CN219774793U - 一种干气密封的环型浮动密封圈结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种干气密封的环型浮动密封圈结构，包括：静止环、弹簧座、弹簧、平衡轴套和环型浮动密封圈，弹簧座通过螺钉连接在设备壳体上，静止环、弹簧座与平衡轴套形成静环腔，静环腔内具有弹簧,弹簧的一端抵靠于平衡轴套，弹簧的另一端抵靠于弹簧座，平衡轴套与静止环的一端面贴合，环型浮动密封圈用于静环腔的密封，平衡轴套上开有密封环槽，环型浮动密封圈设置在所述密封环槽内，环型浮动密封圈的外圆周面与弹簧座滑动摩擦配合，本实用新型的有益效果：在高温、高压条件下，对干气密封的环型浮动密封圈的密封性能进行了提高。

Description

一种干气密封的环型浮动密封圈结构

技术领域

本实用新型涉及密封技术领域，具体涉及一种干气密封的环型浮动密封圈结构。

背景技术

干气密封是一种新型非接触式气体润滑密封，利用流体动力学原理，通过在密封端面上开设动压槽而实现密封端面的非接触运行。以其独特的优越性在各种中高速旋转机械上得到了广泛应用，如离心压缩机、透平、风机等。一个干气密封通常由旋转环、静止环、浮动密封圈、弹簧以及弹簧座和轴套组成，其中浮动密封圈要能够保持良好的密封性能，才能保证整个干气密封性能和寿命，浮动密封圈是干气密封核心部件之一。

目前，干气密封普遍采用橡胶密封圈或高分子材料密封圈作为浮动密封圈，这种材料的浮动密封圈受温度的影响很大，必须要确保在使用温度范围内应用。在密封介质温度较低时，橡胶密封圈或高分子材料密封圈的浮动性、密封性良好，能保证干气密封的稳定运行。但随着介质温度的升高(＞300℃)，橡胶密封圈或高分子材料密封圈因材料本身特性的影响，密封圈会变形、摩擦系数增大甚至碳化失效，使密封补偿机构卡涩，泄漏增大，直至密封失效。另外，橡胶或高分子材料的密封圈在高压(＞20MPa)工况下还存在变形和被挤出的风险，会导致干气密封泄漏，甚至失效。目前，从结构设计、密封圈材料选择上已很难改善高温、高压条件下干气密封的浮动密封圈的密封性能。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是在高温、高压条件下,干气密封的浮动密封圈的密封性能较差的技术问题，本实用新型目的在于提供一种干气密封的环型浮动密封圈结构，能够在高温、高压条件下，可靠运作，并且能够在该条件下，具有较高的密封性能。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种干气密封的环型浮动密封圈结构，包括：

静止环；

弹簧座，该弹簧座通过螺钉连接在设备壳体上；

平衡轴套，静止环、弹簧座与该平衡轴套形成静环腔，所述静环腔内具有弹簧,所述弹簧的一端抵靠于平衡轴套，弹簧的另一端抵靠于弹簧座，平衡轴套与静止环的一端面贴合；

环型浮动密封圈，该环型浮动密封圈用于静环腔的密封，平衡轴套上开有密封环槽，环型浮动密封圈设置在所述密封环槽内，环型浮动密封圈的外圆周面与弹簧座滑动摩擦配合。

所述环型浮动密封圈的右端面紧贴于所述密封环槽右端的环槽壁面，环型浮动密封圈的左端面与密封环槽左端的环槽壁面之间具有间隙，环型浮动密封圈的内圆周面与密封环槽下端的环槽壁面之间径向设计有间隙。

所述环型浮动密封圈采用一根弹性密封条制作，环型浮动密封圈的搭接口处采用一体化的接口搭接方式连接，环型浮动密封圈与弹簧座之间会产生摩擦接触，环型浮动密封圈与弹簧座摩擦接触后，环型浮动密封圈径向的向内收缩变形，搭接口为接触配合，环型浮动密封圈的外圆周具有物理气相沉积的DLC涂层，所述DLC涂层与弹簧座滑动摩擦配合，在环型浮动密封圈与弹簧座之间会产生摩擦接触，该涂层具有自润滑性、高硬度的特点，可提高环型浮动密封圈的自润滑性能及耐磨损性能。

