一种带轴向泄压阀的自适应静压干气密封结构制造技术

一种带轴向泄压阀的自适应静压干气密封结构，动环安装于密封端盖内，静环密封端面有密封腔和泄漏腔，静环的背面沿周向分布节流气环向锥形槽和泄漏气环向锥形槽；节流气泄压阀组件包括第一锥形泄压阀、第一弹簧和第一弹簧座，泄漏气泄压阀组件包括第二锥形泄压阀、第二弹簧和第二弹簧座，第一锥形泄压阀安装于节流气环向锥形槽内，第二锥形泄压阀安装于泄漏气环向锥形槽内；密封端盖上设有节流气压力调控腔和泄漏气压力调控腔，节流气压力调控腔与第一气源管路相连通，泄漏气压力调控腔与第二气源管路相连通；第一弹簧座安装于节流气压力调控腔内，第二弹簧座安装于泄漏气压力调控腔内；静环上设有连通密封腔和静环背压腔的通孔。

An Adaptive Hydrostatic Dry Gas Seal with Axial Pressure Relief Valve

An adaptive hydrostatic dry gas seal structure with an axial relief valve is provided. The dynamic ring is installed in the sealing end cover. The sealing end face of the static ring has a sealing cavity and a leakage cavity. The back face of the static ring is circumferentially distributed with a throttle ring conical groove and a leakage ring conical groove. The throttle relief valve assembly includes a first conical relief valve, a first spring and a first spring seat. The leakage relief valve assembly includes a second conical groove and a leakage ring conical groove. Conical relief valve, second spring and second spring seat, the first conical relief valve is installed in the conical groove of throttle gas annular direction, the second conical relief valve is installed in the conical groove of leak gas annular direction; the seal end cover is provided with throttle gas pressure regulating chamber and leak gas pressure regulating chamber, the throttle gas pressure regulating chamber is connected with the first air source pipeline, and the leak gas pressure regulating chamber is connected with the second air source pipeline. The first spring seat is installed in the throttle pressure control chamber, the second spring seat is installed in the leak pressure control chamber, and the static ring is provided with a through hole connecting the sealing chamber and the back pressure chamber of the static ring.

