仿鳥(niǎo)翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】仿鳥(niǎo)翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，包括機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)，所述動(dòng)環(huán)或靜環(huán)至少一個(gè)密封環(huán)的端面上設(shè)有多個(gè)沿圓周均勻分布的仿鳥(niǎo)翼型多通道槽，所述仿鳥(niǎo)翼型多通道槽位于介質(zhì)高壓側(cè)，即上游；所述仿鳥(niǎo)翼型多通道槽包括兩個(gè)及以上引流槽和一個(gè)或多個(gè)圓弧槽，所述圓弧槽位于引流槽的下游側(cè)且與引流槽相聯(lián)接，所述引流槽均與介質(zhì)高壓側(cè)或上游相連通并且沿周向均勻分布，所述引流槽之間以不開(kāi)槽的密封堰隔離；所述端面上周向未開(kāi)槽區(qū)域形成的環(huán)帶是密封壩，所述密封壩位于端面低壓側(cè)，即下游。本實(shí)用新型具有端面靜壓效應(yīng)強(qiáng)，功耗低，低速下運(yùn)行穩(wěn)定好，泄漏量小，抗干擾性能優(yōu)異，特別適用于反應(yīng)釜、攪拌器等設(shè)備用非接觸式干式氣體密封的端面密封裝置。
【專(zhuān)利說(shuō)明】仿鳥(niǎo)翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種仿鳥(niǎo)翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，屬于旋轉(zhuǎn)軸的非接觸式干式氣體密封裝置，適用于各種壓縮機(jī)、泵及釜等旋轉(zhuǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)軸用軸端密封裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械設(shè)備的轉(zhuǎn)軸一般采用普通機(jī)械密封或非接觸式端面密封，為避免“液封液”或“液封氣”帶來(lái)的功耗高、設(shè)備投資大、潤(rùn)滑與冷卻系統(tǒng)復(fù)雜、泄漏大等問(wèn)題，提高機(jī)械密封的開(kāi)啟特性、穩(wěn)定性、密封性并節(jié)能降耗，進(jìn)入20世紀(jì)70年代末，密封技術(shù)開(kāi)始以“氣封液”或“氣封氣”的干式氣體密封部分替代上述普通接觸式或非接觸式液體潤(rùn)滑機(jī)械密封，并取得了顯著成效，其中以 John Crane (www.johncrane.com)、Flowserve (www.flowserve.com)和 Bergmann (www.eagleburgmann.com)為代表的世界著名密封企業(yè)相繼開(kāi)發(fā)出了螺旋槽、帶內(nèi)環(huán)槽的螺旋槽和V型槽等單向旋轉(zhuǎn)干式氣體密封以及揪樹(shù)型槽、T型槽和U型槽等雙向旋轉(zhuǎn)干式氣體密封，以及中國(guó)專(zhuān)利96108614.9 (雙環(huán)帶螺旋槽端面密封),98103575.2 (可雙向旋轉(zhuǎn)的雙列雙葉螺旋槽端面密封)，200910153312.5 (雙列傾斜式方向性微孔端面無(wú)泄漏機(jī)械密封結(jié)構(gòu))，01102213.2 (可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置)，02146449.9 (雙螺旋角三維螺旋槽端面密封裝置)，201310059819.0 (可雙向旋轉(zhuǎn)的燕尾槽端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu))等都是干式氣體端面密封的成功案例。上述干式氣體端面密封一般都存在啟動(dòng)或停車(chē)性能較差，泄漏率較大或抗外界擾動(dòng)能力不理想的不足，難以滿足低速、頻繁啟動(dòng)等特殊運(yùn)行要求。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為了克服干已有技術(shù)中氣密封存在的上述不足，本實(shí)用新型基于仿生學(xué)原理和氣體動(dòng)力學(xué)理論，借鑒低速飛行高負(fù)荷鳥(niǎo)類(lèi)在飛行狀態(tài)下翼翅小翼羽結(jié)構(gòu)的特殊作用，提供了一種在低速低壓或低速高壓工況下端面靜壓效應(yīng)強(qiáng)、氣膜剛度大且泄漏率低的仿鳥(niǎo)翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)。相比于上述干式氣體端面密封，本實(shí)用新型綜合了已有干式氣體端面密封的優(yōu)點(diǎn)，
