一种具有收敛型密封间隙的泵入式螺旋槽干气密封结构的制作方法

本发明涉及一种具有收敛型密封间隙的泵入式螺旋槽干气密封结构，属于机械密封技术领域。

背景技术：

干气密封是通过密封间隙内一层微米级厚度的气膜来阻止被密封介质泄漏的。因此气膜的形状是影响密封性能的关键因素。改良干气密封环的端面结构，是当前提升干气密封性能和延长密封使用寿命的常用手段。目前，关于螺旋槽干气密封的改良一般体现在槽的结构形式或槽分布形式方面，对于密封环端面的改良还很少，虽然已有学者提出在螺旋槽干气密封端面加工锥面（cn103090006b），但该案例适用于高压、高速工况，同时所构成的密封间隙为发散型间隙。

常用的螺旋槽干气密封属于动压型干气密封，其密封间隙内的气膜为平行气膜，可以利用气体在动压槽内产生的动压效应实现干气密封的开启，具有高开启力、高刚度等特点，一般运用于高速旋转机械中。在普通离心泵、反应釜等转速较低的旋转机械中，动压型干气密封的稳定性和可靠性不能得到满意的保证，而适用于低速工况的静压型干气密封虽然在启停时具有较大的开启力，但是较动压型干气密封而言，静压型干气密封存在着结构冗杂、泄漏率高、影响其密封性能的外部因素较多等缺点。因此如何在低速工况中有效地应用动压型干气密封，同时能保证干气密封运行的稳定性，是亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有收敛型密封间隙的泵入式螺旋槽干气密封结构，结合动压式和静压式密封技术，通过对密封环中靠内径处的端面进行改进，将螺旋槽干气密封间隙由常见的平行间隙变成收敛型间隙，能够在低速工况中实现螺旋槽干气密封结构的应用，使螺旋槽干气密封结构在运行时同时具有动压效应和静压效应，从而提高开启力，降低泄漏率。

本发明的技术方案是：

一种具有收敛型密封间隙的泵入式螺旋槽干气密封结构，包括两个密封环，即动环1和静环3，在其中任意一个密封环端面外径侧周向均匀地开有4~40个螺旋槽8，槽深为3~100μm，螺旋角为1°~90°，气体沿径向从外径侧向内径侧流动；在任意一个密封环端面靠内径处的位置加工有一个过渡面6，使两个密封环间的密封间隙沿气体的流动方向形成收敛型密封间隙2，过渡面6的形式可以为锥面、球面、椭球面或其它曲面等非平面形式；

收敛型密封间隙2主要由三个关键参数决定：过渡面6起始处至密封环端面圆心的距离r1；过渡面6的轴面投影轮廓与轴线之间的夹角θ；密封坝区ⅰ5与密封坝区ⅱ7之间的轴向高度差hs（过渡面6将密封环端面未开槽区域分为三个部分：密封坝区ⅰ5——即靠近外径的密封坝区、过渡面6和密封坝区ⅱ7——即靠近内径的密封坝区）。

过渡面6起始处至密封环端面圆心的距离r1为密封环内径ri的1.01~1.18倍；过渡面6的轴面投影轮廓与轴线之间的夹角θ为0°~80°；密封坝区ⅰ5与密封坝区ⅱ7之间的轴向高度差hs为螺旋槽干气密封平衡膜厚h0的0.1~0.9倍。

本发明的有益效果：

本发明在密封环端面靠内径处加工具有非平面形式的类台阶结构，使密封间隙在气体的流动方向上呈收敛型，可以提高开启力，减小泄漏率。以外径为77.78mm，内径为58.42mm，槽根半径为69mm，转速为1087.08rad/s，进口压力为5mpa，出口压力为0.1013mpa，平衡膜厚为5.08μm，槽深为5μm的平行间隙泵入式螺旋槽干气密封结构作为比较对象，选取过渡面起始处至密封环端面圆心的距离=1.1×密封环内径，两坝区之间的轴向高度差hs为0.6h0，过渡面轴面投影轮廓与轴线之间的夹角θ为80°的本发明所述的具有收敛型密封间隙的泵入式螺旋槽干气密封结构作比较，结果为，本发明所述的具有收敛型密封间隙的泵入式螺旋槽干气密封结构开启力能提升18.404%，泄漏率能降低85.955%。

