一种斜面气膜浮动碳环的制作方法

1.本实用新型涉及一种密封装置，具体涉及一种斜面气膜浮动碳环。


背景技术：

2.碳环密封装置属于浮环密封装置的一种，利用碳环自身的润滑性，通过近乎接触的密封来减小泄露。同时，碳环密封时常需要使用隔离气，如氮气，主要应用于隔离密封有毒、易燃介质，因其密封效果好，结构简单易于加工装配维修，被广泛使用到石油、化工、冶金等领域，作为汽轮机、压缩机、发电机、透平机械的密封装置之用。
3.碳环密封的结构包括环形密封腔体和环形轴套，密封腔体内有环形槽，槽内装有碳环，碳环的内环壁与轴套之间存在配合间隙，如果配合间隙较为微小，那么在轴套运行过程中，传动轴与碳环将会接触，在经过一段时间后，势必会使碳环内径有所磨损。一旦出现这种情况，碳环与轴的配合间隙会逐渐增大，影响密封效果，同时也会减少碳环的使用寿命；如果配合间隙较大，间隙内灌注的气体就会比较多，可能会造成气体泄漏量加大，从而导致密封效果不佳。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是：设计一种碳环，可以在不扩大配合间隙的情况下，避免碳环与传动轴的接触。本实用新型提供了解决上述问题的一种斜面气膜浮动碳环。
5.本实用新型通过下述技术方案实现：
6.一种斜面气膜浮动碳环，包括呈环形设置的碳环本体，所述碳环本体由若干扇形碳环组成，所述碳环本体的外环壁上设有外环形槽，外环形槽内设有用于固定各个扇形碳环的拉簧，所述碳环本体的内环壁加工有斜面段，以使所述内环壁形成一个圆台的结构，其中所述圆台的侧面为所述斜面段且所述圆台的轴线与所述碳环本体的轴线重合。
7.该方案中，所述拉簧用于将扇形碳环抱紧形成轴向密封，另外，所述圆台的上底面为所述圆台两个平整端面中面积较小的一面，下底面为所述圆台两个平整端面中面积较大的一面。当所述碳环设置在密封腔体中时，将所述斜面段组成的圆台中下底面面向气体输入方向，上底面面上气体输出方向，也就是所述碳环本体上的斜面段的截面面积随着气体流动的方向而逐渐减小。此时气体在流经斜面段时，由于通道面积逐渐减小，气体流速逐渐提高，从而产生向外的推力将碳环往外推开，由于所述圆台的轴线与所述碳环本体的轴线重合，能够确保所述推力对所述碳环本体内侧壁的分布足够均匀，由此促使碳环与转轴之间形成一定厚度的气膜，使所述碳环的内环壁不会接触到转轴，实现无摩擦运转。这种结构能够保证降低装置运行时碳环所受的摩擦，减小碳环磨损速度，延长使用碳环寿命，同时确保碳环与转轴的间隙能够足够微小，进而减少密封泄漏。
8.优选的，所述碳环本体的内环壁还加工有与所述斜面段连接的直线段，以使所述圆台的上底面向外延伸出一段圆柱体，其中所述圆柱体的圆周面为所述直线段。
9.该方案中，在所述斜面段直径较短的一侧设有直线段，所述直线段所组成的圆柱体与所述圆台的上底面重合，即直线段的直径与所述斜面段直径较短的一侧的直径相等、所述直线段与所述斜面段直接相连、所述圆柱体的轴线与所述圆台以及碳环本体的轴线重合。当经过斜面段引导加速后的气体穿过直线段时，流速稳定，对于直线段不再产生由于流速变化造成的向外的推力，因此所述直线段的所受的力较为均衡，以此保证该直线段不会产生变形，与密封腔体足够贴合，保证密封性能。
10.进一步优选的，所述碳环本体的轴向长度t＝8～16mm；直线段的轴向长度t1＝12.5％～25％t；斜面段的轴向长度t2＝t-t1；所述斜面段与所述碳环本体的轴线的夹角取值为1
°
～4
°
；碳环本体的径向尺寸l＝12～16mm；所述拉簧的拉力取值为碳环重力1～5倍。
11.该方案中：所述碳环本体的轴向长度t＝8～16mm；直线段的轴向长度t1＝12.5％～25％t；斜面段的轴向长度t2＝t-t1，即所述碳环本体1的内环壁由所述直线段和斜面段组成，所述斜面段的轴向长度明显远大于直线段的轴向长度，以此保证由所述斜面段引起的对所述碳环本体向外的推力足够产生一定厚度的气膜，使所述碳环本体的内环壁不会接触到转轴；所述斜面段与所述碳环本体的轴线的夹角取值为1
