[发明专利]一种接触式固体颗粒填料迷宫密封结构

说明书

本发明涉及一种接触式固体颗粒填料迷宫密封结构，属于密封结构领域。包括用于连通两种介质空间的填料函，所述填料函在靠近某一介质空间的一侧设有填料固定挡板；所述填料函内在所述填料固定挡板上铺设第一固体颗粒，所述第一固体颗粒的铺设宽度填充整体填料函截面。在填料函填充预紧的球形颗粒，使颗粒之间形成微小的迷宫通道；形成的迷宫通道具有传统迷宫密封的增加介质阻损的作用。因为颗粒物的宏观流动变形特性，该密封结构还具有软填料密封的自适应性优点；同时因为球形颗粒的滚动耐磨特性，这样的密封结构比传统软填料密封使用寿命更长；这种密封结构所使用的材质是易于获得的普通工程材料，成本低廉。

技术领域

本发明属于密封结构领域，涉及一种接触式固体颗粒填料迷宫密封结构。

背景技术

在运动机械结构中，常用圆柱套筒副(具有转动和(或)移动自由度)或具有套管、轴结构的移动副(由于无转动自由度，套管和轴截面不一定为圆形)，这样的结构有时运用在高温、高压介质容器中。对上述的运动副间隙进行密封，防止介质容器中的介质泄漏是应用中必须解决的问题。

传统应用中，对于不存在高温介质的运动结构，常常使用橡胶密封圈进行密封，取得了较好的效果；但是当运动结构的径向尺寸较大，例如一般达到1米以上的尺寸，密封的可靠性常常不佳，加工成本也大幅增加；进一步，当运动结构一端或两端存在高温介质时，运动结构受热变形以及高温使橡胶密封圈的应用几乎不可能。解决上述问题的传统办法常常是应用特殊的密封结构以及开发耐高温密封材料。对于高温问题，尽管已开发出一些对运动结构的冷却技术，但由于实际高温介质常常是温度不稳定地，运动结构的变形几乎是不可避免的。目前公知技术主要有两种结构解决上述问题：一是采用柔性石墨盘根填料密封结构，二是采用迷宫密封。但这两种技术在某些工况环境中均存在缺陷：采用柔性石墨填料的缺陷在于磨损消耗较快；采用迷宫密封由于介质压力的不稳定，常常是易于泄漏的。

总结上述问题：其主要技术矛盾在于密封结构对磨损的适应性需求和密封泄漏之间的矛盾(即可理解为，迷宫结构为了适应磨损必须面对泄漏问题，软填料结构为了减少泄漏又必须面对磨损问题)。进一步阐述，软填料密封技术和迷宫密封技术几乎是朝着矛盾的两个极端方向发展：(1)软填料密封能在运行初期解决泄漏问题，但磨损较快，即使采用更耐磨的材料结构以及自动压紧技术，但效果改善仍然不能满足用户日益增长的需求；(2)传统的迷宫密封及其改进结构几乎不存在磨损消耗，但受到制造精度和高温变形限制，缝隙不可避免，从而泄漏是不可避免的。对于某些重要的应用场景，由于不能忍受填料密封的过快损耗，不得不采用迷宫密封，对于迷宫密封的泄漏问题只能接受。近二十几年来，逐渐兴起的刷式密封结构其初始目的是对上述提到的重要应用场景的迷宫密封的替代结构，也是对技术矛盾的调和——通过密排的刷丝(刷丝之间不是刚性固连但又互相接触形成微小缝隙)，兼具填料密封的宏观柔弹性、自适应优点和迷宫密封的增阻损的优点(由于刷丝之间缝隙非常小，阻损比传统迷宫密封大幅提升)。但是，目前刷式密封主要还是应用在航空、军工、电力领域的发动机、涡轮机等高端、重要设备上，其主要原因在于：为了保证刷丝工作可靠、耐磨，刷丝采用的是如钴合金这样的昂贵材料，其制造成本自然也是高昂的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种接触式固体颗粒填料迷宫密封结构，以达到长寿、耐磨且自适应接触和增强迷宫效果的技术目的，旨在采用易于获得且成本低廉的材料，降低结构的加工精度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种接触式固体颗粒填料迷宫密封结构，包括用于连通两种介质空间的填料函，所述填料函在靠近某一介质空间的一侧设有填料固定挡板；所述填料函内在所述填料固定挡板上铺设第一固体颗粒，所述第一固体颗粒的铺设宽度填充整体填料函截面。

可选的，所述填料函设置在外轴套与轴组成的运动副之间。

可选的，所述第一固体颗粒为球形颗粒。

可选的，所述第一固体颗粒表面经耐磨处理。