附图说明

图1为实施例1所述具有收敛型密封间隙的泵入式螺旋槽干气密封结构示意图；

图2为图1a-a剖面图；

图3为实施例2所述具有收敛型密封间隙的泵入式螺旋槽干气密封结构示意图；

图4为图3b-b剖面图；

图5为实施例3所述具有收敛型密封间隙的泵入式螺旋槽干气密封结构示意图；

图6为图5c-c剖面图；

图7为实施例4所述具有收敛型密封间隙的泵入式螺旋槽干气密封结构示意图；

图8为图7d-d剖面图。

图中：1-动环，2-收敛型密封间隙，3-静环，4-旋转轴，5-密封坝区ⅰ，6-过渡面，7-密封坝区ⅱ，8-螺旋槽，9-相邻两个螺旋槽之间的台区，r1-过渡面起始处至密封环端面圆心的距离，ri-密封环内径。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明，但本发明的内容并不限于所述范围。

实施例1

如图1和图2所示，一种具有收敛型密封间隙的泵入式螺旋槽干气密封结构，包括两个密封环，即动环1和静环3，在动环1端面外径侧周向均匀地开有12个螺旋槽8，槽深为3μm，螺旋角为15°，气体沿径向从外径侧向内径侧流动；在动环1端面靠内径处的位置加工有一个过渡面6，使两个密封环间的密封间隙沿气体的流动方向形成收敛型密封间隙2，过渡面6的形式为锥面；

过渡面6起始处至密封环端面圆心的距离r1为密封环内径ri的1.01倍；过渡面6轴面投影轮廓与轴线之间的夹角θ为76°；密封坝区ⅰ5与密封坝区ⅱ7之间的轴向高度差hs为螺旋槽干气密封平衡膜厚h0的0.3倍。

实施例2

如图3和图4所示，一种具有收敛型密封间隙的泵入式螺旋槽干气密封结构，包括两个密封环，即动环1和静环3，在静环3端面外径侧周向均匀地开有6个螺旋槽8，槽深为100μm，螺旋角为5°，气体沿径向从外径侧向内径侧流动；在动环1端面靠内径处的位置加工有一个过渡面6，使两个密封环间的密封间隙沿气体的流动方向形成收敛型密封间隙2，过渡面6的形式为球面；

过渡面6起始处至密封环端面圆心的距离r1为密封环内径ri的1.15倍；过渡面6轴面投影轮廓与轴线之间的夹角θ为0°；密封坝区ⅰ5与密封坝区ⅱ7之间的轴向高度差hs为螺旋槽干气密封平衡膜厚h0的0.1倍。

实施例3

如图5和图6所示，一种具有收敛型密封间隙的泵入式螺旋槽干气密封结构，包括两个密封环，即动环1和静环3，在动环1端面外径侧周向均匀地开有10个螺旋槽8，槽深为10μm，螺旋角为85°，气体沿径向从外径侧向内径侧流动；在静环3端面靠内径处的位置加工有一个过渡面6，使两个密封环间的密封间隙沿气体的流动方向形成收敛型密封间隙2，过渡面6的形式为椭球面；

过渡面6起始处至密封环端面圆心的距离r1为密封环内径ri的1.05倍；过渡面6轴面投影轮廓与轴线之间的夹角θ为60°；密封坝区ⅰ5与密封坝区ⅱ7之间的轴向高度差hs为螺旋槽干气密封平衡膜厚h0的0.9倍。

实施例4

如图7和图8所示，一种具有收敛型密封间隙的泵入式螺旋槽干气密封结构，包括两个密封环，即动环1和静环3，在静环3端面外径侧周向均匀地开有30个螺旋槽8，槽深为60μm，螺旋角为15°，气体沿径向从外径侧向内径侧流动；在静环3端面靠内径处的位置加工有一个过渡面6，使两个密封环间的密封间隙沿气体的流动方向形成收敛型密封间隙2，过渡面6的形式为不规则曲面；

过渡面6起始处至密封环端面圆心的距离r1为密封环内径ri的1.1倍；过渡面6轴面投影轮廓与轴线之间的夹角θ为30°；密封坝区ⅰ5与密封坝区ⅱ7之间的轴向高度差hs为螺旋槽干气密封平衡膜厚h0的0.6倍。