CN113513594A - 具有动压浮动密封坝的箔片端面气膜密封结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开具有动压浮动密封坝的箔片端面气膜密封结构，包括环本体，环本体上端面上开设环形凹槽；的环形凹槽将环本体上端面分为内环面和外环面。中部鼓泡箔片，中部鼓泡箔片上表面设置鼓泡凸起，每一中部鼓泡箔片两端固定，若干中部鼓泡箔片首尾相接地铺设在环形凹槽上，中部鼓泡箔片纵向铺设多层。环状盖体，环状盖体插入环形凹槽将多层中部鼓泡箔片盖住以形成密封坝。环形凹槽的内侧壁上设置第一密封圈槽沟，环形凹槽的外侧壁上设置第二密封圈槽沟。内环面上设置内箔片机构；外环面上设置外箔片机构。本发明中将密封坝设计为浮动形式，使密封坝具有良好的自适应能力。浮动密封坝开设有动压槽，提升了弹性箔片端面气膜密封的开启特性和稳定性。

Description

具有动压浮动密封坝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技术领域，具体涉及一种具有动压浮动密封坝的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。
但是在现有技术中干气密封结构的坝区是刚性结构，其在密封工作时，坝区常常发生磨损、破裂致使密封失效。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有动压浮动密封坝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：
具有动压浮动密封坝的箔片端面气膜密封结构，包括
环本体，所述环本体上端面上开设环形凹槽；所述的环形凹槽将环本体上端面分为内环面和外环面。
中部鼓泡箔片，中部鼓泡箔片上表面设置鼓泡凸起，每一所述中部鼓泡箔片两端固定，若干中部鼓泡箔片首尾相接地铺设在所述环形凹槽上，中部鼓泡箔片纵向铺设多层。
环状盖体，所述环状盖体插入所述环形凹槽并置于多层中部鼓泡箔片之上，所述中部鼓泡箔片与所述环状盖体组合形成密封坝。
所述环形凹槽的内侧壁上设置第一密封圈槽沟，第一密封圈安装于所述第一密封圈槽沟中；所述环形凹槽的外侧壁上设置第二密封圈槽沟；第二密封圈安装于所述第二密封圈槽沟中。
所述内环面上设置内箔片机构；所述外环面上设置外箔片机构。
进一步的：所述环形凹槽内侧壁上设置第一防转槽；所述环状盖体内侧壁上与第一防转槽相对应设置第二防转槽，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环状盖体与所述环形凹槽相对静止。
进一步的：所述环形凹槽的内径壁上开设贯穿的泄气孔，所述泄气孔均匀分布。
进一步的：所述环状盖体上表面开有动压槽；所述动压槽均匀分布。
进一步的：所述内箔片机构包括内侧鼓泡箔片和内侧平箔片。所述内侧鼓泡箔片上设有若干鼓泡凸起。内侧平箔片和内侧鼓泡箔片都是一端固定，另一端自由。内侧鼓泡箔片和内侧平箔片在内环面上纵向交替排列。
进一步的：所述内环面的上端面上设置内缝隙，所述内侧鼓泡箔片和内侧平箔片具有向下的延伸部，延伸部插入内缝隙。
进一步的：所述外箔片机构包括外侧鼓泡箔片和外侧平箔片。所述外侧鼓泡箔片上设有若干鼓泡凸起。外侧平箔片和外侧鼓泡箔片都是一端固定，另一端自由。外侧鼓泡箔片和外侧平箔片在外环面上纵向交替排列。
进一步的：所述外环端面上设置外缝隙，所述内侧鼓泡箔片和内侧平箔片具有向下的延伸部，延伸部插入外缝隙。
进一步的：所述每一内侧鼓泡箔片和每一外侧鼓泡箔片上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。
进一步的：所述内箔片机构上表面低于密封坝上表面0.2～3μm；所述外箔片机构上表面高于密封坝上表面0.5～2μm。
本发明的技术效果是：
本发明中将密封坝设计为浮动形式，使密封坝具有良好的自适应能力。浮动密封坝开设有动压槽，提升了弹性箔片端面气膜密封的开启特性和稳定性。内外双箔片结构，在运行过程中产生协同作用，更好地提升密封的抗干扰能力。
本发明尤其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为本发明结构的三维安装示意图。
图2为本发明结构的三维爆炸示意图。
图3为本发明装配体的俯视图。
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为本发明结构的环体轴测图。
图7为本发明结构的环状盖体主视图。
图8为本发明结构的中部箔片轴测图。
图9为本发明结构的外侧箔片轴测图。
图10为本发明结构的外侧箔片爆炸示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：1-密封坝；2-密封环；3-内侧平箔片；4-内侧鼓泡箔片；5-鼓泡；6-中部鼓泡箔片；7-外侧平箔片；8-外侧鼓泡箔片；9-“I”形槽(缝隙)；10-环状盖体；11-动压槽；12-第一密封圈槽沟；13-第二密封圈槽沟；14-第一密封圈；15-第二密封圈；16-泄气孔；17-第一防转槽；18-第二防转槽；19-防转销。
