[实用新型]似叠罗汉复合槽深型槽气体润滑端面机械密封结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种旋转式流体机械的流体动压型气体润滑端面机械密封结构，特别涉及一种含有基础动压槽和似叠罗汉型槽的复合槽深端面密封结构，适用于各种压缩机、风机、泵和反应釜等旋转机械轴端的气膜端面密封。

背景技术

干气密封自上世纪60年代开发以来，以其独特的性能优势在离心压缩机、风机等中高速旋转机械上得到广泛应用。干气密封是通过在密封端面上开设型线为螺旋线、直线或圆弧线的动压槽，当动环旋转时，利用动压槽较强的动静压效应将气体介质泵入密封端面，进入密封端面的气体在槽根处受阻升压，产生一定的流体动静压力以推开端面，从而使干气密封能维持在一层微米级气膜的条件下非接触运行，但是现有干气密封在中高速旋转机械的使用过程中仍存在着泄漏率高、气膜刚度不够大、抗高速扰动能力差等问题，失效事故时有发生。

为减小干气密封在高速条件下的泄漏率，提高密封性，美国专利一种螺旋槽端面密封(US6152452)提出一种似八字形的螺旋槽结构，其在密封端面上游侧设有将气体介质泵入密封端面的顺流泵送槽，而在端面下游侧设有将泄漏气体反泵回上游侧的逆流泵送槽，在同一组顺流泵送槽和逆流泵送槽径向间设有不开槽的周向密封坝。这种结构虽然能有效地降低密封介质向内径侧的泄漏，但是其气膜刚度会有一定程度的下降，不利于高速条件下气膜的稳定。

为提高高速条件下螺旋槽干气密封的气膜刚度，改善运行稳定性，中国专利双螺旋槽三维螺旋槽端面密封装置(CN2594554Y)，三维似羽毛织构底面型槽气体端面密封结构(CN101644333A)及美国专利非接触式机械端面密封(US5441283A)等，公开文献如仿生多叶翼型槽干式气体端面密封的性能研究(见《摩擦学学报》，2013年第33卷第4期：pp372-381)，上述端面密封在型槽设计上相较于普通单向螺旋槽干气密封在高速条件下具有一定的性能优势，但是仍存在高速运行时泄漏率较高，综合密封性能不佳等不足。

发明内容

本实用新型要克服干气密封在高速高压条件运行时所存在的泄漏率高、气膜刚度不够大的问题，提供一种在高速高压条件下端面流体动压强，气膜刚度大，泄漏率低的似叠罗汉复合槽深气体端面机械密封结构。

本实用新型的技术方案是：

似叠罗汉复合槽深型槽气体润滑端面机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，所述动环或静环端面的一侧为高压侧即上游，所述动环或静环端面的另一侧为低压侧即下游，其特征为：所述动环和静环中至少一个密封环的端面上开设有多个沿圆周方向呈螺旋状均匀分布的似叠罗汉复合槽深型槽，所述的似叠罗汉复合槽深型槽从上游到下游逐渐变窄；所述似叠罗汉复合槽深型槽由基础动压型槽和似叠罗汉型槽组成，所述基础动压槽开设在端面上游，所述基础动压槽的槽底面上设有似叠罗汉型槽，似叠罗汉型槽的深度从上游至下游逐渐变浅；所述似叠罗汉型槽由多排子槽拼接而成，同一排的相邻子槽之间由深度与基础动压型槽深度相等的密封堰隔断；下游一侧的子槽跨骑在上游一侧的相邻排的两个子槽间的密封堰上；

所述似叠罗汉复合槽深型槽的端面下游设有密封坝。

进一步，下游一侧的子槽与所跨骑的上游一侧的密封堰的两侧的子槽贯通。

或者，下游一侧的子槽与所跨骑的上游一侧的密封堰的两侧的子槽之间被与基础动压槽深度相等的扇形密封堰隔开。

更进一步，下游一侧的子槽的宽度小于上游一侧的相邻排的子槽。

优选地，所述似叠罗汉型槽由3排子槽拼接而成，其中位于上游一排的子槽有3个，下游一排的子槽有1个，中间排的子槽有2个。

进一步，所述基础动压槽在槽根半径r_g处的圆弧夹角θ_gi与在外径r_o处的圆弧夹角θ_go之比θ_gi/θ_go＝0～1；所述基础动压槽在外径r_o处的圆弧夹角θ_g与对应密封堰在同一半径处的圆弧夹角θ_l之比θ_g/θ_l的选值范围为θ_g/θ_l＝0.5～8；所述基础动压槽的深度h₀选值范围为0～10μm，所述似叠罗汉型槽的深度h_i选值范围为1～30μm。