CN113513593B - 具有耐磨抗冲击柔性密封端面的箔片端面气膜密封结构 - Google Patents

具有耐磨抗冲击柔性密封端面的箔片端面气膜密封结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了具有耐磨抗冲击柔性密封端面的箔片端面气膜密封结构，包括环本体，环本体上端面开设环形槽，环形槽外侧壁与外平台相接。环形槽底部铺设底部环形密封垫；在底部环形密封垫上、环形槽的径向上从内向外依次设置内径环形密封垫、内径夹板、刷丝束、密封片、外径夹板、外径环形密封垫以形成密封坝。密封片沿圆周方向开有缝隙，密封片为多层，相邻两层密封片之间的缝隙相错。在外平台上表面设置箔片端面机构。本发明具有耐磨抗冲击的柔性密封坝和开启性能优异的柔性箔片端面，能够通过整个密封端面的自适应变形有效的吸收冲击能，克服现有箔片端面气膜密封结构的缺陷，既保证了密封装置的端面抗冲击能力又保证了优异的密封性能。

Description

具有耐磨抗冲击柔性密封端面的箔片端面气膜密封结构
技术领域
本发明涉及机械密封结构领域，具体涉及一种具有耐磨抗冲击柔性密封端面的箔片端面气膜密封结构。
背景技术
随着世界各国工业的不断发展与进步，离心压缩机也在向大型化、复杂化发展，密封作为离心压缩机的核心技术，也在经受新的挑战，工业发展下的密封要经受高转速、高温、高压等复杂严峻工况的考验，才能保障工业技术的不断进步。
干气密封是一种以气体作为润滑介质的非接触式机械密封，以其优异的工作性能逐步取代了迷宫密封、刷式密封等，但随着高转速、大轴颈压缩机出现，干气密封的刚性表面在复杂工况下容易出现端面断裂、磨损严重等，造成密封件损坏。柔性端面气膜密封结构的柔性端面在受到冲击扰动时，端面柔性支撑产生形变吸收冲击能，达到保护密封件的目的。
目前的箔片端面气膜密封结构的箔片端面虽具有一定抗冲击的能力，但其刚性表面的密封坝在遇到冲击时，易出现密封坝端面断裂、严重磨损等情况，导致密封装置失效。
发明内容
本发明的目的是提供具有耐磨抗冲击柔性密封端面的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：
具有耐磨抗冲击柔性密封端面的箔片端面气膜密封结构，包括
环本体，所述环本体上端面开设环形槽，所述环形槽内侧壁与内平台相接，所述环形槽外侧壁与外平台相接。
所述环形槽底部铺设底部环形密封垫；在所述底部环形密封垫上、所述环形槽的径向上从内向外依次设置内径环形密封垫、内径夹板、刷丝束、密封片、外径夹板、外径环形密封垫。
所述密封片沿圆周方向开有缝隙，所述密封片为多层，相邻两层密封片之间的缝隙相错。
刷丝束和密封片上表面共同形成密封坝。
在所述外平台上表面设置箔片端面机构。
优选的：所述环形槽的外侧壁上开设安装腔，螺纹孔贯穿所述外接平台至所述安装腔；第一定位块嵌入安装腔与外径环形密封垫相抵；第一螺钉前端经过螺纹孔与定位块相抵。
优选的：所述缝隙包括竖缝和横缝，横缝在竖缝下方与竖缝连通以形成“L”形缝隙，其中竖缝的宽度在0.1～1mm，相邻两密封片的竖缝长度不同。
优选的：多层所述密封片的厚度不同，厚度差为1～2倍。所述密封片为八层。其中位于外径侧第五到第八密封片厚度相同，第一到第四密封片厚度相同；第五密封片厚度大于第一密封片厚度1-2倍。
优选的：所述密封片的上端面与刷丝束的上端面齐平。
优选的：所述刷丝束的刷丝呈顺时针倾斜，倾斜的角度范围在15°～75°。
优选的：与所述刷丝束相对应环的表面涂有耐磨涂料，形成刷丝跑道。
优选的：所述箔片端面机构包括平箔片和波箔片；波箔片首尾相连地平铺在外平台上，平箔片在波箔片之上首尾相连地平铺在外平上；所述的平箔片和波箔片都是一端固定，另一端自由。
优选的：所述平箔片自由端的上端面不低于密封片的上端面；所述平箔片固定端的上端面低于密封片的上端面。
