CN204729630U - 一种可双向旋转的箔片端面气膜密封结构 - Google Patents

Abstract

可双向旋转的箔片端面气膜密封结构，包括气膜密封的动环和静环；所述动环或静环的密封端面设有可双向旋转的箔片，包括圆环状的环本体1、箔片2、弹性垫3，所述环本体1的内侧高起、形成圆环台阶，所述圆环台阶的顶面形成密封坝5；若干个弹性垫3沿圆周依次铺设在所述圆环台阶的底面上；所述弹性垫3固定在环本体1上，每个弹性垫3的上面均覆盖一块箔片2，所述箔片2两端均固定在环本体上；所述箔片2上表面为径向中分对称结构的曲面，所述密封坝平面高于箔片上表面的最低面，且低于最高面。

Description

一种可双向旋转的箔片端面气膜密封结构

(一)技术领域

本实用新型涉及机械端面密封结构设计技术领域，具体涉及一种可双向旋转的箔片端面气膜密封结构，特别适用于各种高速旋转机械转轴的轴端气膜密封装置。

(二)背景技术

端面气膜密封又称干气密封，是一种新型的机械密封形式，目前干气密封以其低泄漏、低功耗、长寿命等优越的性能被广泛运用于压缩机、泵、反应釜等旋转机械的轴端密封，但随着现代工业和航天航空的快速发展，要求干气密封运用环境向高参数(高速、高压、高温等)或变工况条件发展，然而目前传统干气密封在高参数或变工况条件下表现出了众多的不足：在高速或变工况条件下，传统干气密封很容易发生失稳，其膜厚也很难控制；在高温条件下，传统干气密封端面变形严重，易导致端面动压槽磨损而造成干气密封的失效。

针对以上问题，研究者们提出自适应可控机械密封的概念，然而目前国内这方面的研究主要集中在根据膜厚、端面温度等反馈信号，通过一定的执行机构调整控制端面膜厚、密封相态及端面比压等上，而从改变密封环结构方面来提高机械密封的自适应能力方面的研究相对较少。箔片结构作为一种自适应结构早在1928年就出现在径向轴承的设计中，由于箔片轴承具有动态稳定性好、耐高温、耐冲击振动等优点而快速发展并得到了广泛的应用。

借鉴箔片在轴承上的成功应用，部分研究者提出发展箔片端面气膜密封，箔片端面气膜密封不需要额外的辅助执行机构即可自我控制膜厚，其原理为：当密封工况发生变化或受到外界扰动时，密封端面膜厚发生变化，而膜厚变化又影响密封端面的压力分布，端面压力的改变又反过来影响箔片的弹性变形进而影响膜厚变化，如此实现膜厚变化与膜压变化的动态平衡，最终实现密封在变工况条件或受外界扰动时膜厚在很小的范围内变化并达到动态平衡。

目前已出现箔片端面气膜密封的相关报道，但所提出的箔片端面气膜密封结构多为单向旋转形式，而在工程实际中，很多旋转机械在一些特殊情况下会发生反转，此时单向旋转形式的箔片端面气膜密封的两密封端面会吸紧在一起发生剧烈的干摩擦，严重时会导致密封环碎裂而使整个机组受到破坏，最终引发严重事故。

(三)发明内容

本实用新型要克服传统干气密封和现有箔片端面气膜密封的不足，提供一种高速动态稳定性好、泄漏率低、耐冲击振动并且可实现双向旋转的箔片端面气膜密封结构。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

可双向旋转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：所述动环或静环的密封端面设有可双向旋转的箔片，包括圆环状的环本体1、箔片2、弹性垫3，所述环本体1的内侧高起、形成圆环台阶，所述圆环台阶的顶面形成密封坝5；若干个弹性垫3沿圆周依次铺设在所述圆环台阶的底面上；所述弹性垫3固定在环本体1上，每个弹性垫3的上面均覆盖一块箔片2，所述箔片2两端均固定在环本体上；所述箔片2上表面为径向中分对称结构的曲面，所述密封坝平面高于箔片上表面的最低面，且低于最高面。

进一步，所述的箔片2和弹性垫3以如下结构固定在环本体1上：

所述圆环台阶的底面的外侧开有垂直于环本体端面的径向沟槽11，所述箔片2的固定端21、弹性垫3的固定端31分别镶嵌在对应的径向沟槽11中；所述箔片2的固定端21的外侧设有径向的第一卡槽22，弹性垫3的固定端31的外侧设有径向的第二卡槽32；

所述环本体的侧面上内凹的环槽12，环槽12垂直穿过径向沟槽11；所述的环槽12内设有环状的卡簧4，卡簧4穿过所述的第一卡槽22、第二卡槽32，将箔片2和弹性垫3勒紧在环本体1上。

进一步，所述弹性垫的材料可以是橡胶，弹性树脂。

进一步，所述密封坝平面高于箔片上表面上沿所述环本体的轴向方向的最低处3～20μm，优化范围为5～10μm，所述密封坝平面低于箔片上表面上沿所述环本体的轴向方向的最高处0.1～10μm，优化范围为1～3μm。

