一种仿鱼骨型干气密封结构

摘要

本发明公开了一种仿鱼骨型干气密封结构，包括动环和静环；其中，动环和静环端面的外径侧为密封进口，即高压侧，内径侧为密封出口，即低压侧；动环和静环至少一个端面上的高压侧沿周向均匀分布有若干仿鱼骨型槽；周向相邻两个仿鱼骨型槽之间的非开孔区域为密封堰(4)，在仿鱼骨型槽下方设有环形的密封坝(8)。本发明具有开启能力强、稳定性高、泄漏量低、可减小密封端面变形、可双向旋转等显著优势，具有广阔的市场前景。

权利要求

1.一种仿鱼骨型干气密封结构，其特征在于，包括动环和静环；其中，动环和静环端面的外径侧为密封进口，即高压侧，内径侧为密封出口，即低压侧；动环和静环至少一个端面上的高压侧沿周向均匀分布有若干仿鱼骨型槽；周向相邻两个仿鱼骨型槽之间的非开孔区域为密封堰(4)，在仿鱼骨型槽下方设有环形的密封坝(8)；

每个仿鱼骨型槽均包括径向引流槽(1)，以及与径向引流槽(1)相连的正向螺旋槽(2)、反向螺旋槽(3)和“鱼尾”组合槽(7)；径向引流槽(1)沿径向收敛，正向螺旋槽(2)和反向螺旋槽(3)关于径向引流槽(1)的中轴线对称，连接在径向引流槽(1)的两侧，正向螺旋槽(2)和反向螺旋槽(3)沿径向从高压区到低压区呈先增大后减小变化趋势，在密封端面中部的螺旋槽最大；“鱼尾”组合槽(7)关于径向引流槽(1)的中轴线对称；周向相邻两个仿鱼骨型槽的相邻螺旋槽之间通过圆弧槽(5)相连；正向螺旋槽(2)和反向螺旋槽(3)下游位置布置有方向性大孔(6)，且方向性大孔(6)选用椭圆形大孔(61)或菱形大孔(62)；密封坝(8)均匀开设有若干微孔(9)；

径向引流槽(1)的轮廓包括依次连接第一弧线(101)、第一直线(103)、第二弧线(102)和第二直线(104)，且第一直线(103)和第二直线(104)关于中轴线对称；

正向螺旋槽(2)的轮廓包括依次连接的第一圆弧线(22)、第一螺旋线(21)和第二圆弧线(23)，反向螺旋槽(3)的轮廓包括依次连接的第三圆弧线(32)、第二螺旋线(31)和第四圆弧线(33)；“鱼尾”组合槽(7)的轮廓包括依次连接的第五圆弧线(71)、第三螺旋线(72)、第六圆弧线(73)、第四螺旋线(74)和第七圆弧线(75)；

该密封结构的外径面均布有若干球窝/球凸换热结构(10)。

2.根据权利要求1所述的一种仿鱼骨型干气密封结构，其特征在于，该仿鱼骨型槽为等深槽、阶梯状不等深槽或锥角收敛型不等深槽。

3.根据权利要求1所述的一种仿鱼骨型干气密封结构，其特征在于，微孔(9)选用圆形微孔(91)、椭圆形微孔(92)、菱形微孔(93)或正方形微孔(94)。

4.根据权利要求1所述的一种仿鱼骨型干气密封结构，其特征在于，球窝/球凸换热结构(10)的布置方式顺排或错排，形状为球型、椭球型或泪滴状。

说明书

一种仿鱼骨型干气密封结构

技术领域

[0001] 本发明涉及一种仿鱼骨型干气密封结构，适用于各旋转机械密封。

背景技术

[0002] 随着科技发展，能源动力、石油化工等领域对密封结构提出了更高的要求。干气密封由于泄漏量低、磨损小、寿命长等显著优势，在旋转机械上得到了广泛应用。目前应用比较广泛的干气密封多为单向旋转密封，不适用于双向旋转机械。而现存的可双向旋转的干气密封，存在动压开启效应不强、泄漏量较高、密封端面变形大等缺点。鉴于此种情况，有必要研究可增强开启能力、降低端面温度、减小泄漏量、稳定运行的适用于双向旋转的密封结构。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种仿鱼骨型干气密封结构，其动压效应明显，开启能力强，稳定性高，可用于各旋转机械密封。

[0004] 本发明采用如下技术方案来实现的：

[0005] 一种仿鱼骨型干气密封结构，包括动环和静环；其中，动环和静环端面的外径侧为密封进口，即高压侧，内径侧为密封出口，即低压侧；动环和静环至少一个端面上的高压侧沿周向均匀分布有若干仿鱼骨型槽；周向相邻两个仿鱼骨型槽之间的非开孔区域为密封堰，在仿鱼骨型槽下方设有环形的密封坝。

