CN216812853U - 一种仿y字型槽的干气密封结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种仿Y字型槽的干气密封结构，涉及流体动密封技术领域，包括动环和静环，在动环密封端面上沿周向均匀分布若干自高压侧开口的动压槽，所述动压槽包括沿径向开设的主槽体，以及位于所述主槽体远离所述高压侧一端的第一副槽体和第二副槽体，所述第一副槽体和所述第二副槽体之间存在夹角，且与所述主槽体连通，所述夹角为锐角。以解决现有技术中干气密封在不同的工况下的气动性能表现不佳、运行稳定性不足等问题，实现拓宽非接触式干气密封的应用范围的目的。

Description

一种仿Y字型槽的干气密封结构

技术领域

本实用新型涉及流体动密封技术领域，具体地，涉及一种仿Y字型槽的干气密封结构。

背景技术

在流体密封领域，各种机械装备朝着高转速和高压的方向发展，旋转机械的轴端密封问题越来越凸显其重要性。传统的迷宫密封、刷式密封等密封方式难以适用于高温、高压、高转速的场合。作为一种非接触式密封，干气密封有着泄漏量低、磨损小、寿命长等显著优势，成为旋转机械轴端密封的最佳选择。但是在实际运行过程中，对于单向槽型而言，由于特定的旋向和较少的槽根处，使得干气密封在机械设备启停阶段会存在动压开启效应不强、端面温度过高、泄漏量大、槽型复杂导致加工困难等缺点。同时，干气密封进行工作的时候，槽深、槽数、槽宽比和槽型对端面干气密封系统的转速、压强、气膜厚度会产生影响。因此，如何在不同工况下保证整个密封系统的稳定运行，拓宽非接触式干气密封的应用范围是一个需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种仿Y字型槽的干气密封结构，以解决现有技术中干气密封在不同的工况下的气动性能表现不佳、运行稳定性不足等问题，实现拓宽非接触式干气密封的应用范围的目的。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种仿Y字型槽的干气密封结构，包括动环和静环，在动环密封端面上沿周向均匀分布若干自高压侧开口的动压槽，所述动压槽包括沿径向开设的主槽体，以及位于所述主槽体远离所述高压侧一端的第一副槽体和第二副槽体，所述第一副槽体和所述第二副槽体之间存在夹角，且与所述主槽体连通，所述夹角为锐角。

针对现有技术中干气密封在不同的工况下的气动性能表现不佳、运行稳定性不足等问题，本实用新型提出一种仿双L字型槽的干气密封结构，其中动环、静环为干气密封的现有技术，动压槽在动环密封端面的高压侧开口，便于流体从高压侧进入。本申请中第一副槽体和第二副槽体均连通主槽体内侧，并且形成一个锐角，使动压槽呈现一个Y型结构。

本申请能够在动环密封端面上形成多个高压区，显著增强了动压效应，提升了开启力，而且有益于端面气膜密封的散热；Y型结构的动压槽使得本申请能够满足双向旋转的需求，具有更大的适用范围；并且本申请槽型简单，相比于现有的多种双向干气密封结构中复杂或异形的槽型而言，在加工方面的显著优势。

此外，本申请通过第一副槽体和第二副槽体，将气流向两侧进行导流，有利于改善高速旋转的干气密封流动特性，降低流场扰流效应，提高运行的稳定性，在实际运行时可实现流体在槽区被持续性加压，提高密封的气动性能，减少了因气膜开启力不充分而引起的密封环无法完全打开甚至密封环碰磨失效等问题。

进一步的，所述主槽体内侧为第一开口，所述第一副槽体外侧为第二开口，所述第二副槽体外侧为第三开口，所述第二开口与所述第三开口相邻，所述第二开口和所述第三开口组合后与所述第一开口重合。本结构中第二开口和第三开口组合后与第一开口重合，使得气流从主槽体流向第一副槽体和第二副槽体时没有阻碍。

进一步的，所述第一副槽体的内侧壁与所述第二副槽体的内侧壁均为与动环内侧壁和/或外侧壁同轴的圆弧面。

本方案中，以动环密封端面的外径方向为外、内径方向为内，限定了第一副槽体、第二副槽体的的内侧壁均为圆弧面，即是沿不同半径圆周线裁剪而成的曲面；第一副槽体的内侧壁和第二副槽体的内侧壁在动环密封端面上的投影即是一段段不等径的同心圆弧，此结构能够保证本申请槽型的双向适应性，保证无论动环正向或反向转动，均能够稳定开启进行密封。