°
～4
°
，这样能够在确保所述斜面段下底面部位的碳环本体厚度足够进行密封，避免由于夹角过大导致该部分的碳环本体宽度过薄，气体从这部分碳环本体挤压而出造成泄漏；碳环本体的径向尺寸l＝12～16mm；所述拉簧的拉力取值为碳环重力1～5倍。
12.优选的，任意两个相邻的所述扇形碳环连接位置均设有用于防止气体泄露的连接部。
13.该方案中：由于所述碳环本体会由于斜面段的设置而受到向外的推力，因此，组成碳环本体的扇形碳环此时可能会由于该推力而具有向外扩张的趋势，连接的部分可能会因此产生间隙，造成气体泄漏，因此，设置连接部用于在扩张时阻挡气体以此避免气体泄露。
14.进一步优选的，所述连接部包括搭接凸头和搭接凹腔，所述搭接凸头位于各个扇形碳环的同一端且沿所述扇形碳环的环向延伸，所述搭接凹腔位于各个扇形碳环的另一侧且与搭接凸头适配。
15.该方案中，通过所述搭接凸头和搭接凹腔将所述扇形碳环以此首尾搭接形成所述碳环本体，当所述搭接凸头与所述搭接凹腔适配在一起时，由于所述推力导致的扇形碳环向外扩散形成的间隙将被位于外侧的搭接凸头或搭接凹腔阻挡，以此避免气体泄漏。
16.进一步优选的，所述搭接凸头的轴向长度为所述扇形碳环轴向长度的1/2～2/3；所述搭接凸头的径向尺寸为所述扇形碳环径向尺寸的1/2～2/3。
17.该方案中，所述搭接凸头与搭接凹腔搭接的位置，搭接凸头与搭接凹腔一起组成与环瓣主体相当的厚度和宽度，因此二者都需要具有一定的强度，能够尽量抵消由所述推力造成的形变，以此提高碳环密封性能。
18.优选的，所述扇形碳环的数量为三个。
19.本实用新型具有如下的优点和有益效果：
20.1、本实用新型通过在碳环本体内侧壁上设置斜面段，使气体对所述碳环本体产生向外的推力将碳环往外推开，促使碳环与转轴之间形成一定厚度的气膜，使所述碳环的内环壁不会接触到转轴，实现无摩擦运转，进而减小碳环磨损速度，延长使用碳环寿命，同时确保碳环与转轴的间隙能够足够微小，进而减少密封泄漏；
21.2、本实用新型通过设置包括搭接凸头和搭接凹腔在内的连接部，通过所述搭接凸头和搭接凹腔的配合，确保在气体在对所述碳环本体施压时不会造成气体的泄露。
附图说明
22.此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
23.图1为本实用新型整体构造图；
24.图2为本实用新型俯视图；
25.图3为本实用新型中单个扇形碳环的构造图。
26.附图中标记及对应的零部件名称：
27.1-碳环本体、2-扇形碳环、21-斜面段、22-直线段、23-搭接凹腔、24-搭接凸头、3-拉簧。
具体实施方式
28.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
29.实施例：
30.一种斜面气膜浮动碳环，包括呈环形设置的碳环本体1，所述碳环本体1由若干扇形碳环2组成，所述碳环本体1的外环壁上设有外环形槽，外环形槽内设有用于固定各个扇形碳环2的拉簧3，所述碳环本体1的内环壁加工有斜面段21，以使所述内环壁形成一个圆台的结构，其中所述圆台的侧面为所述斜面段21且所述圆台的轴线与所述碳环本体1的轴线重合。
31.该方案中，将所述碳环本体1套设在密封腔体的环形槽内，当装置开始运行时，气体在流经斜面段21，由于斜面段21通道面积逐渐减小，气体流速逐渐提高，从而产生向外的推力将碳环往外推开，促使碳环与转轴之间形成一定厚度的气膜，使所述碳环的内环壁不会接触到转轴，实现无摩擦运转。这种结构能够保证降低装置运行时碳环所受的摩擦，减小碳环磨损速度，延长使用碳环寿命，同时确保碳环与转轴的间隙能够足够微小，进而减少密封泄漏。
32.其中由所述斜面段21环绕形成的立体图形除圆台外，其它具有上窄下宽结构的立体图形均能实现向外产生推力的作用，但考虑到作用布于所述碳环本体1内环壁上的推力能够均匀分布，因此选择圆台结构。
33.其中，对于一个或多个实施例而言，所述碳环本体1的内环壁还加工有与所述斜面段21 连接的直线段22，以使所述圆台的上底面向外延伸出一段圆柱体，其中所述圆柱体的圆周面为所述直线段22。
