第三密封圈槽沟，第三密封圈安装于所述第三密封圈槽沟内；以使第二密封坝密封。
优选的：还包括第一防转机构，所述第一防转机构包括第一防转槽、第二防转槽和第一防转销。所述第一防转槽开设在所述第一环状盖体的侧壁上；所述第二防转槽开设在所述第一圆形台阶上。所述第一防转销的两端分别插入所述第一防转槽和所述第二防转槽使所述第一环状盖体相对环本体周向静止。
优选的：还包括第二防转机构，所述第二防转机构包括第三防转槽、第四防转槽和第二防转销。所述第三防转槽开设在所述第一圆形台阶外侧；所述第四防转槽开设子在所述第二环状盖体上。所述第二防转销的两端分别插入所述第三防转槽和所述第四防转槽使所述第二环状盖体相对环本体周向静止。
优选的：所述第二密封坝上表面与第一密封坝上表面齐平；所述第一密封坝上表面低于中部箔片机构上表面0.1～5μm。
优选的：所述第一圆形台阶上开设有沿圆周的泄气孔，泄气孔贯穿所述所述第一圆形台阶。
优选的：中部平箔片固定端到自由端的圆周方向与气流的周向方向一致，顶层中部鼓泡箔片的鼓泡凸起高度沿固定端到自由端方向依次发生微米级的线性增高。
优选的：在环本体上开设“I”形槽，用于固定所述外侧鼓泡箔片、中部平箔片、中部鼓泡箔片、内侧鼓泡箔片。
优选的：在稳定运转过程中，所述的环本体在受到外界轴向方向的压力作用时，第一密封坝轴向位移量不大于所述第二密封坝轴向位移量。
本发明的技术效果是：
本发明中设计的浮动密封坝结构，可以有效的提升弹性箔片端面气膜密封结构的抗冲击能力。内外双重浮动密封坝结构有利于改善密封的控漏能力，特别适用于各种高速旋转机械的轴端密封装置。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的爆炸结构示意图。
图3为图1的俯视结构示意图图。
图4为本发明图3中A-A的剖视图。
图5为本发明图4中的局部放大图。
图6为本发明结构的环本体轴测图。
图7为本发明结构的第二环状盖体主视图。
图8为本发明结构的内侧箔片示意图。
图9为本发明结构的中部箔片机构示意图。
图10为本发明结构的中部箔片爆炸示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1-第一密封坝；2-环本体；3-内侧鼓泡箔片；4-鼓泡；5-中部平箔片；6-中部鼓泡箔片；7-外侧鼓泡箔片；8-“I”形槽；9-第一环状盖体；10-动压槽；11-第一密封圈槽沟；12-第二密封圈槽沟；13-第三密封圈槽沟；14-第一密封圈；15-第二密封圈；16-第三密封圈；17-第二环状盖体；18-泄气孔；19-第一防转槽；20-第二防转槽；21-第三防转槽；22-第四防转槽；23-第一防转销；24-第二防转销；25-第二密封坝。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的不当限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1—图10所示。一种耐高压低泄漏箔片端面气膜密封结构，包括
环本体2，所述环本体2上由内向外依次设置有第一圆形凹面、第一圆形台阶、第二圆形凹面和第二圆形台阶。
第一密封坝1，所述第一密封坝1包括内侧鼓泡箔片3和第一环状盖体9；所述内侧鼓泡箔片3表面设置有凸起的鼓泡4，所述内侧鼓泡箔片3两端固定；所述内侧鼓泡箔片3首尾相接沿周向分别均匀铺设在第一圆形凹面上，上方插入第一环状盖体9。
第二密封坝25，所述第二密封坝25包括外侧鼓泡箔片7和第二环状盖体17；所述外侧鼓泡箔片7表面设置有凸起的鼓泡4，所述外侧鼓泡箔片7沿周向分别均匀铺设在第二圆形凹面上，上方插入第二环状盖体17，所述第二环状盖体17上表面设有均匀分布的动压槽10，
中部箔片机构，所述中部箔片机构设置在第一圆形台阶上。在某些实施例中：所述中部箔片机构包括中部平箔片5和中部鼓泡箔片6；所述中部鼓泡箔片6表面设置有凸起的鼓泡4。在某些实施例中，中部平箔片5和中部鼓泡箔片6均是一端固定、另一端自由首尾沿周向铺设在第一圆形台阶上；所述中部鼓泡箔片6为多层，所述中部平箔片5铺在多层的中部鼓泡箔片6上方。