进一步的，所述第一副槽体的内侧壁与所述第二副槽体的内侧壁等径。有利于流体同时到达内侧壁，受力均匀。

进一步的，所述第一副槽体和所述第二副槽体等宽，且均与所述主槽体等深。第一副槽体和第二副槽体等宽，使得动环正向或反向转动时，所产生的开启力相同，防止正向或反向转动时的密封效果差异大；第一副槽体和第二副槽体与主槽体等深，即整个动压槽的槽深相等，使得气流流动更流畅。

进一步的，所述动压槽在动环密封端面上的最大张角为15°～30°。最大张角小于15°时，动压槽面积较小，加工难度高；最大张角大于30°时，动环密封端面上能够设置的动压槽减少，从而降低密封效果。

进一步的，相邻两个动压槽在动环密封端面上的周向跨度为5°～10°。相邻两个动压槽之间的区域主要提供密封性，相邻两个动压槽的周向跨度小于5°时，此区域较小，密封效果较差，相邻两个动压槽的周向跨度大于10°时，动环密封端面上能够设置的动压槽减少，使得动压槽内的高压区减少，密封力减小，从而降低密封效果。

进一步的，所述动压槽的个数为偶数，并且大于或等于4个。动压槽的个数大于或等于4个的目的是使得动环密封端面上四个方向均至少有一个动压槽，使动环密封端面上四个方向均存在高压区，动压槽的个数为偶数的目的是使动环密封端面上所有的动压槽能够对称分布，使动环平衡，增强密封性。

进一步的，所述动压槽的内径侧与动环内壁之间的动环密封端面为密封坝，所述密封坝上设置若干微织构。微织构的存在增强了气流扰动，可以进一步增强动压效应，微织构增强气体扰动，破坏了边界层，增强了换热，使得密封端面温度降低，还可以吸附密封工质的杂质，降低密封端面损坏的风险，有利于密封的安全运行。

进一步的，所述微织构呈球形、三角形、正方形、泪滴形或椭圆形。不同形状的微织构具有的气流扰动性不同，使动环能够根据具体工况需要进行灵活设置，适用于多种工况和结构，有利于大面积的推广拓展。

本实用新型提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

(1)本结构中动压槽的个数和尺寸，以及微织构的形式、排布方式、尺寸和数量等，均可根据具体工况需要进行灵活调整，应用范围广；

(2)本结构在动环密封端面上形成多个高压区，显著增强了动压效应，提升了开启力，而且有益于端面气膜密封的散热；

(3)本结构能够满足双向旋转的需求，具有更大的适用范围；

(4)本结构通过在密封坝上设置微织构，增强了气体扰动，破坏了边界层，增强了换热，使得密封端面温度降低，还可以吸附密封工质的杂质，降低密封端面损坏的风险，有利于密封的安全运行。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本实用新型的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定；

图1是本实用新型中动环和静环结构示意图；

图2是本实用新型中动环的结构示意图；

图3为本实用新型具体实施例中动环的主视图；

图4为过图3中A-A方向线的剖视图；

图5为本实用新型具体实施例中的局部示意图；

其中，1-动环，2-静环，3-主槽体，4-第一副槽体，5-第二副槽体，6-密封坝，7-微织构，a-最大张角，b-周向跨度，R1-副槽体内侧弧面半径。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一

本实施例提供了一种仿Y字型槽的干气密封结构，如图1至图5所示，包括动环1和静环2，在动环1密封端面上沿周向均匀分布若干自高压侧开口的动压槽，所述动压槽包括沿径向开设的主槽体3，以及位于所述主槽体3远离所述高压侧一端的第一副槽体4和第二副槽体5，所述第一副槽体4和所述第二副槽体5之间存在夹角，且与所述主槽体3连通，所述夹角为锐角。

本实施例中动环1、静环2的外径侧为高压进气侧，内径侧为低压出气侧。

本实施例中主槽体3的轴线过动环密封端面的圆心，并且主槽体3、第一副槽体4和第二副槽体5优选矩形槽，或者圆柱形槽等。

本实施例中，如图5所示，所述主槽体3内侧为第一开口，所述第一副槽体4外侧为第二开口，所述第二副槽体5外侧为第三开口，所述第二开口与所述第三开口相邻，所述第二开口和所述第三开口组合后与所述第一开口重合。使得气流从主槽体3流向第一副槽体4和第二副槽体5时没有阻碍。