【技术实现步骤摘要】
一种带轴向泄压阀的自适应静压干气密封结构
本专利技术涉及一种旋转式流体机械密封的干气密封结构，特别涉及一种带轴向泄压阀的静压干气密封结构，可用于各种压缩机、泵和反应釜等旋转机械的旋转轴密封。
技术介绍
在静压气体推力轴承技术的基础上，静压干气密封作为一种能提供额外静压承载力和气膜刚度的非接触式机械密封得到迅速发展。相较于常规动压型干气密封，静压干气密封能提供更大的气膜厚度和在低速条件下具有更稳定的气膜，故在低速反应釜和超高速航空发动机旋转轴密封中具有很大的应用潜力。在自加压式静压干气密封的基础上，中国专利CN101776152提出一种外加压式动静压干气密封结构，通过外部气源压力的调节以调控静压干气密封的运行状态，从而提高静压干气密封对工况环境的适应性。然而，现有静压干气密封作为旋转设备转轴密封的使用过程中，仍然存在着一些问题，这影响了静压干气密封对不同工况条件的适应能力。首先是外供节流气有时可能会出现压力波动，当节流气压力过高出现峰值时，容易使密封端面间隙突然增大，而随着节流气压力的迅速减小，密封端面间隙也随之减小，如此反复则容易造成气膜振荡而引起密封端面磨损；其次是当静压干气密封用于反应釜等具有封闭泄漏腔的旋转设备时，节流气向泄漏腔内泄漏的气体不断积聚而引起泄漏腔压力升高，当泄漏腔压力高于一定值时，甚至会出现泄漏腔的气体向密封腔泄漏的情况，这会使静压干气密封的运行工况逐渐偏离设计工况，影响干气密封的正常运行，同时也会使反应釜内的压力工况发生变化，影响釜内介质的正常反应。
技术实现思路
为改善现有静压干气密封所存在的对节流气压力波动适应能力不强以及可能引起泄漏腔压力过高的问题，本专利技术提供了一种带轴向泄压阀的自适应静压干气密封结构。本专利技术的技术方案是：一种带轴向泄压阀的自适应静压干气密封结构，包括干气密封的动环、静环、节流气泄压阀组件、泄漏气泄压阀组件、密封端盖和密封腔体；所述动环安装于密封端盖内，所述静环密封端面的一侧为密封腔即上游侧，所述静环密封端面的另一侧为泄漏腔即下游侧，所述静环的背面设有沿周向分布的节流气环向锥形槽和泄漏气环向锥形槽，节流气环向锥形槽26和泄漏气环向锥形槽27成对地沿径向分布，节流气环向锥形槽位于上游侧，泄漏气环向锥形槽位于下游侧；所述节流气泄压阀组件包括第一锥形泄压阀、第一弹簧和第一弹簧座，所述泄漏气泄压阀组件包括第二锥形泄压阀、第二弹簧和第二弹簧座，所述第一锥形泄压阀安装于节流气环向锥形槽内，所述第二锥形泄压阀安装于泄漏气环向锥形槽内；所述密封端盖上设有节流气压力调控腔和泄漏气压力调控腔，所述节流气压力调控腔通过第一进气孔与第一气源管路相连通，所述泄漏气压力调控腔通过第二进气孔与第二气源管路相连通；所述第一弹簧座安装于节流气压力调控腔内，所述第二弹簧座安装于泄漏气压力调控腔内，所述第一弹簧位于第一锥形泄压阀和第一弹簧座之间，所述第二弹簧位于第二锥形泄压阀和第二弹簧座之间；第一弹簧和第二弹簧以及第一锥形泄压阀的大端、第二锥形泄压阀的大端均设置在静环背压腔内，第一锥形泄压阀的小端位于节流气环向锥形槽内，第二锥形泄压阀的小端位于泄漏气环向锥形槽内，所述静环上设有连通密封腔和静环背压腔的通孔；所述静环密封端面上设有均压槽和集气槽，所述节流孔设于均压槽内，所述通气孔设于集气槽内。进一步，所述节流气环向锥形槽通过节流孔和均压槽相连通，所述泄漏气环向锥形槽通过通气孔与集气槽相连通。进一步，所述第一弹簧和第二弹簧为周向均布的多个小弹簧。或者，所述第一弹簧和第二弹簧为单个大弹簧。进一步，所述节流孔的直径优选值为0.05～0.3mm，所述通气孔的直径优选值为0.1～0.5mm。通过外部气体管路上的第一调压阀可调控节流气压力调控腔内的介质压力以改变第一弹簧的压缩量，进而实现对节流气锥形泄压阀开启阈值的控制。当节流气锥形泄压阀的小头端面上所受压力较小时，由于节流气锥形泄压阀的大头端面上所受压力和弹簧弹性力的合作用力大于小头端面上所受压力，节流气锥形泄压阀与节流气环向锥形槽壁面紧贴，此时节流气环向锥形槽与静环背压腔不相通。