在本发明中采用内外双重浮动密封坝结构，改善了密封在高压下的控漏性能；同时，面对外界干扰或者工况突变时，坝区的弹性支承结构能发生相应的形变使坝区表面发生相应的轴向位移，增加了抗冲击能力，从而减少环本体的磨损、撞碎。其次，密封坝表面开有周向分布的动压槽，能与箔片端面发生协同作用提高开启性能。
另外，还采用了多层鼓泡箔片作为弹性支承，平箔片和鼓泡箔片会发生相应的形变来适应气膜压力从而达到相对平衡，提高密封过程的稳定性。
与传统的干气密封相比，耐高压低泄漏箔片端面气膜密封具有更优越的稳定性、耐高温性、控漏性与抗冲击能力，以及更长的使用寿命。
优选的：在第一圆形台阶内侧设有第一密封圈槽沟11，第一密封圈14安装于所述第一密封圈槽沟11内以使第一密封坝密封。
在第一圆形台阶外侧设有第二密封圈槽沟12，第二密封圈15安装于所述第二密封圈槽沟12内；在第二圆形台阶内侧设有第三密封圈槽沟13，第三密封圈16安装于所述第三密封圈槽沟13内；第二密封圈和第三密封圈共同使第二密封坝密封。有效的保证第一密封坝和第二密封坝的稳定可靠工作。
如图5所示，在某些实施例中：还包括第一防转机构，所述第一防转机构包括第一防转槽19、第二防转槽20和第一防转销23。所述第一防转槽19开设在所述第一环状盖体9的侧壁上；所述第二防转槽20开设在所述第一圆形台阶内侧。所述第一防转销23的两端分别插入所述第一防转槽19和所述第二防转槽20使所述第一环状盖体9相对环本体2周向静止。
如图5所示，在某些实施例中：还包括第二防转机构，所述第二防转机构包括第三防转槽21、第四防转槽22和第二防转销24。所述第三防转槽21开设在所述第一圆形台阶外侧(与所述的第二防转槽20位置对应，连通或是不连通)；所述第四防转槽22开设子在所述第二环状盖体17上。所述第二防转销24的两端分别插入所述第三防转槽21和所述第四防转槽22使所述第二环状盖体17相对环本体2周向静止。
通过防转机构，可以有效的阻止环状盖体发生相对旋转，保证工作状态。
在某些实施例中：所述第二密封坝25上表面与第一密封坝1上表面齐平；所述第一密封坝1上表面低于中部箔片机构上表面0.1～5μm。
在某些实施例中：在稳定运转过程中，所述的环本体2在受到外界轴向方向的压力作用时，第一密封坝1轴向位移量不大于所述第二密封坝25轴向位移量，具体的是：所述的中部箔片端面结构轴向方向的压缩变形量为0.5～15μm；所述的第一密封坝和第二密封坝结构轴向方向的压缩位移量均为1～10μm。
优选的：所述第一圆形台阶上开设有沿圆周均匀分布的泄气孔18，泄气孔18贯穿所述所述第一圆形台阶。所述泄气孔18连通第二密封坝25内部空间和环本体2内径处(第一密封坝1)的空间，防止密封坝内部支承结构产生不规则形变从而影响密封特性。
优选的：中部平箔片5固定端到自由端的圆周方向与气流的周向方向一致，顶层中部鼓泡箔片6的鼓泡4凸起高度沿固定端到自由端方向依次发生微米级的线性增高。这样可以使每个平箔片与另一个环的密封端面配合时形成预楔角，当密封未运转时，在闭合力(包括弹簧弹力和介质压力)作用下，鼓泡箔片发生微量变形，使密封端面闭合，从而保证密封性能，当密封运转时，在动压效应的作用下使密封端面开启，形成气体动压膜，并通过箔片的自适应变形协调压力的分布，使干气密封的运转达到动态平衡。当发生外界扰动或工况突变时，坝区的箔片支承结构能发生相应形变增强抗冲击能力，从而有效地防止密封环的磨损和撞碎。
优选的：在环本体上开设“I”形槽8，用于固定所述外侧鼓泡箔片7、中部平箔片5、中部鼓泡箔片6、内侧鼓泡箔片2。均从环本体侧壁开的对应“I”形槽8插入，实现箔片的固定，这种安装方式可以方便更换发生磨损的箔片。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种耐高压低泄漏箔片端面气膜密封结构，包括动环和静环，密封结构设置在动环或是静环上；其特征在于：包括
