专利名称:气体润滑仿鸟翅膀形型槽端面密封结构的制作方法
【专利摘要】气体润滑仿鸟翅膀形型槽端面密封结构，包括端面密封的两个密封环，即动环和静环，所述动环和静环中至少一个密封环的端面上设有多个仿鸟翅膀形型槽，所述仿鸟翅膀形型槽由仿尾羽形型槽和仿飞羽形型槽组成，所述的仿尾羽形型槽具有燕尾状开叉的尾部，所述的仿飞羽形型槽大致呈具有粗端和尾尖端的牛角形，所述的仿尾羽形型槽横列在所述的仿飞羽形型槽的粗端，所述的仿飞羽形型槽的粗段和所述的仿尾羽形型槽的粗端迎向气流；所述的多个仿鸟翅膀形型槽排列成仿鸟翅膀形型槽环带；所述仿鸟翅膀形型槽环带之间有环形次密封坝，所述端面上的低压侧设有环形主密封坝，所述端面上的高压侧设有引流槽；所述引流槽和仿鸟翅膀形型槽均为微米尺度的浅槽；所述仿飞羽形型槽的深度沿气流方向逐渐变浅。本实用新型具有稳定好，抗磨损，使用寿命长的特点。
【专利说明】气体润滑仿鸟翅膀形型槽端面密封结构
【技术领域】
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[0001]本实用新型涉及一种旋转式流体机械的气体润滑端面机械密封结构，特别涉及一种气体润滑仿鸟翅膀形型槽端面密封结构，适用于各种压缩机、泵和釜等旋转设备转轴用的轴端密封装置，特别适合于中低压或中低速场合下启停频繁的气封介质轴端密封，属于机械端面密封【技术领域】。
【背景技术】
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[0002]公知的流体动压型槽端面机械密封，还存在一些不足之处，例如:当螺旋槽等型槽端面非接触式机械密封正常运行时，端面型槽产生流体动压而使端面开启力增大，流体膜厚增加导致泄漏率也升高(见美国专利US5180173);另外当非接触式机械密封启动时，由于动压开启力过小端面间缺少流体润滑而导致摩擦热上升并伴随产生磨损、变形甚至热裂，因此密封寿命较短。为了克服上述不足，美国专利公开了一种流体动压型双列螺旋槽端面密封装置(US5201531)、八字型螺旋槽端面密封(US6152452，US6655693)及端面设有润滑介质供给孔和/或分布槽的流体动静压型端面密封(US7044470)，公开文献典型的代表作也对流体动静压型端面密封的几何结构参数优化设计进行了研宄(见《中国科学.E辑一技术科学》，2007年第50卷第4期:pp448-453)，上述端面密封在设计上相比于单列螺旋槽流体动压型槽端面密封效果比较明显，但是前两者在机械密封启动瞬间润滑介质很难进入端面，因此端面磨损不可避免，而后两者要求密封系统的外围供气或供液压力或流量非常精确，大大增加了密封的成本和维护难度。
【发明内容】
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[0003]本实用新型要克服现有技术的气体润滑非接触式机械密封启动时密封端面磨损导致密封失效、开启力过小致使端面不能及时打开的问题，提供一种低速低压操作条件下开启性能好、稳定性好、能有效防止在启动和停车期间端面磨损的仿鸟翅膀形型槽端面密封。
[0004]本实用新型的技术方案:
[0005]气体润滑仿鸟翅膀形型槽端面密封结构，包括端面密封的两个密封环，即动环和静环，其特征是:所述动环和静环中至少一个密封环的端面上设有多个仿鸟翅膀形型槽，所述仿鸟翅膀形型槽由仿尾羽形型槽3和仿飞羽形型槽2组成，所述的仿尾羽形型槽3具有燕尾状开叉的尾部，所述的仿飞羽形型槽2大致呈具有粗端和尾尖端的牛角形，所述的仿尾羽形型槽3横列在所述的仿飞羽形型槽2的粗端，所述的仿飞羽形型槽2的粗段和所述的仿尾羽形型槽3的粗端迎向气流；所述的多个仿鸟翅膀形型槽排列成仿鸟翅膀形型槽环带；所述仿鸟翅膀形型槽环带之间有环形次密封坝5，所述端面上的低压侧设有环形主密封坝6，所述端面上的高压侧设有引流槽I ;所述引流槽和仿鸟翅膀形型槽均为微米尺度的浅槽；所述仿飞羽形型槽的深度沿气流方向逐渐变浅。
