[实用新型]三维似羽毛织构底面型槽气体端面密封结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转式流体机械的气体端面机械密封结构，特别涉及一种由具有似羽毛织构底面特征的泵汲槽和螺旋槽组成的三维型槽气体端面密封结构，适用于包括各种类型压缩机、反应釜、泵等旋转式流体机械的旋转轴。

背景技术

公知的流体动压或静压或动静压结合型机械端面密封，还存在一些不足之处，例如螺旋槽流体动压型端面密封(见美国科技杂志Lubrication Engineering，1990，46(9)：pp607；美国专利USA Patent5702110、7144016和20020093141，世界专利WO9506212以及中国专利90101737.X、96108614.9、98219179、01102213.2、02132978.8和02146449.9)，其端面结构主要由两部分组成，即沿周向均匀分布的数个螺旋槽和与槽根部紧密连接的密封坝，同时端面上设有双环带、八字槽、人字槽、枞树槽、或双螺旋角三维螺旋槽，尽管这些螺旋槽干式气体端面密封具有较低的摩擦功耗，端面升举能力也较强，特别是双螺旋角螺旋槽气体端面密封，其气膜刚度和可靠性相比于等深、等螺旋角的螺旋槽密封优势更明显。但是，总的来说，干式气体端面密封技术目前仍然存在气膜刚度不够大，端面开启特性优势不明显，泄漏量不可控，低速运行性能较差，难以适应操作条件急剧变化或高操作参数的情况，因此存在抗干扰能力不强、易发生干磨以及在高参数条件下耐压能力不强、泄漏量较大且难以控制等不足，从而导致在一定的操作条件下，端面间气体膜厚不足，或气膜刚度不足以抵抗外界干扰，导致密封装置运行不稳定，泄漏量超标或不达要求。

发明内容

为了克服干式气体端面密封已有技术中端面气膜开启能力不能适应更宽的操作条件范围、易发生干磨、动压效果不够强以及高参数条件下泄漏量较大、耐压能力不强、稳定性较差的不足，本发明提供一种端面流体动压效果好、启动和停车性能好、抗咬合能力强、泄漏量小、耐压性能优异、适用于高参数操作条件的三维似羽毛织构底面型槽气体端面密封结构。

本发明的技术方案是：

一种三维似羽毛织构底面型槽气体端面密封结构，包括机械端面密封的动环、静环和其它相关零件组成，所述动环的密封端面和静环的密封端面相互贴合构成圆环形密封端面，所述圆环形密封端面的一侧为高压侧即上游，所述圆环形密封端面的另一侧为低压侧即下游，动环的密封端面相对静环的密封端面产生旋转，所述动环和静环的密封端面的至少一个上设有多个用于气体端面密封的三维型槽，所述的三维型槽在密封端面上呈周期性排布，沿环面中心对称分布，所述三维型槽之间的非开槽区域构成密封堰，其特征在于：所述三维型槽由具有似羽毛织构特征底面的泵汲槽和螺旋槽组成，所述的泵汲槽是沿径向分布，所述泵汲槽位于密封端面的上游，所述泵汲槽的深度从上游至下游逐渐变浅；所述泵汲槽与螺旋槽相连接，所述螺旋槽的迎风侧壁的螺旋线的螺旋角大于背风侧壁的螺旋线的螺旋角，所述螺旋槽的深度从上游至下游逐渐变浅；在所述螺旋槽的下游还设有一连续的平面环带密封坝。

进一步，所述三维型槽的基础底面的最小深度h₀：0≤h₀≤5μm；所述似羽毛织构的数量n：0≤n＜∞，所述似羽毛织构的深度h₁：1.5μm≤h₁≤30μm；所述似羽毛织构的长轴和短轴的长度比γ：1.0≤γ≤18，所述长轴与来流方向平行，所述短轴与来流方向垂直，且靠近来流方向的织构γ值较小，1.0≤γ≤2.0，远离来流方向的织构γ值较大，2.0＜γ≤18；所述泵汲槽的深度h₂＝0～150μm；所述螺旋槽与端面上游即高压侧的最小径向距离l₂：l₂＝0.05W，所述螺旋槽与下游即低压侧的最大径向距离l₃：l₃＝7W/9，W为密封端面宽度，所述螺旋槽的深度h₃＝0～150μm。

进一步，所述泵汲槽两侧的径向长度有差异，长侧壁长度是短侧壁长度的1～4倍。

进一步，所述螺旋槽在相同半径处的深度沿型槽开槽面的旋转方向逐渐变深。

进一步，所述螺旋槽是沿其与所述泵汲槽连接处对称分布的双向槽。

或者，所述螺旋槽是沿其与所述泵汲槽连接处单向分布的单向槽。