[0006] 本发明进一步的改进在于，每个仿鱼骨型槽均包括径向引流槽，以及与径向引流槽相连的正向螺旋槽、反向螺旋槽和“鱼尾”组合槽；径向引流槽沿径向收敛，正向螺旋槽和反向螺旋槽关于径向引流槽的中轴线对称，连接在径向引流槽的两侧，正向螺旋槽和反向螺旋槽沿径向从高压区到低压区呈先增大后减小变化趋势，在密封端面中部的螺旋槽最大；“鱼尾”组合槽关于径向引流槽的中轴线对称。

[0007] 本发明进一步的改进在于，径向引流槽的轮廓包括依次连接第一弧线、第一直线、第二弧线和第二直线，且第一直线和第二直线关于中轴线对称。

[0008] 本发明进一步的改进在于，正向螺旋槽的轮廓包括依次连接的第一圆弧线、第一螺旋线和第二圆弧线，反向螺旋槽的轮廓包括依次连接的第三圆弧线、第二螺旋线和第四圆弧线；“鱼尾”组合槽的轮廓包括依次连接的第五圆弧线、第三螺旋线、第六圆弧线、第四螺旋线和第七圆弧线。

[0009] 本发明进一步的改进在于，周向相邻两个仿鱼骨型槽的相邻螺旋槽之间通过圆弧槽相连。

[0010] 本发明进一步的改进在于，正向螺旋槽和反向螺旋槽下游位置布置有方向性大孔，且方向性大孔选用椭圆形大孔或菱形大孔。

[0011] 本发明进一步的改进在于，该仿鱼骨型槽为等深槽、阶梯状不等深槽或锥角收敛型不等深槽。

[0012] 本发明进一步的改进在于，密封坝均匀开设有若干微孔，微孔选用圆形微孔、椭圆形微孔、菱形微孔或正方形微孔。

[0013] 本发明进一步的改进在于，该密封结构的外径面均布有若干球窝/球凸换热结构。

[0014] 本发明进一步的改进在于，球窝/球凸换热结构的布置方式顺排或错排，形状为球型、椭球型或泪滴状。

[0015] 本发明具有如下有益的技术效果：

[0016] 本发明提供的一种仿鱼骨型干气密封结构，包括动环和静环。动环和静环端面的外径侧为密封进口，即高压侧，内径侧为密封出口，即低压侧。动环和静环至少一个端面上的高压侧沿周向均匀分布有仿鱼骨型槽。周向相邻仿鱼骨型槽之间的非开孔区域为密封堰，在仿鱼骨型槽下方设有环形密封坝。本发明采用的仿鱼骨型干气密封结构，可双向旋转，开启能力强，端面压力分布均匀，端面温度低，泄漏量小，稳定性强。

[0017] 进一步，本发明中仿鱼骨型槽关于中轴线对称，适应双向旋转的工况，正向旋转和反向旋转均有良好的密封性能；径向引流槽呈收敛状，可增强动压效应，改善密封端面润滑状态；仿鱼骨型槽沿径向分布有多个螺旋槽结构，在径向形成多个高压区，相较于一般干气密封，动压效应明显增强，开启能力增强；密封旋转时，正向螺旋槽可形成明显动压效应，反向螺旋槽可将密封间隙内工质送回高压侧，减小泄漏量；“鱼尾”处圆弧槽可以使得密封端面周向压力分布平衡，减小力变形影响，同时增强密封稳定性；

[0018] 进一步，本发明中周向相邻两个仿鱼骨型槽的相邻螺旋槽之间的圆弧槽可使得密封端面周向压力分布均匀，减小力变形影响，同时增强密封稳定性；圆弧槽中气体的周向流动，增强了端面的阻尼效应，可降低泄漏量；

[0019] 进一步，本发明中螺旋槽下游位置布置的方向性大孔，起到导流作用，并可吸附固体颗粒，降低密封破坏风险；

[0020] 进一步，本发明密封坝布置微孔结构，可吸附固体颗粒，并增强密封内径区换热，降低密封端面温度，减小热变形影响；

[0021] 进一步，本发明密封环外径布置球窝/球凸换热结构，增强密封环换热，降低密封端面温度，减小热变形影响；

[0022] 进一步，本发明中各螺旋槽参数可以灵活调整，适应不同工况。

[0023] 综上所述，本发明所述的一种仿鱼骨型干气密封结构，可显著提升密封端面开启能力，降低端面温度，降低泄漏量，提高稳定性，减小密封端面变形，适用于正向或反向旋转的场合。