[0006]进一步，所述仿鸟翅膀形型槽依照端面上某一圆周对称布置，形成一对翅膀状型槽，所述圆周的半径R。取值范围为:R ib-d。JRc^Rib-UP,其中Rib_dOTn为端面上低压侧仿鸟翅膀形型槽环带的外半径，Riwp为高压侧仿鸟翅膀形型槽环带的内半径。
[0007]进一步，所述引流槽从高压侧到低压侧深度逐渐变浅，其高压侧深度为10?30 μ m，低压侧深度为2?4 μ m ;所述引流槽的槽根半径Rig取值范围为:R ib_up< R ig〈R。，其中Rib-up为高压侧第一条仿鸟翅膀形型槽环带的内半径，R。为端面外半径。
[0008]或进一步，所述仿鸟翅膀形型槽沿同一半径方向从端面上的高压侧到低压侧的分布数量为I?10，优选数量为I?3。
[0009]进一步，所述仿飞羽形型槽的入口边界和所述仿尾羽形型槽的左边界之间的对接形式可以为下列之一:无缝对接、平行分离、非平行分离。
[0010]进一步，所述仿尾羽形型槽的形状为飞鸟尾羽形，其边界型线可以为下列之一:螺旋线、圆弧线、直线。
[0011]进一步，所述仿飞羽形型槽的形状为飞羽形，其边界型线可以为下列之一:螺旋线、圆弧线、直线。
[0012]进一步，所述仿鸟翅膀形型槽在所述端面上的布置可以为下列形式之一:单排排列、对称排列、顺序排列、非对称排列。
[0013]进一步，所述仿鸟翅膀形型槽的槽深为0.1?100 μ m ;其中，所述仿尾羽形型槽的深度为8?100 μ m ;所述仿飞羽形型槽的深度为0.1?100 μ m ;所述仿尾羽形型槽的槽深比所述仿飞羽形型槽的最大槽深大0.1?2.5 μ m。
[0014]进一步，所述仿鸟翅膀形型槽的槽深优选值为I?20 μm ;其中，所述仿尾羽形型槽的深度优选值为10?20 μ m ;所述仿飞羽形型槽的深度优选值为I?15 μ m。
[0015]本实用新型适用于各种压缩机、泵和釜等旋转设备转轴用的轴端密封装置，特别适合于中低压或中低速场合下启停频繁的气体介质轴端密封。
[0016]本实用新型的优点是:
[0017]1.采用仿鸟翅膀形型槽，可以进一步增大端面上的高压区域和动压效应，因此提高了端面开启性能，降低了启停期间端面磨损的概率，同时也可保证密封在正常操作条件下的稳定开启运行。
[0018]2.采用仿尾羽形型槽与变深仿羽翼形型槽相结合的方式，可以显著提高机械密封在开启和正常运转时的开启力和刚度，从而确保密封的稳定、长寿命运行。
[0019]3.采用从高压侧到低压侧型槽深度逐渐变浅的引流槽，使介质得以顺利流入密封端面之间，启动或停车期间提高了气体泵入端面后的压力值，从而有效防止端面磨损。
[0020]4.采用仿鸟翅膀形型槽环带围绕某一圆周的对置排列，可在降低密封泄漏率的同时进一步提尚端面开启特性和稳定性。
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型实施例一的端面结构示意图。
[0022]图2为本实用新型中仿鸟翅膀形型槽端面密封结构的一个周期示意图。
[0023]图3为本实用新型实施例二的仿鸟翅膀形型槽的结构示意图。
[0024]图4为本实用新型实施例三的不同形状引流槽结构示意图。
[0025]图5为本实用新型实施例四的不同排列仿鸟翅膀形型槽环带结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]实施例一