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。
具有动压浮动密封坝的箔片端面气膜密封结构，包括
环本体2，所述环本体上端面上开设环形凹槽；所述的环形凹槽将环本体2上端面分为内环面和外环面。
中部鼓泡箔片6，中部鼓泡箔片6上表面设置鼓泡凸起5，每一所述中部鼓泡箔片6两端固定，若干中部鼓泡箔片6首尾相接地铺设在所述环形凹槽上，中部鼓泡箔片6纵向铺设多层。
环状盖体10，所述环状盖体10插入所述环形凹槽并置于多层中部鼓泡箔片6之上，所述中部鼓泡箔片6与所述环状盖体10组合形成密封坝1。
所述环形凹槽的内侧壁上设置第一密封圈槽沟12，第一密封圈14安装于所述第一密封圈槽沟12中。所述环形凹槽的外侧壁上设置第二密封圈槽沟13，第二密封圈15安装于所述第二密封圈槽沟13中。通过第一密封圈14和第二密封圈15实现环体2与环状盖体10之间的密封，以防止高压流体沿密封坝内、外壁面泄漏。
所述内环面上设置内箔片机构；所述外环面上设置外箔片机构。
在某些实施例中：所述内箔片机构包括内侧鼓泡箔片4和内侧平箔片3。所述内侧鼓泡箔片4上设有若干鼓泡凸起5。内侧平箔片3和内侧鼓泡箔片4都是一端固定，另一端自由。内侧鼓泡箔片4和内侧平箔片3在内环面上纵向交替排列。
在某些实施例中：所述内环面的上端面上设置内缝隙(在这里是以“I”形槽9来表现)，所述内侧鼓泡箔片4和内侧平箔片3具有向下的延伸部，延伸部插入内缝隙。
在某些实施例中：所述外箔片机构包括外侧鼓泡箔片8和外侧平箔片7。所述外侧鼓泡箔片8上设有若干鼓泡凸起5。外侧平箔片7和外侧鼓泡箔片8都是一端固定，另一端自由。外侧鼓泡箔片8和外侧平箔片7在外环面上纵向交替排列。
在某些实施例中：所述外环端面上设置外缝隙，所述内侧鼓泡箔片4和内侧平箔片3具有向下的延伸部，延伸部插入外缝隙。
本申请中将密封坝设计为浮动的形式，其中多层鼓泡箔片构成的弹性支承结构能产生多重适应性刚度，扩大了密封结构的刚度变化范围，改善了刚独特性；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，从而减少密封环的磨损、撞碎。
另外在密封坝的内、外圈分别设置有箔片机构，整体与浮动密封坝共同形成内外双作用式箔片端面气膜密封结构，内、外圈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；而内外双作用弹性箔片端面结构产生的动压效应产生的协同作用，能显著提高气膜密封的动态特性。
与传统的干气密封相比，抗冲击坝区的弹性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。
在本发明中的端面密封在稳定运转过程中所述的密封坝1沿轴向方向的位移量可达到0.5～10μm，密封效果稳定。
在某些实施例中：所述环形凹槽内侧壁上设置第一防转槽17(开设深度为1～2mm)；所述环状盖体10内侧壁上与第一防转槽17相对应设置第二防转槽18(开设深度为1～2mm)，防转销19的两端分别插入所述第一防转槽17和所述第二防转槽18使所述环状盖体10与所述环形凹槽相对静止。优选的是，要求第一防转槽17和第二防转槽18大小一致，第二防转槽高度18大于第一防转槽17。
在这里可以有效的避免环状盖体10发生相对旋转，让密封效果稳定。
在某些实施例中：所述环形凹槽的内径壁上开设贯穿的泄气孔16。优选的是，所述泄气孔16均匀分布。使得泄漏进密封坝内部的高压气体排泄到内径出。
在某些实施例中：所述环状盖体10上表面开有动压槽11。优选的是，所述动压槽11是单向槽；所述动压槽11均匀分布。动压槽11具有输送效应和台阶效应使气膜产生动压并被进一步压缩；提高密封稳定性。
在某些实施例中：所述每一内侧鼓泡箔片4和每一外侧鼓泡箔片8上的鼓泡凸起5高度沿固定端到自由端方向依次发生微米级的线性增高。
外侧平箔片7、内侧平箔片3固定端到自由端的圆周方向与气流的周向方向一致，鼓泡箔片(内侧鼓泡箔片4和外侧鼓泡箔片8)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，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。
在某些实施例中：所述内箔片机构上表面低于密封坝1上表面0.2～3μm；所述外箔片机构上表面高于密封坝1上表面0.5～2μm。
端面密封在稳定运转过程中，所述的密封环在受到外界轴向方向的压力作用时，所述的内侧箔片端面结构轴向方向的压缩变形量为0.2～7μm，所述的外侧箔片端面结构轴向方向的压缩变形量为0.5～12μm；配合柔性密封坝1(轴向位移量可达到0.5～10μm)结构，保证弹性箔片端面气膜密封发挥完全的自适应性能，增加抗冲击能力。