优选的：所述平箔片自由端的上端面高于所述密封片的上端面0.1～3μm，所述平箔片固定端的上端面低于所述密封片的上端面1～20μm。
本发明的技术效果是：
本发明具有耐磨抗冲击的柔性密封坝和开启性能优异的柔性箔片端面，能够通过整个密封端面的自适应变形有效的吸收冲击能，克服现有箔片端面气膜密封结构的缺陷，既保证了密封装置的端面抗冲击能力又保证了优异的密封性能。
本发明的柔性端面气膜密封结构能够较好的适应外界扰动和工况改变带来的影响，具有较高的稳定性、可靠性、耐高温、耐摩擦、寿命长等优点，在现代工业体系中具有优良的应用背景。
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为本发明的三维爆炸示意图。
图3为本发明的柔性密封端面示意图，
图4为本发明柔性密封端面零件排布位置细节图；
图5为本发明的剖面结构示意图。
图6是图5的局部放大示意图。
图7为本发明的环本体的示意图。
图8为本发明的平箔片的示意图。
图9为本发明的波箔片的示意图。
图10为本发明的密封片(以第一密封片11为例)的示意图，
图11为图10的密封片变形后结构示意图，
图12是图10中密封片变形前的局部缝隙放大图
图13为图11中密封片变形后的局部缝隙放大图。
图14为本发明的刷丝束的示意图。
图15为本发明的径向环形密封垫的示意图，
图16为本发明的底部环形密封垫的示意图。
图17为本发明的夹板的示意图。
图18为环形槽内部零件安装方式示意图。
图19为波箔片、平箔片安装方式示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1—环本体；2—平箔片；3—波箔片；4—刷丝束；5—底部环形密封垫；6—内径环形密封垫；7—外径环形密封垫；8—内径夹板；9—外径夹板；10—缝隙；11-18—第一密封片到第八密封片；19—第二安装腔；20—第一螺纹孔；21—外平台；22—环形槽；23—“T”型槽；24—第一安装腔；25—密封坝；26—第一螺钉；27—第一定位块；28—第二螺钉；29—第二定位块。
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13所示。具有耐磨抗冲击柔性密封端面的箔片端面气膜密封结构。包括：
环本体1，所述环本体1上端面开设环形槽22，所述环形槽22内侧壁与内平台相接，所述环形槽22外侧壁与外平台21相接。
所述环形槽22底部铺设底部环形密封垫5；在所述底部环形密封垫5上、所述环形槽22的径向上从内向外依次设置内径环形密封垫6、内径夹板8、刷丝束4、密封片、外径夹板9、外径环形密封垫7。所述刷丝束4为若干根规格相同的刷丝在环形槽22内紧密排列，所述刷丝束4与环本体1同心，所述刷丝束4具有优异的密封性和柔性。所述密封片为八层，第一密封片11到第八密封片18。相邻两层密封片之间的缝隙10相错。所述密封片沿圆周方向开有缝隙10，在某些实施例中：所述缝隙10包括竖缝和横缝，横缝在竖缝下方与竖缝连通以形成“L”形缝隙，其中竖缝的宽度在0.1～1mm，相邻两密封片的竖缝长度不同；竖缝长度的高度差在1～2mm，可以有效的保证所述八片密封片在安装时沿内外径方向缝隙10不连通。
刷丝束4和密封片上表面共同形成密封坝25。阻碍介质沿环本体1径向和密封端面的泄漏。
在所述外平台21上表面设置箔片端面机构。
在某些实施例中：所述箔片端面机构包括平箔片2和波箔片3；波箔片3首尾相连地平铺在外平台21上，平箔片2在波箔片3之上首尾相连地平铺在外平台21上；所述的平箔片2和波箔片3都是一端固定，另一端自由。
在环本体上固定的一端对应位置开有垂直于环平台端面的第二缝隙，第二缝隙底部与第二安装腔19连通形成“T”形槽23；所述平箔片和波箔片的固定端延伸段插入所述缝隙；通过第二螺钉28压紧第二安装腔19内的第二定位块29，所述第二定位块29上端面紧紧将平箔片和波箔片的固定端延伸段压在第二安装腔的顶部。这种安装方式在更换内部零件时更为简便，易操作。