[0004]本實(shí)用新型技術(shù)方案:
[0005]一種仿鳥(niǎo)翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)機(jī)械密封環(huán)，即動(dòng)環(huán)和靜環(huán)，其特征在于:所述動(dòng)環(huán)或靜環(huán)至少一個(gè)密封環(huán)的端面上設(shè)有多個(gè)沿圓周均勻分布的仿鳥(niǎo)翼型多通槽，所述仿鳥(niǎo)翼型多通槽位于介質(zhì)高壓側(cè)，即上游；所述仿鳥(niǎo)翼型多通槽包括兩個(gè)以上引流槽2和一個(gè)或多個(gè)圓弧槽3，所述圓弧槽3位于引流槽2的下游側(cè)且與每個(gè)引流槽2相聯(lián)接，所述引流槽2與密封環(huán)外徑相連通，所述兩個(gè)以上的引流槽2沿周向分布，所述各個(gè)引流槽2之間以不開(kāi)槽的密封堰I隔離，所述端面上周向未開(kāi)槽區(qū)域形成的環(huán)帶是密封壩4，所述密封壩4位于端面低壓側(cè)，即下游。
[0006]進(jìn)一步，所述引流槽的側(cè)壁型線為螺旋線或圓弧線或直線。
[0007]進(jìn)一步,所述引流槽2的深度1^=3~30 μ m,所述圓弧槽3的深度h2=2~20 μ m ;所述仿鳥(niǎo)翼型多通槽個(gè)數(shù)N的取值范圍為:4≤ N≤30，優(yōu)選值范圍為:6≤ N≤20。
[0008]進(jìn)一步，所述引流槽2在端面外圓處的周向弧長(zhǎng)之和…=!^ Θ 2+ Θ D與相同半徑處仿鳥(niǎo)翼型多通槽周向弧長(zhǎng)w=r。Θ之比的取值優(yōu)選范圍為=W1Zw=0.2-0.8,所述圓弧槽3在徑向方向上的開(kāi)槽寬度I1=I^rg與仿鳥(niǎo)翼型多通道槽的徑向開(kāi)槽總寬度I=I^rg之比的取值優(yōu)選范圍為山/!=。.1~0.5。
[0009]進(jìn)一步，所述引流槽為雙列連通螺旋槽，所述上游螺旋槽與下游螺旋槽的螺旋角方向相反，所述下游螺旋槽與圓弧槽相聯(lián)接。
[0010]進(jìn)一步，所述引流槽的個(gè)數(shù)Ny=3，所述三個(gè)引流槽沿周向分布，所述圓弧槽的個(gè)數(shù)Nh=2，所述圓弧槽沿徑向分布；中間引流槽與背風(fēng)側(cè)引流槽通過(guò)上游圓弧槽貫通，所述中間引流槽與下游圓弧槽不連通。
[0011]進(jìn)一步，所述引流槽的個(gè)數(shù)Ny=3，所述三個(gè)引流槽沿周向分布，所述圓弧槽的個(gè)數(shù)Nh=2，所述圓弧槽沿徑向分布；所述中間引流槽與迎風(fēng)側(cè)引流槽通過(guò)上游圓弧槽貫通，所述中間引流槽與下游圓弧槽不連通。
[0012]進(jìn)一步，所述引流槽的個(gè)數(shù)Ny=4，所述四個(gè)引流槽，即迎風(fēng)側(cè)長(zhǎng)引流槽2b、迎風(fēng)側(cè)短引流槽2d、背風(fēng)側(cè)短引流槽2c、背風(fēng)側(cè)長(zhǎng)引流槽2a沿周向分布，所述圓弧槽的個(gè)數(shù)Nh=2，所述圓弧槽沿徑向分布；所述迎風(fēng)側(cè)短引流槽2d與背風(fēng)側(cè)短引流槽2c通過(guò)上游圓弧槽3a貫通，所述迎風(fēng)側(cè)短引流槽2d或背風(fēng)側(cè)引流槽2c與下游圓弧槽3b不連通，背風(fēng)側(cè)長(zhǎng)引流槽2a與迎風(fēng)側(cè)長(zhǎng)引流槽2b通過(guò)下游圓弧槽3b連通。
[0013]進(jìn)一步，所述圓弧槽的深度小于或等于引流槽的深度。
[0014]進(jìn)一步，所述引流槽的槽深在不同半徑處相同或從端面上游至端面下游逐漸變淺。
[0015]本實(shí)用新型的工作原理:
[0016]借鑒適合低速飛行鳥(niǎo)類(lèi)的翼翅結(jié)構(gòu)，模仿此類(lèi)飛鳥(niǎo)翼翅外形及小翼羽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)端面型槽輪廓。自然界中適合低速穩(wěn)定飛行的鳥(niǎo)類(lèi)翼翅翼面上方有小翼羽結(jié)構(gòu)，小翼羽與上翼面之間具有多個(gè)可供氣流通過(guò)翼縫，對(duì)前方來(lái)流具有更強(qiáng)的導(dǎo)流和匯流作用，可有效防止氣流過(guò)早脫離翼面而形成渦流，從而有效避免了飛行中失速情況的發(fā)生。當(dāng)端面型槽為仿鳥(niǎo)翼型多通道槽干氣密封運(yùn)行時(shí)，多個(gè)引流槽起到對(duì)氣體徑向流動(dòng)的導(dǎo)流作用和泵汲作用，下游圓弧槽起著對(duì)引入端面內(nèi)流體的均壓穩(wěn)壓作用，同時(shí)還貫通了多個(gè)引流槽，使多股流體在背風(fēng)側(cè)引流槽槽根處匯流，因此在相同膜厚下具有更大的氣膜剛度，此外，圓弧槽對(duì)流體具有周向?qū)Я髯饔茫c相同工況下的螺旋槽相比具有更低的泄漏。