[0027]参见图1、2，气体润滑仿鸟翅膀形型槽端面密封结构，它包括端面密封的动环和静环，其特征是:所述动环和静环中至少一个密封环的端面上设有多个仿鸟翅膀形型槽，所述仿鸟翅膀形型槽由仿尾羽形型槽3和仿飞羽形型槽2组成，所述的仿尾羽形型槽3具有燕尾状开叉的尾部，所述的仿飞羽形型槽2大致呈具有粗端和尾尖端的牛角形，所述的仿尾羽形型槽3横列在所述的仿飞羽形型槽2的粗端，所述的仿飞羽形型槽2的粗段和所述的仿尾羽形型槽3的粗端迎向气流；所述的多个仿鸟翅膀形型槽排列成仿鸟翅膀形型槽环带；所述仿鸟翅膀形型槽环带之间有环形次密封坝5，所述端面上的低压侧设有环形主密封坝6，所述端面上的高压侧设有引流槽I ;所述引流槽和仿鸟翅膀形型槽均为微米尺度的浅槽；所述仿飞羽形型槽的深度沿气流方向逐渐变浅。
[0028]进一步，所述仿鸟翅膀形型槽依照端面上某一圆周对称布置，形成一对翅膀状型槽，所述圆周的半径R。取值范围为:R ib-d。JRc^Rib-UP,其中Rib_dOTn为端面上低压侧仿鸟翅膀形型槽环带的外半径，Riwp为高压侧仿鸟翅膀形型槽环带的内半径。
[0029]进一步，所述引流槽从高压侧到低压侧深度逐渐变浅，其高压侧深度为10?30 μ m，低压侧深度为2?4 μ m ;所述引流槽的槽根半径Rig取值范围为:R ib_up< R ig〈R。，其中Rib-up为高压侧第一条仿鸟翅膀形型槽环带的内半径，R。为端面外半径。
[0030]或进一步，所述仿鸟翅膀形型槽沿同一半径方向从端面上的高压侧到低压侧的分布数量为I?10，优选数量为I?3。
[0031]进一步，所述仿飞羽形型槽的入口边界和所述仿尾羽形型槽的左边界之间的对接形式可以为下列之一:无缝对接、平行分离、非平行分离。
[0032]进一步，所述仿尾羽形型槽的形状为飞鸟尾羽形，其边界型线可以为下列之一:螺旋线、圆弧线、直线。
[0033]进一步，所述仿飞羽形型槽的形状为飞羽形，其边界型线可以为下列之一:螺旋线、圆弧线、直线。
[0034]进一步，所述仿鸟翅膀形型槽在所述端面上的布置可以为下列形式之一:单排排列、对称排列、顺序排列、非对称排列。
[0035]进一步，所述仿鸟翅膀形型槽的槽深为0.1?100 μ m ;其中，所述仿尾羽形型槽的深度为8?100 μ m ;所述仿飞羽形型槽的深度为0.1?100 μ m ;所述仿尾羽形型槽的槽深比所述仿飞羽形型槽的最大槽深大0.1?2.5 μ m。
[0036]进一步，所述仿鸟翅膀形型槽的槽深优选值为I?20 μm ;其中，所述仿尾羽形型槽的深度优选值为10?20 μ m ;所述仿飞羽形型槽的深度优选值为I?15 μ m。
[0037]本实施例的仿鸟翅膀形型槽由仿尾羽形型槽3和仿飞羽形型槽2无缝连接组成。
[0038]实施例二
[0039]参见图3，本实施例与实施例一不同之处是仿尾羽形型槽3和仿飞羽形型槽2之间的连接形式是下列之一:平行分离、非平行分离、部分重叠。其余结构和功能与实施例一相同。
[0040]实施例三
[0041]参见图4，本实施例与实施例一不同之处是引流槽可以为下列形式之一:矩形槽、T型槽、U型槽、V型槽。其余结构和功能与实施例一相同。
[0042]实施例四
[0043]参见图5，本实施例与实施例一不同之处是由仿尾羽形型槽3和仿飞羽形型槽2组成的仿鸟翅膀形型槽在端面上的布置可以为下列形式之一:单排排列、双排顺排列、三排非对置排列或四排对置式排列，其中单排排列适用于密封腔体尺寸或端面尺寸较小，密封性要求不高的场合；相比于单排排列，双排顺排列适用于对密封性、稳定性要求较高的场合；三排或四排排列则适用于密封性、稳定性更高的场合。其余结构和功能与实施例一相同。