34.该方案中，在所述斜面段21直径较短的一侧设有直线段22，所述直线段22所组成的圆柱体与所述圆台的上底面重合，即直线段22的直径与所述斜面段21直径较短的一侧的直径相等、所述直线段22与所述斜面段21直接相连、所述圆柱体的轴线与所述圆台以及碳环本体1的轴线重合。当经过斜面段21引导加速后的气体穿过直线段22时，流速稳定，对于
直线段22不再产生由于流速变化造成的向外的推力，因此所述直线段22的所受的力较为均衡，以此保证该直线段22不会产生变形，与密封腔体足够贴合，保证密封性能。
35.其中，对于一个或多个实施例而言，经过对各种不同参数的试验，得出所述碳环本体1 的轴向长度t＝8～16mm；直线段22的轴向长度t1＝12.5％～25％t；斜面段21的轴向长度t2＝t-t1；所述斜面段21与所述碳环本体1的轴线的夹角取值为1
°
～4
°
；碳环本体1的径向尺寸 l＝12～16mm；所述拉簧3的拉力取值为碳环重力1～5倍时。
36.该方案中：所述碳环本体1的轴向长度t＝8～16mm；直线段22的轴向长度t1＝12.5％～25％t；斜面段21的轴向长度t2＝t-t1，即所述碳环本体1的内环壁由所述直线段22和斜面段21组成，所述斜面段21的轴向长度明显远大于直线段22的轴向长度，以此保证由所述斜面段21 引起的对所述碳环本体1向外的推力足够产生一定厚度的气膜，使所述碳环本体1的内环壁不会接触到转轴；所述斜面段21与所述碳环本体1的轴线的夹角取值为1
°
～4
°
，这样能够在确保所述斜面段21下底面部位的碳环本体1厚度足够进行密封，避免由于夹角过大导致该部分的碳环本体1宽度过薄，气体从这部分碳环本体1挤压而出造成泄漏；碳环本体1的径向尺寸l＝12～16mm；所述拉簧3的拉力取值为碳环重力1～5倍。
37.对于一个或多个实施例而言，任意两个相邻的所述扇形碳环2连接位置均设有用于防止气体泄露的连接部。
38.该方案中：由于所述碳环本体1会由于斜面段21的设置而受到向外的推力，因此，组成碳环本体1的扇形碳环2此时可能会由于该推力而具有向外扩张的趋势，连接的部分可能会因此产生间隙，造成气体泄漏，因此，设置连接部用于在扩张时阻挡气体以此避免气体泄露。
39.进一步的，对于一个或多个实施例而言，所述连接部包括搭接凸头24和搭接凹腔23，所述搭接凸头24位于各个扇形碳环2的同一端且沿所述扇形碳环2的环向延伸，所述搭接凹腔23位于各个扇形碳环2的另一侧且与搭接凸头24适配。
40.该方案中，通过所述搭接凸头24和搭接凹腔23将所述扇形碳环2以此首尾搭接形成所述碳环本体1，当所述搭接凸头24与所述搭接凹腔23适配在一起时，由于所述推力导致的扇形碳环2向外扩散形成的间隙将被位于外侧的搭接凸头24或搭接凹腔23阻挡，以此避免气体泄漏。
41.进一步的，对于一个或多个实施例而言，所述搭接凸头24的轴向长度为所述扇形碳环2 轴向长度的1/2～2/3；所述搭接凸头24的径向尺寸为所述扇形碳环2径向尺寸的1/2～2/3。
42.该方案中，所述搭接凸头24与搭接凹腔23搭接的位置，搭接凸头24与搭接凹腔23一起组成与环瓣主体相当的厚度和宽度，因此二者都需要具有一定的强度，能够尽量抵消由所述推力造成的形变，以此提高碳环密封性能。
43.其中搭接凹腔23整体呈l形，具有结构补强效应，而搭接凸头24仅为一个单独的凸起，因此搭接凸头24的厚度或宽度可以适当超过搭接凹腔23。另外，搭接凸头24和扇形碳环2 过渡的位置可以做成顺滑的圆角过渡，而搭接凹腔23对应圆角过渡位置的地方设置适配的圆角或者倒角。
44.对于一个或多个实施例而言，所述扇形碳环2的数量为三个。
45.以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进
一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。