[0017]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0018]1、位于上游側(cè)的多個(gè)引流槽具有更強(qiáng)的導(dǎo)流作用和泵汲作用，可產(chǎn)生更佳的流體動(dòng)靜壓效應(yīng)，端面承載力更大；圓弧槽貫通了多個(gè)引流槽，使多股流體在背風(fēng)側(cè)引流槽槽根處匯流疊加，進(jìn)一步提高了端面的承載能力，從而使端面在低速下易于快速開(kāi)啟。
[0019]2、圓弧槽對(duì)流 體具有周向?qū)Я骱途鞣€(wěn)壓的作用，從而使型槽在產(chǎn)生較高流體膜剛度的同時(shí)可有效地減少泄漏，具有優(yōu)異的綜合密封性能。
[0020]3、本實(shí)用新型借鑒低速飛行鳥(niǎo)類(lèi)翼翅前緣的小翼羽結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變引流槽的周向?qū)挾缺燃皥A弧槽的徑向?qū)挾缺燃跋鄬?duì)引流槽的位置，可實(shí)現(xiàn)仿鳥(niǎo)翼型多通道槽在不同工況條件下穩(wěn)定運(yùn)行，即可適用于更寬的操作范圍。【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型仿鳥(niǎo)翼型雙通槽端面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2a為本實(shí)用新型仿鳥(niǎo)翼型雙通槽端面幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)定義示意圖；
[0023]圖2b是圖2a的A-A向剖視圖；
[0024]圖3為本實(shí)用新型仿鳥(niǎo)翼型多通道槽端面結(jié)構(gòu)在介質(zhì)低壓側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4為本實(shí)用新型實(shí)例二的仿鳥(niǎo)翼型多通道槽雙翼端面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5為本實(shí)用新型實(shí)例三的仿鳥(niǎo)翼型多通道槽在背風(fēng)側(cè)匯流的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖6為本實(shí)用新型實(shí)例四的仿鳥(niǎo)翼型多通道槽在迎風(fēng)側(cè)匯流的結(jié)構(gòu)示意圖
[0028]圖7為本實(shí)用新型實(shí)例五的仿鳥(niǎo)翼型多通道槽多個(gè)雙通串聯(lián)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施進(jìn)一步詳述。
[0030]實(shí)施例一 [0031 ] 參見(jiàn)圖1、圖2和圖3，本實(shí)例中一種仿鳥(niǎo)翼型多通槽端面密封結(jié)構(gòu)，它包括兩個(gè)機(jī)械密封環(huán)，即動(dòng)環(huán)和靜環(huán)，其特征在于:所述動(dòng)環(huán)或靜環(huán)至少一個(gè)密封環(huán)的端面上設(shè)有多個(gè)沿圓周均勻分布的仿鳥(niǎo)翼型多通槽，所述仿鳥(niǎo)翼型多通槽位于介質(zhì)高壓側(cè)，即上游；所述仿鳥(niǎo)翼型多通槽包括兩個(gè)以上引流槽2和一個(gè)或多個(gè)圓弧槽3，所述圓弧槽3位于引流槽2的下游側(cè)且與每個(gè)引流槽2相聯(lián)接，所述引流槽2與密封環(huán)外徑相連通，所述兩個(gè)以上的引流槽2沿周向分布，所述各個(gè)引流槽2之間以不開(kāi)槽的密封堰I隔離，所述端面上周向未開(kāi)槽區(qū)域形成的環(huán)帶是密封壩4，所述密封壩4位于端面低壓側(cè)，即下游。
[0032]所述引流槽2的側(cè)壁型線為螺旋線或圓弧線或直線。
[0033]所述引流槽2的深度4=3~30 μ m，所述圓弧槽3的深度h2=2~20 μ m ;所述仿鳥(niǎo)翼型多通槽個(gè)數(shù)N的取值范圍為:4 < N < 30，優(yōu)選值范圍為:6 < N < 20。