附图说明

[0024] 图1为本发明一种仿鱼骨型干气密封结构示意图。

[0025] 图2为本发明的仿鱼骨型槽形貌图。

[0026] 图3为本发明的等深仿鱼骨型槽截面图。

[0027] 图4为本发明的阶梯状不等深仿鱼骨型槽截面图。

[0028] 图5为本发明的锥型不等深仿鱼骨型槽截面图。

[0029] 图6为本发明的直线引流槽示意图。

[0030] 图7为本发明的圆弧引流槽示意图。

[0031] 图8为本发明的螺旋引流槽示意图。

[0032] 图9为本发明的波浪引流槽示意图。

[0033] 图10为本发明的方向性大孔示意图。

[0034] 图11为本发明的微孔示意图。

[0035] 图12为本发明密封环外径布置球窝/球凸结构示意图。

[0036] 图13为顺排布置球窝/球凸结构示意图。

[0037] 图14为错排布置球窝/球凸结构示意图。

[0038] 图15为球型球窝/球凸示意图。

[0039] 图16为椭球型球窝/球凸示意图。

[0040] 图17为泪滴状球窝/球凸示意图。

[0041] 图中：1为径向引流槽，2为正向螺旋槽，3为反向螺旋槽，4为密封堰，5为圆弧槽，6为方向性大孔，7为“鱼尾”组合槽、8为密封坝，9为微孔，10为球窝/球凸换热结构，21为第一螺旋线，22为第一圆弧线，23为第二圆弧线，31为第二螺旋线、32为第三圆弧线，33为第四圆弧线，61为椭圆形大孔，62为菱形大孔，71为第五圆弧线，72为第三螺旋线，73为第六圆弧线，74为第四螺旋线，75为第七圆弧线，91为圆形微孔，92为椭圆形微孔，93为菱形微孔，94为正方形微孔，101为第一弧线，102为第二弧线，103为第一直线，104为第二直线。

具体实施方式

[0042] 以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅局限于以下内容。在不脱离本发明上述思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

[0043] 参见图1，本发明提供的一种仿鱼骨型干气密封结构，包括动环和静环。动环和静环端面的外径侧为密封进口，即高压侧，内径侧为密封出口，即低压侧。动环和静环至少一个端面上的高压侧沿周向周期性排布有仿鱼骨型槽。所述仿鱼骨型槽由径向引流槽1、正向螺旋槽2、反向螺旋槽3和“鱼尾”组合槽7构成。径向引流槽1沿径向收敛，与正向螺旋槽2、反向螺旋槽3和“鱼尾”组合槽7相连，且其均关于中轴线对称。正向螺旋槽2和反向螺旋槽3沿径向从高压区到低压区呈先增大后减小变化趋势，在密封端面中部的螺旋槽最大。“鱼尾”组合槽7由关于中轴线对称的螺旋槽和圆弧槽构成。周向相邻仿鱼骨型槽的相邻螺旋槽之间有圆弧槽5相连。正向螺旋槽2和反向螺旋槽3下游位置布置有方向性大孔6。周向相邻仿鱼骨型槽之间的非开孔区域为密封堰4，在仿鱼骨型槽下方设有环形的密封坝8。密封坝8上布置微孔9。

[0044] 参见图2，仿鱼骨型槽包括径向引流槽1、正向螺旋槽2、反向螺旋槽3和“鱼尾”组合槽7。正向螺旋槽2的轮廓由第一螺旋线21、第一圆弧线22和第二圆弧线23构成。相对应的，反向螺旋槽3的轮廓由第二螺旋线31、第三圆弧线32和第四圆弧线33构成。“鱼尾”组合槽7的轮廓由第五圆弧线71、第三螺旋线72、第六圆弧线73、第四螺旋线74和第七圆弧线75构成。进一步，参见图3、图4及图5，仿鱼骨型槽可以设置为不同型式，如等深槽、阶梯状不等深槽、锥型不等深槽等。

[0045] 参见图6，直线径向引流槽1由第一弧线101、第二弧线102、第一直线103和第二直线104构成。其中，第一直线103和第二直线104关于中轴线对称。参见图7、图8及图9，径向引流槽型线还可布置成其他型式，如圆弧引流槽、螺旋引流槽、波浪引流槽。

[0046] 参见图10，方向性大孔6可选用椭圆形大孔61、菱形大孔62等型式。

[0047] 参见图11，微孔9可选用圆形微孔91、椭圆形微孔92、菱形微孔93和正方形微孔94等型式。

[0048] 参见图12，密封环外径面布置球窝/球凸换热结构10。参见图13、图14、图15、图16及图17，球窝/球凸换热结构10可以有不同布置方式及形状，布置方式可以为顺排或错排，形状可以为球型、椭球型、泪滴状等。

[0049] 本发明的工作原理如下：

[0050] 工作状态下，密封工质从外径侧高压区流入密封端面，径向引流槽1的引流作用将密封工质迅速引入端面，且收敛型结构对密封工质产生了很强的压缩效果。由于动环旋转，密封工质沿径向逐级进入各阶正向螺旋槽2，受到压缩，压力迅速升高，在密封端面形成了多个高压区。反向螺旋槽3将密封下游的部分气体送回高压侧，减少泄漏量。周向相邻两个仿鱼骨型槽的相邻螺旋槽根部之间的圆弧槽5使端面周向压力分布更加均匀，且改善了端面的润滑情况。螺旋槽5下游位置的方向性微孔，起到引流作用，并且可以吸附气体中的固体颗粒。仿鱼骨型槽的“鱼尾”组合槽7和圆弧槽5的组合结构进一步均匀分布了端面压力。密封坝区布置的微孔结构，进一步吸附固体颗粒，并可冷却密封端面。