环本体(2)，所述环本体(2)上由内向外依次设置有第一圆形凹面、第一圆形台阶、第二圆形凹面和第二圆形台阶；
第一密封坝(1)，所述第一密封坝(1)包括内侧鼓泡箔片(3)和第一环状盖体(9)；所述内侧鼓泡箔片(3)表面设置有凸起的鼓泡(4)，所述内侧鼓泡箔片(3)首尾相接沿周向分别均匀铺设在第一圆形凹面上，所述内侧鼓泡箔片(3)上方放置第一环状盖体(9)，
第二密封坝(25)，所述第二密封坝(25)包括外侧鼓泡箔片(7)和第二环状盖体(17)；所述外侧鼓泡箔片(7)表面设置有凸起的鼓泡(4)，所述外侧鼓泡箔片(7)沿周向分别均匀铺设在第二圆形凹面上，所述外侧鼓泡箔片(7)上方放置第二环状盖体(17)，所述第二环状盖体(17)上表面设有均匀分布的动压槽(10)，
中部箔片机构，所述中部箔片机构设置在第一圆形台阶上，所述中部箔片机构包括中部平箔片(5)和中部鼓泡箔片(6)；所述中部鼓泡箔片(6)表面设置有凸起的鼓泡(4)；中部平箔片(5)和中部鼓泡箔片(6)均是一端固定、另一端自由首尾沿周向铺设在第一圆形台阶上；所述中部鼓泡箔片(6)为多层，所述中部平箔片(5)铺在多层的中部鼓泡箔片(6)上方。
2.根据权利要求1所述的耐高压低泄漏箔片端面气膜密封结构，其特征在于：在第一圆形台阶内侧设有第一密封圈槽沟(11)，第一密封圈(14)安装于所述第一密封圈槽沟(11)内以使第一密封坝密封；
在第一圆形台阶外侧设有第二密封圈槽沟(12)；在第二圆形台阶内侧设有第三密封圈槽沟(13)，第二密封圈(15)安装于所述第二密封圈槽沟(12)内、第三密封圈(16)安装于所述第三密封圈槽沟(13)内以使第二密封坝密封。
3.根据权利要求1所述的耐高压低泄漏箔片端面气膜密封结构，其特征在于：还包括第一防转机构，所述第一防转机构包括第一防转槽(19)、第二防转槽(20)和第一防转销(23)；
所述第一防转槽(19)开设在所述第一环状盖体(9)的侧壁上；所述第二防转槽(20)开设在所述第一圆形台阶上；
所述第一防转销(23)的两端分别插入所述第一防转槽(19)和所述第二防转槽(20)使所述第一环状盖体(9)相对环本体(2)周向静止。
4.根据权利要求1所述的耐高压低泄漏箔片端面气膜密封结构，其特征在于：还包括第二防转机构，所述第二防转机构包括第三防转槽(21)、第四防转槽(22)和第二防转销(24)；
所述第三防转槽(21)开设在所述第一圆形台阶外侧；所述第四防转槽(22)开设子在所述第二环状盖体(17)上；
所述第二防转销(24)的两端分别插入所述第三防转槽(21)和所述第四防转槽(22)使所述第二环状盖体(17)相对环本体(2)周向静止。
5.根据权利要求1所述的耐高压低泄漏箔片端面气膜密封结构，其特征在于：所述第二密封坝(25)上表面与第一密封坝(1)上表面齐平；所述第一密封坝(1)上表面低于中部箔片机构上表面0.1～5μm。
6.根据权利要求1所述的耐高压低泄漏箔片端面气膜密封结构，其特征在于：所述第一圆形台阶上开设有沿圆周的泄气孔(18)，泄气孔(18)贯穿所述所述第一圆形台阶。
7.根据权利要求1所述的耐高压低泄漏箔片端面气膜密封结构，其特征在于：中部平箔片(5)固定端到自由端的圆周方向与气流的周向方向一致，顶层中部鼓泡箔片(6)的鼓泡(4)凸起高度沿固定端到自由端方向依次发生微米级的线性增高。
8.根据权利要求1所述的耐高压低泄漏箔片端面气膜密封结构，其特征在于：在环本体上开设“I”形槽(8)，用于固定所述外侧鼓泡箔片(7)、中部平箔片(5)、中部鼓泡箔片(6)、内侧鼓泡箔片(2)。
9.根据权利要求1所述的耐高压低泄漏箔片端面气膜密封结构，其特征在于：在稳定运转过程中，所述的环本体(2)在受到外界轴向方向的压力作用时，第一密封坝(1)轴向位移量不大于所述第二密封坝(25)轴向位移量。
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