[0034]所述引流槽2在端面外圓處的周向弧長(zhǎng)之和W1=I^ Θ 2+ Θ 與相同半徑處仿鳥(niǎo)翼型多通槽周向弧長(zhǎng)w=r。Θ之比的取值優(yōu)選范圍為^1Zw=0.2-0.8,所述圓弧槽3在徑向方向上的開(kāi)槽寬度I1=I^rg與仿鳥(niǎo)翼型多通道槽的徑向開(kāi)槽總寬度I=I^rg之比的取值優(yōu)選范圍為:1^1=0.1 ~0.5。
[0035]所述引流槽2的槽深從端面上游至端面下游相等或逐漸遞減。
[0036]針對(duì)不同的流體介質(zhì)、操作條件和輔助系統(tǒng)操作參數(shù)，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)仿鳥(niǎo)翼型多通槽的周期數(shù)N、引流槽數(shù)量Nb、引流槽周向弧長(zhǎng)比、匯流槽徑向?qū)挾缺燃跋鄬?duì)主槽位置等參數(shù)，可以滿足不同工況條件下密封性能的要求。
[0037]實(shí)施例二
[0038]參見(jiàn)圖4，本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于，所述引流槽2為雙列連通螺旋槽，所述上游螺旋槽2a與下游螺旋槽2b的螺旋角方向相反，所述下游螺旋槽2b與圓弧槽3相聯(lián)接，其余結(jié)構(gòu)和實(shí)施方式與實(shí)施例一相同。
[0039]實(shí)施例三
[0040]參見(jiàn)圖5，本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于，所述引流槽的個(gè)數(shù)Ny=3，所述三個(gè)引流槽沿周向分布，所述圓弧槽的個(gè)數(shù)Nh=2，所述圓弧槽沿徑向分布，所述中間引流槽2c與背風(fēng)側(cè)引流槽2a通過(guò)上游圓弧槽3a貫通，所述中間引流槽2c與下游圓弧槽3b不連通，其余結(jié)構(gòu)和實(shí)施方式與實(shí)施例一相同。
[0041]實(shí)施例四
[0042]參見(jiàn)圖6，本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于，所述引流槽的個(gè)數(shù)Ny=3，所述三個(gè)引流槽沿周向分布，所述圓弧槽的個(gè)數(shù)Nh=2，所述圓弧槽沿徑向分布，所述中間引流槽2c與迎風(fēng)側(cè)引流槽2b通過(guò)上游圓弧槽3a貫通，所述中間引流槽2c與下游圓弧槽3b不連通，其余結(jié)構(gòu)和實(shí)施方式與實(shí)施例一相同。
[0043]實(shí)施例五
[0044]參見(jiàn)圖7，本實(shí)例與實(shí)施例一的不同之處在于，所述引流槽的個(gè)數(shù)Ny=4，所述四個(gè)弓丨流槽，即迎風(fēng)側(cè)長(zhǎng)引流槽2b、迎風(fēng)側(cè)短引流槽2d、背風(fēng)側(cè)短引流槽2c、背風(fēng)側(cè)長(zhǎng)引流槽2a沿周向分布，所述圓弧槽的個(gè)數(shù)Nh=2，所述圓弧槽沿徑向分布；所述迎風(fēng)側(cè)短引流槽2d與背風(fēng)側(cè)短引流槽2c通過(guò)上游圓弧槽3a貫通，所述迎風(fēng)側(cè)短引流槽2d或背風(fēng)側(cè)引流槽2c與下游圓弧槽3b不連通，背風(fēng)側(cè)長(zhǎng)引流槽2a與迎風(fēng)側(cè)長(zhǎng)引流槽2b通過(guò)下游圓弧槽3b連通，其余結(jié)構(gòu)和實(shí)施方式與實(shí)施例一相同。
[0045]本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)實(shí)用新型構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思所能想到的等同技術(shù)手段。
【權(quán)利要求】
1.仿鳥(niǎo)翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)機(jī)械密封環(huán)，即動(dòng)環(huán)和靜環(huán)，其特征在于:所述動(dòng)環(huán)或靜環(huán)至少一個(gè)密封環(huán)的端面上設(shè)有多個(gè)沿圓周均勻分布的仿鳥(niǎo)翼型多通槽，所述仿鳥(niǎo)翼型多通槽位于介質(zhì)高壓側(cè)，即上游；所述仿鳥(niǎo)翼型多通槽包括兩個(gè)以上引流槽(2)和一個(gè)或多個(gè)圓弧槽(3)，所述圓弧槽(3)位于引流槽(2)的下游側(cè)且與每個(gè)引流槽(2)相聯(lián)接，所述引流槽(2)與密封環(huán)外徑相連通，所述兩個(gè)以上的引流槽(2)沿周向分布，所述各個(gè)引流槽(2)之間以不開(kāi)槽的密封堰(1)隔離，所述端面上周向未開(kāi)槽區(qū)域形成的環(huán)帶是密封壩(4)，所述密封壩(4)位于端面低壓側(cè)，即下游。