[0044]本说明书实施例所述的内容仅仅是对本实用新型构思的实现形式的举例，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。
【权利要求】
1.气体润滑仿鸟翅膀形型槽端面密封结构，包括端面密封的两个密封环，即动环和静环，其特征是:所述动环和静环中至少一个密封环的端面上设有多个仿鸟翅膀形型槽，所述仿鸟翅膀形型槽由仿尾羽形型槽(3)和仿飞羽形型槽(2)组成，所述的仿尾羽形型槽(3)具有燕尾状开叉的尾部，所述的仿飞羽形型槽(2)大致呈具有粗端和尾尖端的牛角形，所述的仿尾羽形型槽(3)横列在所述的仿飞羽形型槽(2)的粗端，所述的仿飞羽形型槽(2)的粗段和所述的仿尾羽形型槽(3)的粗端迎向气流；所述的多个仿鸟翅膀形型槽排列成仿鸟翅膀形型槽环带；所述仿鸟翅膀形型槽环带之间有环形次密封坝(5)，所述端面上的低压侧设有环形主密封坝出)，所述端面上的高压侧设有引流槽(I);所述引流槽和仿鸟翅膀形型槽均为微米尺度的浅槽；所述仿飞羽形型槽的深度沿气流方向逐渐变浅。2.根据权利要求1所述的气体润滑仿鸟翅膀形型槽端面密封结构，其特征在于:所述仿鸟翅膀形型槽依照端面上某一圆周对称布置，形成一对翅膀状型槽，所述圆周的半径R。取值范围为:Rib-d?< RcX Rib-up，其中Rib-d。?为端面上低压侧仿鸟翅膀形型槽环带的外半径，Rib-up为高压侧仿鸟翅膀形型槽环带的内半径。3.根据权利要求2所述的气体润滑仿鸟翅膀形型槽端面密封结构，其特征在于:所述引流槽从高压侧到低压侧深度逐渐变浅，其高压侧深度为10?30 μ m，低压侧深度为2?4 ym;所述引流槽的槽根半径Rig取值范围为:R ib_up彡R ig< R。，其中Rib_up为高压侧第一条仿鸟翅膀形型槽环带的内半径，R。为端面外半径。4.根据权利要求3所述的气体润滑仿鸟翅膀形型槽端面密封结构，其特征在于:所述仿飞羽形型槽的入口边界和所述仿尾羽形型槽的左边界之间的对接形式可以为下列之一:无缝对接、平行分离、非平行分离。5.根据权利要求4所述的气体润滑仿鸟翅膀形型槽端面密封结构，其特征在于:所述仿尾羽形型槽的形状为飞鸟尾羽形，其边界型线可以为下列之一:螺旋线、圆弧线、直线。6.根据权利要求5所述的气体润滑仿鸟翅膀形型槽端面密封结构，其特征在于:所述仿飞羽形型槽的形状为飞羽形，其边界型线可以为下列之一:螺旋线、圆弧线、直线。7.根据权利要求6所述的气体润滑仿鸟翅膀形型槽端面密封结构，其特征在于:所述仿鸟翅膀形型槽在所述端面上的布置可以为下列形式之一:单排排列、对称排列、顺序排列、非对称排列。8.根据权利要求7所述的气体润滑仿鸟翅膀形型槽端面密封结构，其特征在于:所述仿鸟翅膀形型槽的槽深为0.1?100 μ m ;其中，所述仿尾羽形型槽的深度为8?100 μ m ;所述仿飞羽形型槽的深度为0.1?100 μ m ;所述仿尾羽形型槽的槽深比所述仿飞羽形型槽的最大槽深大0.1?2.5 μ m。9.根据权利要求8所述的气体润滑仿鸟翅膀形型槽端面密封结构，其特征在于:所述仿鸟翅膀形型槽的槽深优选值为I?20μπι;其中，所述仿尾羽形型槽的深度优选值为10?20 μ m ;所述仿飞羽形型槽的深度优选值为I?15 μ m。10.根据权利要求2所述的气体润滑仿鸟翅膀形型槽端面密封结构，其特征在于:所述仿鸟翅膀形型槽沿同一半径方向从端面上的高压侧到低压侧的分布数量为I?10。
【文档编号】F16J15-34GK204284454SQ201420438739
【发明者】彭旭东, 江锦波, 刘鑫, 白少先, 陈源, 李纪云 [申请人]浙江工业大学