一种具有靴形动压柔性密封坝的箔片端面气膜密封结构

1.本发明涉及干气密封领域，具体涉及一种具有靴形动压柔性密封坝的箔片端面气膜密封结构。


背景技术：

2.干气密封是一种以气体作为润滑介质的非接触式机械密封，以其优异的工作性能逐步取代了迷宫密封、刷式密封等，但随着高转速、大轴颈压缩机出现，干气密封的刚性表面在复杂工况下容易出现端面断裂、磨损严重等，造成密封件损坏。柔性端面气膜密封结构的柔性端面在受到冲击扰动时，端面柔性支撑产生形变吸收冲击能，达到保护密封件的目的。
3.目前的箔片端面气膜密封结构的箔片端面虽具有一定抗冲击的能力，但其刚性表面的密封坝在遇到冲击时，易出现密封坝端面断裂、严重磨损等情况，导致密封装置失效。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种具有靴形动压柔性密封坝的箔片端面气膜密封结构，可以解决上述技术问题中的一个或是多个。
5.为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：
6.一种具有靴形动压柔性密封坝的箔片端面气膜密封结构，包括动环和静环，本密封结构设置在动环或是静环上。
7.密封结构包括环本体、密封片、径向环形密封垫、底部环形密封垫、内径夹板、外径夹板。
8.所述环本体上表面开设环形凹槽，所述底部环形密封垫铺设在所述环形凹槽底部。
9.所述密封片包括若干片带靴密封片和若干片无靴密封片；
10.所述带靴密封片包括本体、缝隙、靴；所述缝隙从本体上端面向下将所述本体分割为若干倾斜的第一分体，每一所述第一分体上端面上具有凸出于所述第一分体的靴；
11.所述无靴密封片包括本体、缝隙；所述缝隙从本体上端面向下将所述本体分割为若干倾斜的第二分体；
12.相邻两密封片的缝隙不连通；所述靴盖在所述第二分体的上端面、所述带靴密封片和所述无靴密封片嵌入环形凹槽以形成密封坝；
13.所述密封坝内径侧设置内径夹板；内径夹板与环形凹槽侧壁之间设置径向环形密封垫、内径夹板与密封坝之间设置径向环形密封垫；
14.所述密封坝外径侧设置外径夹板；外径夹板与环形凹槽侧壁之间设置径向环形密封垫、外径夹板与密封坝之间设置径向环形密封垫；
15.所述环形凹槽外接圆环平台，在所述圆环平台上设置箔片端面机构。
16.进一步的：每一所述分体上端面沿所述分体倾斜方向开设斜椭圆柱腔。
17.进一步的：所述斜椭圆柱腔深度为2～8μm。
18.进一步的：缝隙包括竖缝和横缝，横缝在竖缝下方与竖缝连通以形成“l”形缝隙，其中竖缝的宽度在0.1～1mm，相邻两密封片的竖缝长度不同，以使横缝到密封片底部高度不同。
19.进一步的：所述带靴密封片和无靴密封片各两片，所述带靴密封片夹在所述无靴密封片之间。
20.进一步的：箔片端面机构包括波箔片和平箔片；所述的波箔片呈波浪状，若干个所述波箔片首尾相连地平铺在圆环平台上，每个波箔片的上面都盖有一个平箔片；所述的平箔片和波箔片都是一端固定，另一端自由。
21.进一步的：在所述环本体上开设“t”型槽，所述“t”型槽的底部与第二安装腔连通；第二定位块嵌入第二安装腔内，所述平箔片的固定端和所述波箔片的固定端插入所述“t”型槽，所述平箔片的固定端和所述波箔片的固定端被所述第二定位块挤压；第二螺钉通过第二螺纹孔进入第二安装腔内与第二定位块相抵。
22.进一步的：所述的平箔片和波箔片的固定端到自由端的圆周方向均与气流的周向方向一致；所述平箔片自由端的上表面不低于密封坝的上表面；所述平箔片固定端的上表面低于密封坝的上表面。
23.进一步的：所述平箔片自由端的上表面高于所述密封坝的上表面0.1～3μm，所述平箔片固定端的上表面低于所述密封坝的上表面1～20μm。
24.进一步的：所述环形槽的外侧壁上开设第一安装腔，第一螺纹孔贯穿所述外接平台至所述第一安装腔；第一定位块嵌入第一安装腔与外径向环形密封垫相抵；第一螺钉前端经过第一螺纹孔与第一定位块相抵。
25.本发明的技术效果是：
26.本发明的密封结构，具有耐磨抗冲击的柔性密封坝和开启性能优异的柔性箔片端面，能够通过整个密封端面的自适应变形有效的吸收冲击能，克服现有箔片端面气膜密封结构的缺陷，既保证了密封装置的端面抗冲击能力又保证了优异的密封性能。