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿鳥(niǎo)翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述引流槽的側(cè)壁型線為螺旋線或圓弧線或直線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的仿鳥(niǎo)翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述引流槽(2)的深度hi=3~30 μ m，所述圓弧槽(3)的深度h2=2~20 μ m ;所述仿鳥(niǎo)翼型多通槽個(gè)數(shù)N的取值范圍為:4≤N≤30。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的仿鳥(niǎo)翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述仿鳥(niǎo)翼型多通槽個(gè)數(shù)N的取值范圍為:6 ≤ N ≤20。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的仿鳥(niǎo)翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述圓弧槽的深度小于或等于引流槽的深度；所述引流槽的槽深沿徑向從端面上游至端面下游逐漸變淺。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的仿鳥(niǎo)翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述引流槽為雙列連通螺旋槽，所述上游螺旋槽與下游螺旋槽的螺旋角方向相反，所述下游螺旋槽與圓弧槽相聯(lián)接。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的仿鳥(niǎo)翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述引流槽的個(gè)數(shù)Ny=3，所述三個(gè)引流槽沿周向分布，所述圓弧槽的個(gè)數(shù)Nh=2，所述圓弧槽沿徑向分布；中間引流槽與背風(fēng)側(cè)引流槽通過(guò)上游圓弧槽貫通，所述中間引流槽與下游圓弧槽不連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的仿鳥(niǎo)翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述引流槽的個(gè)數(shù)Ny=3，所述三個(gè)引流槽沿周向分布，所述圓弧槽的個(gè)數(shù)Nh=2，所述圓弧槽沿徑向分布；所述中間引流槽與迎風(fēng)側(cè)引流槽通過(guò)上游圓弧槽貫通，所述中間引流槽與下游圓弧槽不連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的仿鳥(niǎo)翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述引流槽的個(gè)數(shù)Ny=4，所述四個(gè)引流槽，即迎風(fēng)側(cè)長(zhǎng)引流槽(2b)、迎風(fēng)側(cè)短引流槽(2d)、背風(fēng)側(cè)短引流槽(2c)、背風(fēng)側(cè)長(zhǎng)引流槽(2a)沿周向分布，所述圓弧槽的個(gè)數(shù)Nh=2，所述圓弧槽沿徑向分布；所述迎風(fēng)側(cè)短引流槽(2d)與背風(fēng)側(cè)短引流槽(2c)通過(guò)上游圓弧槽(3a)貫通，所述迎風(fēng)側(cè)短引流槽(2d)或背風(fēng)側(cè)引流槽(2c)與下游圓弧槽(3b)不連通，背風(fēng)側(cè)長(zhǎng)引流槽2a與迎風(fēng)側(cè)長(zhǎng)引流槽(2b)通過(guò)下游圓弧槽(3b)連通。
【文檔編號(hào)】F16J15/40GK203686153SQ201320519380
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】彭旭東, 張風(fēng)云, 白少先, 李紀(jì)云, 孟祥鎧 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)