所述环型浮动密封圈为一种具有向外扩张变形的金属弹性环，环型浮动密封圈的搭接位置处的接口是接触配合。

所述弹簧座的左端内壁开设有弹簧安装孔，所述弹簧的右侧设置在所述弹簧安装孔内。

所述平衡轴套的左端面上具有铣削面，所述铣削面与静止环的右端面紧贴，平衡轴套的外圆周面与弹簧座的内圆周面间隙配合。

所述静止环的左端面与旋转环的右端面紧贴。

所述旋转环套设的设置在轴套的外部，压紧套压紧所述旋转环的右端面。

所述轴套、所述压紧套以及锁紧螺母套设在旋转轴上，轴套、压紧套以及所述锁紧螺母从左到右依次设置，锁紧螺母具有内螺纹，所述旋转轴具有外螺纹，锁紧螺母与旋转轴螺纹配合，锁紧螺母压紧压紧套，压紧套将旋转环轴向固定，锁紧螺母将轴套以及压紧套压紧在旋转轴上，实现轴套、旋转环、压紧套之间的压紧传动。

所述旋转环的左端面与轴套密封配合。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1.本实用新型的静止环、平衡轴套在左右的轴向方向移动时，静环腔内气体压力使环型浮动密封圈与平衡轴套的密封环槽的右端环槽壁面实现贴紧，产生一定的接触力，起到密封作用；环型浮动密封圈本身为金属弹性环即径向的向外扩张变形的金属弹性环，在静止环、平衡轴套可左右的轴向方向移动时，环型浮动密封圈与弹簧座之间会产生摩擦接触，环型浮动密封圈采用平衡型设计，降低气体压力作用下环型浮动密封圈的内圆周面与弹簧座之间的接触摩擦力,环型浮动密封圈外圆周面采用物理气相沉积的工艺涂覆的DLC涂层(类金刚石涂层)，该涂层具有自润滑性、高硬度的特点，可提高环型浮动密封圈的自润滑性能及耐磨损性能；环型浮动密封圈采用金属材质的弹性环，具有良好的耐高温、高压性能。因此，在高温、高压的条件下,干气密封的环型浮动密封圈对弹簧座、平衡轴套接触处的密封性能提高。

2.本实用新型结构简单可靠、耐高温、耐高压、摩擦力小，应用环型浮动密封圈的干气密封，满足高温、高压条件下的使用要求，有效地降低高温、高压工况干气密封故障率、成本，提高干气密封的高可靠性和寿命。

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，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型的环型浮动密封圈的干气密封结构示意图；

图2为本实用新型的环型浮动密封圈密封原理的放大结构示意图；

图3为本实用新型的环型浮动密封圈密封工作原理结构示意图；

图4为本实用新型的环型浮动密封圈的俯视结构图；

图5为本实用新型的环型浮动密封圈的A-A处的剖面结构图；

图6为本实用新型的环型浮动密封圈的侧视结构图；

图7为本实用新型的环型浮动密封圈的B处的局部放大结构图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-旋转轴，2-轴套，3-旋转环，4-静止环,5-弹簧座，51-弹簧安装孔，6-弹簧，7-平衡轴套，71-密封环槽，72-铣削面，8-环型浮动密封圈，81-搭接口，9-压紧套，10-锁紧螺母，11-静环腔，12-DLC涂层。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种干气密封的环型浮动密封圈结构，包括：旋转轴1、轴套2、旋转环3、静止环4、弹簧座5、弹簧6、平衡轴套7、环型浮动密封圈8、压紧套9和锁紧螺母10，轴套2、压紧套9以及锁紧螺母10套设在旋转轴1上，轴套2、压紧套9以及锁紧螺母10从左到右依次设置，锁紧螺母10具有内螺纹，旋转轴1具有外螺纹，锁紧螺母10与旋转轴1螺纹配合，锁紧螺母10压紧于压紧套9，压紧套9压紧旋转环3的右端面，旋转环3的左端面与轴套2密封配合，静止环4的左端面与旋转环3的右端面紧贴，旋转环3套设的设置在轴套2的外部，弹簧座5通过螺钉是连接在设备壳体上的(图中未示出)，设备壳体是用于固定弹簧座5的。

平衡轴套7，静止环4、弹簧座5与该平衡轴套7形成静环腔11，静环腔11内具有弹簧6,弹簧6的左端抵靠于平衡轴套7，弹簧6的右端抵靠于弹簧座5，具体是弹簧座5的左端内壁开设有弹簧安装孔51，弹簧6的右侧设置在弹簧安装孔51内，平衡轴套7与静止环4的右端面贴合即平衡轴套7的左端面上具有铣削面72，铣削面72与静止环4的右端面紧贴,平衡轴套7的外圆周面与弹簧座5的内圆周面间隙配合。

如图2-3所示，环型浮动密封圈8用于静环腔11的密封，平衡轴套7上开有密封环槽71，环型浮动密封圈8设置在密封环槽71内，环型浮动密封圈8的外圆周面与弹簧座5滑动摩擦配合,静止环4的最外圆面与弹簧座5的最内圆面接触。