本实用新型具有以下有益效果：

箔片和弹性垫紧贴，一方面减少了气体的泄漏通道，提高了密封性能，另一方面，高压气体很难作用于箔片背面，大幅降低了箔片背压，利于端面开启；箔片与弹性垫配合共同适应气膜压力变化并产生相应变形，既提高了高速运行动态稳定性，又可适应更大的轴向冲击振动；对称的箔片结构使密封可同时适应单向、双向旋转。因此该结构箔片端面气膜密封具有密封性能好，端面易开启，耐高压、高温、高转速、高冲击振动和可双向旋转的优点。

(四)附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的环本体的示意图。

图3为本实用新型的箔片的示意图。

图4为本实用新型的弹性垫的示意图。

图5为本实用新型的卡簧的示意图。

图6为本实用新型的箔片和弹性垫安装方式的示意图。

其中：

1-环本体；2-箔片；3-弹性垫；4-卡簧；5密封坝。

(五)具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明。

参照图1至图6所示，可双向旋转的箔片端面气膜密封结构，包括气膜密封的动环和静环；所述动环或静环的密封端面设有可双向旋转的箔片，包括圆环状的环本体1、箔片2、弹性垫3，所述环本体1的内侧高起、形成圆环台阶，所述圆环台阶的顶面形成密封坝5；若干个弹性垫3沿圆周依次铺设在所述圆环台阶的底面上；所述弹性垫3固定在环本体1上，每个弹性垫3的上面均覆盖一块箔片2，所述箔片2两端均固定在环本体上；所述箔片2上表面为径向中分对称结构的曲面，所述密封坝平面高于箔片上表面的最低面，且低于最高面。

所述的箔片2和弹性垫3以如下结构固定在环本体1上：所述圆环台阶的底面的外侧开有垂直于环本体端面的径向沟槽11，所述箔片2的固定端21、弹性垫3的固定端31分别镶嵌在对应的径向沟槽11中；所述箔片2的固定端21的外侧设有径向的第一卡槽22，弹性垫3的固定端31的外侧设有径向的第二卡槽32；

所述环本体的侧面上内凹的环槽12，环槽12垂直穿过径向沟槽11；所述的环槽12内设有环状的卡簧4，卡簧4穿过所述的第一卡槽22、第二卡槽32，将箔片2和弹性垫3勒紧在环本体1上。

所述密封坝5平面高于箔片2上表面上沿所述环本体1的轴向方向的最低处3～20μm，优化范围为5～10μm，所述密封坝5平面低于箔片2上表面上沿所述环本体1的轴向方向的最高处0.1～10μm，优化范围为1～3μm。

当密封停止运转时，箔片2和弹性垫3在闭合力作用下发生弹性变形，从而保证密封端面完全闭合，当密封运转后，预先发生微量变形的箔片2和弹性垫3提供一定的支承力，易于端面开启，同时箔片2和弹性垫3的回弹作用进一步提高了气膜刚度，有利于密封开启阶段的稳定运行；箔片2上表面存在微小的高度差，从而形成了预楔角，在密封运转时，由于气体压缩作用能在箔片2表面上产生一定的气体动压效应。

本说明书实施例所述内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也包括本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (2)

1.可双向旋转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：所述动环或静环的密封端面设有可双向旋转的箔片，包括圆环状的环本体(1)、箔片(2)、弹性垫(3)，所述环本体(1)的内侧高起、形成圆环台阶，所述圆环台阶的顶面形成密封坝(5)；若干个弹性垫(3)沿圆周依次铺设在所述圆环台阶的底面上；所述弹性垫(3)固定在环本体(1)上，每个弹性垫(3)的上面均覆盖一块箔片(2)，所述箔片(2)两端均固定在环本体上；所述箔片(2)上表面为径向中分对称结构的曲面，所述密封坝平面高于箔片上表面的最低面，且低于最高面。

2.如权利要求1所述的可双向旋转的箔片端面气膜密封结构，其特征在于：所述的箔片(2)和弹性垫(3)以如下结构固定在环本体(1)上：

所述圆环台阶的底面的外侧开有垂直于环本体端面的径向沟槽(11)，所述箔片(2)的固定端(21)、弹性垫(3)的固定端(31)分别镶嵌在对应的径向沟槽(11)中；所述箔片(2)的固定端(21)的外侧设有径向的第一卡槽(22)，弹性垫(3)的固定端(31)的外侧设有径向的第二卡槽(32)；

所述环本体的侧面上内凹的环槽(12)，环槽(12)垂直穿过径向沟槽(11)；所述的环槽(12)内设有环状的卡簧(4)，卡簧(4)穿过所述的第一卡槽(22)、第二卡槽(32)，将箔片(2)和弹性垫(3)勒紧在环本体(1)上。