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。此外两列箔片气膜密封结构产生协同效应，显著提高密封的动态特性；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。
安装时，外侧平箔片7、外侧鼓泡箔片8、中部鼓泡箔片6、内侧平箔片3、内侧鼓泡箔片4的固定端的延伸端，均从密封环上端面开的对应的“I”形槽9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 (10)

1.具有动压浮动密封坝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(2)，所述环本体上端面上开设环形凹槽；所述的环形凹槽将环本体(2)上端面分为内环面和外环面；
中部鼓泡箔片(6)，中部鼓泡箔片(6)上表面设置鼓泡凸起(5)，每一所述中部鼓泡箔片(6)两端固定，若干中部鼓泡箔片(6)首尾相接地铺设在所述环形凹槽上，中部鼓泡箔片(6)纵向多层铺设；
环状盖体(10)，所述环状盖体(10)插入所述环形凹槽并置于多层中部鼓泡箔片(6)之上，所述中部鼓泡箔片(6)与所述环状盖体(10)组合形成密封坝(1)；
所述环形凹槽的内侧壁上设置第一密封圈槽沟(12)，第一密封圈(14)安装于所述第一密封圈槽沟(12)中；所述环形凹槽的外侧壁上设置第二密封圈槽沟(13)，第二密封圈(15)安装于所述第二密封圈槽沟(13)中；
所述内环面上设置内箔片机构；
所述外环面上设置外箔片机构。
2.根据权利要求1所述的具有动压浮动密封坝的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：
所述环形凹槽内侧壁上设置第一防转槽(17)；
所述环状盖体(10)内侧壁上与第一防转槽(17)相对应设置第二防转槽(18)；
防转销(19)的两端分别插入所述第一防转槽(17)和所述第二防转槽(18)使所述环状盖体(10)与所述环形凹槽相对静止。
3.根据权利要求1所述的具有动压浮动密封坝的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：所述环形凹槽的内径壁上开设贯穿的泄气孔(16)。
4.根据权利要求1所述的具有动压浮动密封坝的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：所述环状盖体(10)上表面开有动压槽(11)。
5.根据权利要求1所述的具有动压浮动密封坝的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：
所述内箔片机构包括内侧鼓泡箔片(4)和内侧平箔片(3)，
所述内侧鼓泡箔片(4)上设有若干鼓泡凸起(5)；
内侧平箔片(3)和内侧鼓泡箔片(4)都是一端固定，另一端自由；
内侧鼓泡箔片(4)和内侧平箔片(3)在内环面上纵向交替排列。
6.根据权利要求5所述的具有动压浮动密封坝的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：所述内环面的上端面上设置内缝隙，所述内侧鼓泡箔片(4)和内侧平箔片(3)具有向下的延伸部，延伸部插入内缝隙。
7.根据权利要求5或6所述的具有动压浮动密封坝的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：
所述外箔片机构包括外侧鼓泡箔片(8)和外侧平箔片(7)；
所述外侧鼓泡箔片(8)上设有若干鼓泡凸起(5)；
外侧平箔片(7)和外侧鼓泡箔片(8)都是一端固定，另一端自由；
外侧鼓泡箔片(8)和外侧平箔片(7)在外环面上纵向交替排列。
8.根据权利要求7所述的具有动压浮动密封坝的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：所述外环端面上设置外缝隙，所述内侧鼓泡箔片(4)和内侧平箔片(3)具有向下的延伸部，延伸部插入外缝隙。
9.根据权利要求8所述的具有动压浮动密封坝的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：所述每一内侧鼓泡箔片(4)和每一外侧鼓泡箔片(8)上的鼓泡凸起(5)高度沿固定端到自由端方向依次发生微米级的线性增高。
10.根据权利要求1所述的具有动压浮动密封坝的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：所述内箔片机构上表面低于密封坝(1)上表面0.2～3μm；所述外箔片机构上表面高于密封坝(1)上表面0.5～2μm。
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