一种蜂窝孔螺旋槽气体端面机械密封结构的制作方法

本发明涉及一种旋转式流体机械的气体端面机械密封结构，特别涉及一种含有蜂窝孔螺旋槽气体端面密封的结构，用于各种压缩机、汽轮机、膨胀机等旋转机械轴端的密封。

背景技术：

随着对于绿色、无环境污染、运转寿命长、可靠性高等要求的提出，干气密封越来越多的用于苛刻或高参数旋转机械的轴端密封中。自20世纪70年代以来，国内外干气密封研究人员和制造商开发了多种端面型槽，不仅改善了干气密封的动压开启性能和运行稳定性，而且改善了干气密封的密封性，确保了生产装置的安全稳定与长寿命运行。随着国际特别是中国经济的快速发展，流程工业得到迅猛发展，炼油行业的加氢裂化、煤化工行业的煤制油等工艺要求采用高参数压缩机，与此同时超临界和超超临界汽轮机的成功投运，都对轴端机械密封提出了更高要求。由于高压气体容易在密封端面上产生凝析，因此限制了干气密封在汽轮机、高压压缩机或管道输气压缩机等含湿气体工况场合中的应用。当密封气体中含湿较低，且在密封端面上可能产生的凝析程度较低时，如何吸附气体在密封端面上的凝析水，防止端面产生快速磨损或热裂破坏，已经成为国内外流体密封技术领域中的难点与热点问题。

技术实现要素：

本发明要克服现有干气密封结构对含湿气体或高参数工况下气体介质密封性差、端面易磨损热裂的问题，本发明专利提供一种具有吸附含湿气体中水分，确保目前最通用螺旋槽干气密封的安全稳定运行的蜂窝孔螺旋槽气体端面机械密封结构。

本发明的技术方案是：

一种蜂窝孔螺旋槽气体端面机械密封结构，机械密封的动环或静环中至少有一个密封环1的密封端面上开设有沿端面圆周均匀分布的螺旋槽2，螺旋槽2在高压侧始于密封端面的圆周，在低压侧止于是表面呈光滑状的密封坝5，螺旋槽2之间是密封堰区3，螺旋槽2的槽根部附近的密封端面上开有蜂窝孔4，蜂窝孔4沿密封端面的圆周排列；所述蜂窝孔沿端面周向均匀分布，所述蜂窝孔的对边尺度c与密封气体的黏度μ成反比，且c取值为c＝k/μ，所述参数k与密封端面平均线速度和密封端面两侧压差有关，密封端面平均线速度越高或密封端面两侧压差越高则所述参数k愈小；所述蜂窝孔的孔深h和对边尺度c之比值h/c的取值范围为0.5～1.5。

当密封端面的高压侧与低压侧压差小于1mpa时，所述蜂窝孔开设在螺旋槽的根部内侧，蜂窝孔排数为1～5，且越靠近槽根部蜂窝孔的比值h/c取值越小；当密封端面两侧压差大于1mpa时，所述蜂窝孔开设在螺旋槽的根部内外两侧，内侧蜂窝孔排数为1～3，外侧蜂窝孔排数为1～10。

所述蜂窝孔对边尺度c＝0.1～10μm，所述蜂窝孔的周向间距t和径向间距w等值，所述蜂窝孔的形状可以是圆形、椭圆形、棱形、四边形其中之一。

本发明的工作原理及优点是：

当密封气体中含湿较低，且在密封端面上可能产生的凝析程度较低时，受螺旋槽的泵汲作用，析水首先在发生在螺旋槽的高压部位即槽根部附近。当密封气体介质压力较低，比如低于1mpa且输气温度为普温(-20～80℃)时，气体极易在槽根部产生凝析生成细小水珠；而当密封气体压力高压1mpa时，气体容易在槽根部附近产生凝析生成细小水珠。而业已公开的大量的研究与应用已经证明，相比于其他型孔，蜂窝孔具有更强吸纳水珠或薄薄水膜的作用，因此在目前最广泛使用的普通螺旋槽干气密封结构基础上，在槽根部加工蜂窝孔可以有效避免上述干气密封的使用问题。