在某些实施例中：所述平箔片2自由端的上端面不低于(齐平或是高于)密封片的上端面；所述平箔片2固定端的上端面低于密封片的上端面。
密封端面(密封坝和箔片端面机构)内侧的密封坝采用多个密封片和刷丝束组合的方式，实现柔性变形端面，各密封片上均匀开有相同形状大小的“L”型缝隙，“L”型缝隙为密封片的轴向和周向变形提供空间，保证密封端面抗冲击能力；缝隙将密封片分割成若干个独立承载单元，当气膜压力变化时，各单元独立发生变形，保证密封运行的稳定性、可靠性、自适应性；同时，安装时各个密封片缝隙均匀错开，能够有效阻挡介质沿密封端面和底部泄漏，刷丝束的柔性材料和刷丝紧密压实为刷丝束提供了柔性和密封性。
另外，密封端面外侧的箔片端面机构采用分割成一个个独立单元的波箔片作为弹性支承，独立的单元有利于密封运行时波箔片在热变形和挤压作用下能独立工作，减小交互影响，各独立单元的变形能力由波箔片的刚度决定，当气膜压力变化时，各独立单元产生相应变形，适应工况的变化。
综上，采用了箔片、密封片、刷丝束组合构成的柔性端面气膜密封结构，能够各自变形以适应密封端面间的各种工况变化，稳定高效的实现密封端面间的膜厚-膜压动态平衡，有利于提高密封运转的稳定性、抗冲击能力、延长密封使用寿命。
与传统干气密封和早期箔片密封相比，本发明在复杂工况下具备更优异的稳定性、耐高温高压、抗冲击、可持续运转能力。
在某些实施例中：所述环形槽22的外侧壁上开设安装腔24，螺纹孔贯穿所述外接平台21至所述安装腔24；第一定位块27嵌入安装腔24与外径环形密封垫7相抵；第一螺钉26前端经过第一螺纹孔20与定位块27相抵。第一定位块27内径侧端面将环形槽22内的密封片(在这里是第一密封片11到第八密封片18)、刷丝束4、内径环形密封垫6、外径向密封环形密封垫7、内径夹板8、外径夹板9向环形槽22的内径方向压紧，阻碍介质从零件内壁泄漏，这种安装方式在更换内部零件时更为简便，易操作。
在某些实施例中：多层所述密封片的厚度不同，厚度差为1～2倍。外径侧密封片15-18(在这里是第五密封片15到第八密封片18)厚度大于内径侧密封片11-14(在这里是第一密封片11到第四密封片14)厚度1-2倍。这样当外径高压时提供更大的支撑刚度，保持密封片发端面变形协调一致性。
在某些实施例中：所述密封片的上端面与刷丝束4的上端面齐平。在密封停转时能有效支撑相对的密封环。
在某些实施例中：为了提供更好的柔顺性，所述刷丝束4的刷丝呈顺时针或逆时针倾斜，倾斜的角度范围在15°～75°。
在某些实施例中：与所述刷丝束4相对应环的表面涂有耐磨涂料，形成刷丝跑道。即当本密封结构安装在静环上时，耐磨涂料对应的涂在动环上，形成刷丝跑道；而当本密封结构安装在动环上时，耐磨涂料对应的涂在静环上形成刷丝跑道。形成刷丝跑道，减少刷丝束以及相对密封环端面的磨损，延长密封装置寿命。
在某些实施例中：所述平箔片2自由端的上端面高于所述密封片的上端面0.1～3μm，所述平箔片2固定端的上端面低于所述密封片的上端面1～20μm。所以，所述波箔片3和平箔片2承担主要支撑作用，保护密封坝不受损坏，同时，在波箔片3和平箔片2支撑失效时，密封坝25也具有柔性抗冲击能力，保护密封坝25不受损坏，继而达到密封效果。
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 (10)

1.具有耐磨抗冲击柔性密封端面的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(1)，所述环本体(1)上端面开设环形槽(22)，所述环形槽(22)内侧壁与内平台相接，所述环形槽(22)外侧壁与外平台(21)相接；