如图4-7所示,环型浮动密封圈8采用一根密封条制作，环型浮动密封圈8的搭接口81处采用一体化的接口搭接方式连接，环型浮动密封圈8的外圆周具有物理气相沉积的DLC涂层12，DLC涂层12与弹簧座5滑动摩擦配合。

如图2所示,环型浮动密封圈8的右端面紧贴于密封环槽71右端的环槽壁面，环型浮动密封圈8的左端面与密封环槽71左端的环槽壁面之间具有间隙，环型浮动密封圈8的内圆周面与密封环槽71下端的环槽壁面之间径向设计有间隙，环型浮动密封圈8为金属弹性环，环型浮动密封圈8的搭接口81为接触配合。

实施例2

如图1-3所示,本实用新型的工作原理如下:

干气密封是已知的密封技术,弹簧座5的左端具有通气体的气源,弹簧座5的左端通气,气体充满静环腔11,同时,旋转环3与静止环4之间具有一层很薄的气膜,气膜的厚度可以是变化的，这层气膜既要保证密封即不要过度的泄漏还要提供一定的刚度,气膜的厚度根据密封的压力和刚度来改变,气膜厚度的变化使静止环4、平衡轴套7可左右的轴向方向移动，弹簧6始终推动平衡轴套7让静止环4的气膜与旋转环3贴合在一起，气膜具有较强的密封性和稳定性，能很好地保持整个密封系统的状态平衡。

如图1-3所示，静止环4、平衡轴套7在左右的轴向方向移动时,密封环槽71内的环型浮动密封圈8的外圆周面与弹簧座5产生滑动摩擦，在静止环4、平衡轴套7在左右的轴向方向移动过程中，静止环4左端和气膜、旋转环3的右端面是紧贴在一起的。

如图2-3所示，在静止环4、平衡轴套7在左右的轴向方向移动的同时，由于环型浮动密封圈8的左端面与密封环槽71左端的环槽壁面之间具有间隙，大的气体压力使环型浮动密封圈8与平衡轴套7的密封环槽71的右端环槽壁面之间依靠密封介质即气体压力实现贴紧，产生一定的接触力，起到密封作用。

由于环型浮动密封圈8的内圆周面与密封环槽71下端的环槽壁面之间径向设计有间隙，环型浮动密封圈8为金属弹性环即径向的向外扩张变形的金属弹性环，在静止环4、平衡轴套7在左右的轴向方向移动时，环型浮动密封圈8与弹簧座5之间会产生摩擦接触，环型浮动密封圈8与弹簧座5摩擦接触后，环型浮动密封圈8径向的向内收缩变形，搭接口81处的搭接口为接触配合，但环型浮动密封圈8的内圆周面与密封环槽71下端的环槽壁面之间还有间隙，大的气体压力作用于环型浮动密封圈8的内圆周面使环型浮动密封圈8与弹簧座5之间接触更加紧密，起到密封作用。

实施例3

本实用新型的环型浮动密封圈8，属于一种具有向径向外扩张变形的金属弹性环即钢质材料。环型浮动密封圈8具有结构简单、密封性良好、自润滑性好、耐高温、耐高压的特点。应用此环型浮动密封圈8的干气密封也具有耐高温、高压工况的特点，具有高可靠性和长寿命。因此，将环型浮动密封圈8可应用于高温及高压等恶劣的工况。

本实用新型的环型浮动密封圈8环周采用一体化搭接接口设计，保证安装便捷的条件，具有良好的密封性能；环型浮动密封圈8采用可径向变形的平衡性设计，最大程度降低环型浮动密封圈8外圆周面的接触压力，减小外圆周面的磨损；环型浮动密封圈8的外圆周采用物理气相沉积的DLC涂层12(类似金刚石涂层)，该涂层具有自润滑性、高硬度的特点，可提高环型浮动密封圈8的自润滑性能及耐磨损性能。

环型浮动密封圈8装在平衡轴套7的密封环槽71内，环型浮动密封圈8右端面紧贴密封环槽71右端的环槽壁面，形成接触密封；环型浮动密封圈8的外圆周面与弹簧座5的内圆周面接触，形成接触密封；环型浮动密封圈8、弹簧座5、平衡轴套7三个部件相互配合，构成一个完整的密封边界，实现环型浮动密封圈8的密封性能。

环型浮动密封圈8与平衡轴套7的密封环槽71之间径向设计较大间隙，可以允许环型浮动密封圈8有较大的径向移动，可以适应干气密封运转过程中静止环4发生角度偏移，使环型浮动密封圈8不会产生较大的摩擦力以至于静止环4卡涩，导致干气密封磨损。