27.本发明的柔性端面气膜密封结构能够较好的适应外界扰动和工况改变带来的影响，具有较高的稳定性、可靠性、耐高温、耐摩擦、寿命长等优点，在现代工业体系中具有优良的应用背景。
附图说明
28.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
29.在附图中：
30.图1为本发明的结构示意图。
31.图2为本发明的三维爆炸示意图。
32.图3为本发明的箔片和密封片安装及排布示意图。
33.图4为本发明的剖面结构示意图。
34.图5是图4的局部放大示意图。
35.图6为本发明的环本体的示意图。
36.图7为本发明的波箔片的示意图。
37.图8为本发明的平箔片的示意图。
38.图9为本发明的外带靴密封片的示意图。
39.图10为本发明的内带靴密封片的示意图。
40.图11为带靴密封片变形后示意图。
41.图12为密封片变形前缝隙局部放大图。
42.图13为密封片变形后缝隙局部放大图。
43.图14为本发明的无靴密封片的示意图。
44.图15为本发明的径向环形密封垫的示意图。
45.图16为本发明的底部环形密封垫的示意图。
46.图17为本发明的内径夹板、外径夹板的示意图。
47.图18为圆环凹槽内部零件安装方式示意图。
48.图19为波箔片、平箔片安装方式示意图。
49.其中，上述附图包括以下附图标记：
50.1—环本体；2—平箔片；3—波箔片；4—斜椭圆柱腔；5—靴；6—缝隙；7—第一径向环形密封垫；8—第二径向环形密封垫；9—第三径向环形密封垫；10—第四径向环形密封垫；11—内径夹板；12—外径夹板；13—第一无靴密封片；14—第二无靴密封片；15—第一带靴密封片；16—第二带靴密封片；17—圆环平台；18—圆环凹槽；19—第一安装腔；20—第一螺纹孔；21—第一定位块；22—第一螺钉；23—第二安装腔；24—第二定位块；25—第二螺钉；26—“t”型槽；27—密封坝；28—底部环形密封垫。
具体实施方式
51.下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的不当限定。
52.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
53.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
54.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语
“”
、
“”
等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
55.如图1—图19所示。一种具有靴形动压柔性密封坝的箔片端面气膜密封结构，包括环本体1、密封片、径向环形密封垫、底部环形密封垫28、内径夹板11、外径夹板12。
56.所述环本体1上表面开设环形凹槽18，所述底部环形密封垫28铺设在所述环形凹槽18底部。所述底部环形密封垫28宽度与环形凹槽18宽度一致。
57.所述密封片包括若干片带靴密封片和若干片无靴密封片；
58.所述带靴密封片包括本体、缝隙6、靴5；所述缝隙从本体上端面向下将所述本体分割为若干倾斜的第一分体，每一所述第一分体上端面上具有凸出于所述第一分体的靴5；
59.所述无靴密封片包括本体、缝隙；所述缝隙从本体上端面向下将所述本体分割为若干倾斜的第二分体；
60.相邻两密封片的缝隙不连通；相邻密封片缝隙6沿周向均匀错开，即任一密封片的缝隙6均与相邻密封片的未开缝处对齐，形成密封墙阻碍介质沿径向泄漏。
61.在某些实施例中：缝隙包括竖缝和横缝，横缝在竖缝下方与竖缝连通以形成“l”形缝隙，具体的是竖缝选取一定角度倾斜切割，横缝水平切割，呈三角状。而其中竖缝的宽度在0.1～1mm，相邻两密封片的竖缝长度不同，以使横缝到密封片底部高度不同，以有效的保证在安装时相邻两个密封片的缝隙6不连通。