所述环形槽(22)底部铺设底部环形密封垫(5)；在所述底部环形密封垫(5)上、所述环形槽(22)的径向上从内向外依次设置内径环形密封垫(6)、内径夹板(8)、刷丝束(4)、密封片、外径夹板(9)、外径环形密封垫(7)；
所述密封片沿圆周方向开有缝隙(10)，所述密封片为多层，相邻两层密封片之间的缝隙(10)相错；
刷丝束(4)和密封片上表面共同形成密封坝(25)；
在所述外平台(21)上表面设置箔片端面机构。
2.根据权利要求1所述的具有耐磨抗冲击柔性密封端面的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：所述环形槽(22)的外侧壁上开设安装腔(24)，螺纹孔贯穿外接平台(21)至所述安装腔(24)；第一定位块(27)嵌入安装腔(24)与外径环形密封垫(7)相抵；第一螺钉(26)前端经过螺纹孔与定位块(27)相抵。
3.根据权利要求1所述的具有耐磨抗冲击柔性密封端面的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：所述缝隙(10)包括竖缝和横缝，横缝在竖缝下方与竖缝连通以形成“L”形缝隙，其中竖缝的宽度在0.1～1mm，相邻两密封片的竖缝长度不同。
4.根据权利要求1所述的具有耐磨抗冲击柔性密封端面的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：多层所述密封片的厚度不同，厚度差为1～2倍。
5.根据权利要求1所述的具有耐磨抗冲击柔性密封端面的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：所述密封片的上端面与刷丝束(4)的上端面齐平。
6.根据权利要求1所述的具有耐磨抗冲击柔性密封端面的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：所述刷丝束(4)的刷丝呈倾斜，倾斜的角度范围在15°～75°。
7.根据权利要求1所述的具有耐磨抗冲击柔性密封端面的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：与所述刷丝束(4)相对应环的表面涂有耐磨涂料，形成刷丝跑道。
8.根据权利要求1所述的具有耐磨抗冲击柔性密封端面的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：所述箔片端面机构包括平箔片(2)和波箔片(3)；波箔片(3)首尾相连地平铺在外平台(21)上，平箔片(2)在波箔片(3)之上首尾相连地平铺在外平台(21)上；所述的平箔片(2)和波箔片(3)都是一端固定，另一端自由。
9.根据权利要求8所述的具有耐磨抗冲击柔性密封端面的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：所述平箔片(2)自由端的上端面不低于密封片的上端面；所述平箔片(2)固定端的上端面低于密封片的上端面。
10.根据权利要求8所述的具有耐磨抗冲击柔性密封端面的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：所述平箔片(2)自由端的上端面高于所述密封片的上端面0.1～3μm，所述平箔片(2)固定端的上端面低于所述密封片的上端面1～20μm。
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Numerical Evaluation of Rotordynamic Coefficients for compliant foil gas seal;Xueliang Wang;《applied sciences》;全文 *

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