本实施例中所述第一副槽体4的内侧壁与所述第二副槽体5的内侧壁均为与动环内侧壁和/或外侧壁同轴的圆弧面，如图5所示，其中以动环密封端面的外径方向为外、内径方向为内，限定了第一副槽体、第二副槽体的的内侧壁均为圆弧面，即是沿不同半径圆周线裁剪而成的曲面，保证本实施例密封结构的双向适应性，保证无论动环正向或反向转动，均能够稳定开启进行密封。

在更为优选的实施方式中，动压槽的槽深为1μm～5μm。

在更为优选的实施方式中，所述第一副槽体4的内侧壁与所述第二副槽体5的内侧壁等径，即图5中半径为R1的圆。

在更为优选的实施方式中，所述动压槽在动环1密封端面上的最大张角为15°～30°，即图3中a为15°～30°。

在更为优选的实施方式中，相邻两个动压槽在动环1密封端面上的周向跨度为5°～10°，即图3中b为5°～10°。

在更为优选的实施方式中，动环密封端面上环形均布4～12个动压槽。

实施例二

在实施例一的基础上，如图1至5所示，所述动压槽的内径侧与动环内壁之间的动环密封端面为密封坝6，所述密封坝6上设置若干微织构7。

其中密封坝6优选采用圆周排列，使气体能够均匀扰动，密封坝6为等深的微孔，并且与动压槽等深，为1μm～5μm，如图4所示。

本实施例中所述微织构7优选球形、三角形、正方形、泪滴形或椭圆形结构，或者其他本领域技术人员能够进行替换的任意形状。

实施例三

在实施例二的基础上，所述微织构7优选采用椭圆形结构，所述椭圆形的长轴或短轴过动环1密封端面的圆心，并且在密封坝上沿圆周阵列分布，微织构能够增强气体扰动，破坏边界层，增强换热，使得密封端面温度降低。此外，微织构的存在还可以吸附密封工质的杂质，降低密封端面损坏的风险，有利于密封的安全运行。

在更为优选的实施方式中，所述椭圆形的长轴:短轴＝1～1.5。

在更为优选的实施方式中，所述微织构7的槽深，与所述椭圆形的两个焦点的距离比为1～2。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种仿Y字型槽的干气密封结构，包括动环(1)和静环(2)，在所述动环密封端面上沿周向均匀分布若干自高压侧开口的动压槽，其特征在于，所述动压槽包括沿径向开设的主槽体(3)，以及位于所述主槽体(3)远离所述高压侧一端的第一副槽体(4)和第二副槽体(5)，所述第一副槽体(4)和所述第二副槽体(5)之间存在夹角，且与所述主槽体(3)连通，所述夹角为锐角。

2.根据权利要求1所述的一种仿Y字型槽的干气密封结构，其特征在于，所述主槽体(3)内侧为第一开口，所述第一副槽体(4)外侧为第二开口，所述第二副槽体(5)外侧为第三开口，所述第二开口与所述第三开口相邻，所述第二开口和所述第三开口组合后与所述第一开口重合。

3.根据权利要求2所述的一种仿Y字型槽的干气密封结构，其特征在于，所述第一副槽体(4)的内侧壁与所述第二副槽体(5)的内侧壁均为与动环内侧壁和/或外侧壁同轴的圆弧面。

4.根据权利要求3所述的一种仿Y字型槽的干气密封结构，其特征在于，所述第一副槽体(4)的内侧壁与所述第二副槽体(5)的内侧壁等径。

5.根据权利要求4所述的一种仿Y字型槽的干气密封结构，其特征在于，所述第一副槽体(4)和所述第二副槽体(5)等宽，且均与所述主槽体(3)等深。

6.根据权利要求1所述的一种仿Y字型槽的干气密封结构，其特征在于，所述动压槽在动环密封端面上的最大张角为15°～30°。

7.根据权利要求1所述的一种仿Y字型槽的干气密封结构，其特征在于，相邻两个动压槽在动环密封端面上的周向跨度为5°～10°。

8.根据权利要求1所述的一种仿Y字型槽的干气密封结构，其特征在于，所述动压槽的个数为偶数，并且大于或等于4个。

9.根据权利要求1所述的一种仿Y字型槽的干气密封结构，其特征在于，所述动压槽的内径侧与所述动环内壁之间的动环密封端面为密封坝(6)，所述密封坝上设置若干微织构(7)。

10.根据权利要求9所述的一种仿Y字型槽的干气密封结构，其特征在于，所述微织构(7)呈球形、三角形、正方形或椭圆形。

Images