环型浮动密封圈8外圆周面与弹簧座5的内圆周面接触，形成接触密封，环型浮动密封圈8与弹簧座5之间可以相对滑动，补偿静止环4在干气密封运行过程中产生的小的移动，环型浮动密封圈8的外圆周面在工艺涂覆DLC涂层12的作用下，环型浮动密封圈8的移动过程中不会产生过大的摩擦力以至于影响干气的密封性能。

本实用新型以旋转轴1为转轴，旋转环3装在轴套2上，依靠压紧套9将旋转环3轴向固定，锁紧螺母10将轴套2以及压紧套9压紧在旋转轴1上，实现轴套2、旋转环3、压紧套9之间的压紧传动。

旋转轴1转动，轴套2、旋转环3、压紧套9和锁紧螺母10转动，而静止环4、弹簧座5、弹簧6、平衡轴套7、环型浮动密封圈8是不旋转的，因为弹簧座5是固定的，这样在旋转轴1转动时，静止环4与旋转环3产生旋转的干气密封，环型浮动密封圈8随气膜的厚度变化进行轴向移动，环型浮动密封圈8在轴向移动过程中始终密封弹簧座5和平衡轴套7的接触处。

本实用新型属于单端面的干气密封，可同理衍生双级串联式干气密封及双端面干气密封。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种干气密封的环型浮动密封圈结构，其特征在于，包括：

静止环(4)；

弹簧座(5)，该弹簧座(5)通过螺钉连接在设备壳体上；

平衡轴套(7)，静止环(4)、弹簧座(5)与该平衡轴套(7)形成静环腔(11)，所述静环腔(11)内具有弹簧(6),所述弹簧(6)的一端抵靠于平衡轴套(7)，弹簧(6)的另一端抵靠于弹簧座(5)，平衡轴套(7)与静止环(4)的一端面贴合；

环型浮动密封圈(8)，该环型浮动密封圈(8)用于静环腔(11)的密封，平衡轴套(7)上开有密封环槽(71)，环型浮动密封圈(8)设置在所述密封环槽(71)内，环型浮动密封圈(8)的外圆周面与弹簧座(5)滑动摩擦配合。

2.根据权利要求1所述的一种干气密封的环型浮动密封圈结构，其特征在于，所述环型浮动密封圈(8)的右端面紧贴于所述密封环槽(71)右端的环槽壁面，环型浮动密封圈(8)的左端面与密封环槽(71)左端的环槽壁面之间具有间隙，环型浮动密封圈(8)的内圆周面与密封环槽(71)下端的环槽壁面之间径向设计有间隙。

3.根据权利要求1所述的一种干气密封的环型浮动密封圈结构，其特征在于，所述环型浮动密封圈(8)采用一根弹性密封条制作，环型浮动密封圈(8)的搭接口(81)处采用一体化的接口搭接方式连接，环型浮动密封圈(8)的外圆周具有物理气相沉积的DLC涂层(12)，所述DLC涂层(12)与所述弹簧座(5)滑动摩擦配合。

4.根据权利要求3所述的一种干气密封的环型浮动密封圈结构，其特征在于，所述环型浮动密封圈(8)为金属弹性环，环型浮动密封圈(8)的搭接口(81)为接触配合。

5.根据权利要求1所述的一种干气密封的环型浮动密封圈结构，其特征在于，所述弹簧座(5)的左端内壁开设有弹簧安装孔(51)，所述弹簧(6)的右侧设置在所述弹簧安装孔(51)内。

6.根据权利要求1所述的一种干气密封的环型浮动密封圈结构，其特征在于，所述平衡轴套(7)的左端面上具有铣削面(72)，所述铣削面(72)与静止环(4)的右端面紧贴,平衡轴套(7)的外圆周面与所述弹簧座(5)的内圆周面间隙配合。

7.根据权利要求1所述的一种干气密封的环型浮动密封圈结构，其特征在于，所述静止环(4)的左端面与旋转环(3)的右端面紧贴。

8.根据权利要求7所述的一种干气密封的环型浮动密封圈结构，其特征在于，所述旋转环(3)套设的设置在轴套(2)的外部，压紧套(9)压紧所述旋转环(3)的右端面。

9.根据权利要求8所述的一种干气密封的环型浮动密封圈结构，其特征在于，所述轴套(2)、所述压紧套(9)以及锁紧螺母(10)套设在旋转轴(1)上，轴套(2)、压紧套(9)以及所述锁紧螺母(10)从左到右依次设置，锁紧螺母(10)具有内螺纹，所述旋转轴(1)具有外螺纹，锁紧螺母(10)与旋转轴(1)螺纹配合，锁紧螺母(10)压紧压紧套(9)。

10.根据权利要求7所述的一种干气密封的环型浮动密封圈结构，其特征在于，所述旋转环(3)的左端面与轴套(2)密封配合。