62.所述靴5盖在所述第二分体的上端面、所述带靴密封片和所述无靴密封片嵌入环形凹槽18以形成密封坝27，所述密封坝27内径侧设置内径夹板11；内径夹板11与环形凹槽18侧壁之间设置径向环形密封垫、内径夹板11与密封坝27设置径向环形密封垫；所述密封坝27外径侧设置外径夹板12；外径夹板12与环形凹槽18侧壁之间设置径向环形密封垫、外径夹板12与密封坝27设置径向环形密封垫。
63.所述环形凹槽外接圆环平台17，在所述圆环平台17上设置箔片端面机构。在某些实施例中：箔片端面机构包括波箔片3和平箔片2；所述的波箔片3呈波浪状，若干个所述波箔片3首尾相连地平铺在圆环平台17上，每个波箔片3的上面都盖有一个平箔片2；所述的平箔片2和波箔片3都是一端固定，另一端自由。
64.在某些实施例中：在所述环本体1上开设“t”型槽26，所述“t”型槽26的底部与第二安装腔23连通；第二定位块24嵌入第二安装腔23内，所述平箔片2的固定端和所述波箔片3的固定端插入所述“t”型槽26，所述平箔片2的固定端和所述波箔片3的固定端被所述第二定位块26挤压；第二螺钉25通过第二螺纹孔进入第二安装腔23内与第二定位块24相抵。
65.在某些实施例中：每一所述分体上端面沿所述分体倾斜方向开设斜椭圆柱腔4(亦称为椭圆织构)。
66.在某些实施例中：所述斜椭圆柱腔4深度为2～8μm。
67.如图9、图10所示，在某些实施例中：所述带靴密封片(第一带靴密封片16和第二带靴密封片15)和无靴密封片各两片，所述带靴密封片夹在所述无靴密封片之间。
68.带靴密封片的靴5向外凸出的方向相反，正好盖住相邻的无靴密封片；相背安装的带靴密封片，其中第二带靴密封片15的靴5向内径侧延伸，另外一个第一带靴密封片16的靴5向外径侧延伸，共同构成支撑面。
69.在某些实施例中：所述的平箔片2和波箔片3的固定端到自由端的圆周方向均与气流的周向方向一致；所述平箔片2自由端的上表面不低于密封坝27的上表面，所述平箔片2固定端的上表面低于密封坝27的上表面。所述波箔片3和平箔片2承担主要支撑作用，保护密封坝不受损坏，同时，在波箔片3和平箔片2支撑失效时，密封坝27也具有柔性抗冲击能力，保护密封坝25不受损坏，继而达到密封效果。
70.在某些实施例中：所述平箔片自由端的上表面高于所述密封坝的上表面0.1～3μm，所述平箔片固定端的上表面低于所述密封坝的上表面1～20μm。
71.在某些实施例中：所述环形槽18的外侧壁上开设第一安装腔19，第一螺纹孔20贯穿所述外接平台17至所述第一安装腔24；第一定位块21嵌入第一安装腔19与外径向环形密封垫7相抵；第一螺钉22前端经过第一螺纹孔20与定位块21相抵。通过压紧零件间缝隙实现更好的密封效果，这种安装方式在更换内部零件时更为简便，易操作。
72.密封端面内侧采用多个密封片叠加安装的方式，各密封片上均匀开有相同形状大小的“l”型缝隙，“l”型缝隙为密封片轴向和周向变形提供空间，保证密封端面抗冲击能力；缝隙将密封片分割成若干个独立承载单元，当气膜压力变化时，各单元独立发生变形，保证密封运行的稳定性、可靠性、自适应性；
73.同时，安装时各个密封片缝隙均匀错开，能够有效阻挡介质沿密封端面和底部泄漏；带靴密封片的靴面为密封端面提供支撑面，靴面上开椭圆织构能够增强密封装置的动压效应，提升密封开启性能；所以，采用波箔片和密封片作为密封端面的柔性支撑结构，能够各自变形以适应密封端面间的各种工况变化，稳定高效的实现密封端面间的膜厚
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膜压动态平衡，有利于提高密封运转的稳定性、抗冲击能力、延长密封使用寿命。
74.在密封端面外侧采用分割成一个个独立单元的波箔片作为弹性支承，独立的单元有利于密封运行时波箔片在热变形和挤压作用下能独立工作，减小交互影响，各独立单元的变形能力由波箔片的刚度决定，当气膜压力变化时，各独立单元产生相应变形，适应工况的变化。
75.与传统干气密封和早期箔片密封相比，本发明在复杂工况下具备更优异的稳定性、耐高温高压、抗冲击、可持续运转能力。
76.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。