蜂窝微孔设置在密封端面螺旋槽的根部附近，或根部内侧或根部外侧或根部两侧，高压或高压高速气体流经过蜂窝孔时，析水可以很好被吸附在微孔内(对于每个蜂窝网格内的涡流而言，蜂窝表面的蒸汽压力和温度都要比蜂窝网格底部的蒸汽低，正是这个压力差和温度差导致蜂对流经其表面的蒸汽产生强大的吸附作用，可以起到有效除湿作用)，并伴随气流在孔内产生强大涡旋效应和热力学效应，涡旋效应有助于提高密封气膜刚度和转子稳定性，而热力学效应可以使进入微孔的析水部分或全部再次汽化，更大程度上降低了密封端面上含湿气体析水带来的上述干气密封端面磨损、密封环热裂等问题发生概率。此外，在螺旋槽根部附近增设蜂窝微孔，还可有效的防止密封腔或密封介质中夹带的微量微细固体磨粒进入密封端面，有效发挥干气密封型孔槽端面防固体颗粒的能力，提升密封端面的减摩耐磨性能，使该密封适用于含固体颗粒或含湿量不高的场合。更大的受益还在于，在螺旋槽基础上，增设蜂窝微孔，降低析水危害，还可以最大程度上减小或消除轴端密封漏气窜入轴承箱润滑油中带来的危害；并且由于增设蜂窝微孔，还可以消除转子的低频振动，改善干气密封的气膜刚度及密封运行稳定性，从而从根本上确保机组的稳定运转。

附图说明：

图1是本发明蜂窝孔开设在螺旋槽根部外侧的端面结构示意图；图1a是图1的蜂窝孔4排列结构示意图；

图2是本发明蜂窝孔开设在螺旋槽根部内侧的端面结构示意图；

图3是本发明蜂窝孔开设在螺旋槽根部内外侧的端面结构示意图。

具体实施方式：

参照图1至图3：一种蜂窝孔螺旋槽气体端面机械密封结构，机械密封的动环或静环中至少有一个密封环1的密封端面上开设有沿端面圆周均匀分布的螺旋槽2，螺旋槽2在高压侧始于密封端面的圆周，在低压侧止于是表面呈光滑状的密封坝5，螺旋槽2之间是密封堰区3，螺旋槽2的槽根部附近的密封端面上开有蜂窝孔4，蜂窝孔4沿密封端面的圆周排列；所述蜂窝孔沿端面周向均匀分布，所述蜂窝孔的对边尺度c与密封气体的黏度μ成反比，且c取值为c＝k/μ，所述参数k与密封端面平均线速度和密封端面两侧压差有关，密封端面平均线速度越高或密封端面两侧压差越高则所述参数k愈小；所述蜂窝孔的孔深h和对边尺度c之比值h/c的取值范围为0.5～1.5。

当密封端面的高压侧与低压侧压差小于1mpa时，所述蜂窝孔开设在螺旋槽的根部内侧，蜂窝孔排数为1～5，且越靠近槽根部蜂窝孔的比值h/c取值越小；当密封端面两侧压差大于1mpa时，所述蜂窝孔开设在螺旋槽的根部内外两侧，内侧蜂窝孔排数为1～3，外侧蜂窝孔排数为1～10。

所述蜂窝孔对边尺度c＝0.1～10μm，所述蜂窝孔的周向间距t和径向间距w等值，所述蜂窝孔的形状可以是圆形、椭圆形、棱形、四边形其中之一。

本说明书实施案例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施案例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。

技术特征：

技术总结
一种蜂窝孔螺旋槽气体端面机械密封结构，机械密封的动环或静环中至少有一个密封环1的密封端面上开设有沿端面圆周均匀分布的螺旋槽2，所述螺旋槽与螺旋槽之间是密封堰区3，螺旋槽的槽根部附近的密封端面上加工有蜂窝孔4，所述密封端面上未加工槽孔的光滑环带为密封坝5；所述蜂窝孔沿端面周向均匀分布，所述蜂窝孔的对边尺度C与密封气体的黏度μ成反比，且C取值为C＝K/μ，所述参数K与密封端面平均线速度和密封端面两侧压差有关，密封端面平均线速度越高或密封端面两侧压差越高则所述参数K愈小；所述蜂窝孔的孔深h和对边尺度C之比值h/C的取值范围为0.5～1.5。

技术研发人员：彭旭东;赵艳凤;江锦波;李纪云
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：2017.08.30
技术公布日：2017.12.15