当节流气锥形泄压阀的小头端面上所受压力较大时，由于大头端面上所受压力和第一弹簧弹性力的合作用力小于小头端面上所受压力，节流气锥形泄压阀与节流气环向锥形槽脱离并形成间隙，此时均压槽内的气体通过节流孔、节流气环向锥形槽与静环背压腔相连通，从而可避免过高的节流气峰值对密封端面运行状态的影响。通过外部气体管路上的调压阀可调控泄漏气压力调控腔内的介质压力以改变第二弹簧的压缩量，进而实现对泄漏气锥形泄压阀开启阈值的控制。当泄漏气锥形泄压阀的小头端面上所受压力较小时，由于泄漏气锥形泄压阀的大头端面上所受压力和第二弹簧弹性力的合作用力大于小头端面上所受压力，泄漏气锥形泄压阀与泄漏气环向锥形槽壁面紧贴，此时泄漏气环向锥形槽与静环背压腔不相通。当泄漏气锥形泄压阀的小头端面上所受压力较大时，由于大头端面上所受压力和第二弹簧弹性力的合作用力小于小头端面上所受压力，泄漏气锥形泄压阀与泄漏气环向锥形槽脱离并形成间隙，此时集气槽内的气体通过通气孔、泄漏气环向锥形槽与静环背压腔相连通，从而可使密封端面过高的介质压力得到泄放。本专利技术的工作原理是：当带有轴向泄压阀的静压干气密封用于旋转设备如低速反应釜时，密封端面的一侧为密封腔，腔内充满着一定压力的密封气或直接连通外界，密封端面的另一侧为泄漏腔，也即反应釜的釜顶空腔，初始时釜顶空腔一般具有较低的介质压力。来自外供气源的密封节流气经调节阀调节压力后进入静环的节流气环向锥形槽，一方面节流气通过节流孔节流作用后进入密封端面，从而产生流体静压承载力，使动静环端面之间形成一层微米级厚度的气膜；另一方面节流气作用于节流气锥形泄压阀的端面，产生使锥形泄压阀开启的作用力。正常运行时，在静环背压腔介质压力和弹簧力的作用下，节流气锥形泄压阀保持关闭状态；而一旦节流气压力升高并超过某一阈值时，此时使锥形泄压阀开启的作用力大于使其闭合的作用力，锥形泄压阀开启并与压力较低的静环背压腔相连通，节流气的过高压力峰值得到释放；当节流气压力降至阈值以下时，锥形泄压阀的闭合力重新大于开启力，故又重新恢复闭合状态。通过这种自适应的调节结构可避免过高的节流气压力峰值对密封端面运行状态造成过大影响，且可通过密封端盖上的调节气腔介质压力调节以改变弹簧压缩量，进而实现对节流气锥形泄压阀开启阈值的调控。从节流孔进入密封间隙内的节流气，分别向密封腔和泄漏腔泄漏，或者与密封腔的密封气一起向泄漏腔泄漏。沿密封端面向泄漏腔泄漏的节流气首先进入位于端面下游侧的集气槽，一部分越过集气槽继续向泄漏腔泄漏，并逐渐在封闭的泄漏腔内积聚而引起泄漏腔压力升高，另一部分则通过通气孔进入静环内的泄漏气环向锥形槽，作用于泄漏气锥形泄压阀的端面而形成开启力，与节流气锥形泄压阀类似的是，泄漏气锥形泄压阀在静环背压腔介质压力和弹簧力的共同作用下保持闭合状态。然而，当泄漏腔内介质压力升高并超过某一阈值时，泄漏气锥形泄压阀的开启力大于闭合力而处于开启状态，泄漏气环向锥形槽与静环背压腔相连通，泄漏腔内介质较高的压力得到释放；随着泄漏腔压力的逐渐降低，泄漏气锥形泄压阀恢复至关闭状态。如此可避免因气体不断向泄漏腔内泄漏积聚而引起泄漏腔介质压力过高的问题本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带轴向泄压阀的自适应静压干气密封结构，其特征在于：包括干气密封的动环(1)、静环(2)、节流气泄压阀组件(3)、泄漏气泄压阀组件(4)、密封端盖(5)和密封腔体(6)；所述动环(1)安装于密封端盖(5)内，所述静环(2)密封端面(21)的一侧为密封腔(61)即上游侧，所述静环(2)密封端面(21)的另一侧为泄漏腔(51)即下游侧，所述静环(2)的背面(29)设有沿周向分布的节流气环向锥形槽(27)和泄漏气环向锥形槽(26)，节流气环向锥形槽(26)和泄漏气环向锥形槽(27)成对地沿径向分布，节流气环向锥形槽(27)位于上游侧，泄漏气环向锥形槽(26)位于下游侧；所述节流气泄压阀组件(3)包括第一锥形泄压阀(31)、第一弹簧(32)和第一弹簧座(33)，所述泄漏气泄压阀组件(4)包括第二锥形泄压阀(41)、第二弹簧(42)和第二弹簧座(43)，所述第一锥形泄压阀(31)安装于节流气环向锥形槽(27)内，所述第二锥形泄压阀(41)安装于泄漏气环向锥形槽(26)内；所述密封端盖(5)上设有节流气压力调控腔(531)和泄漏气压力调控腔(541)，所述节流气压力调控腔(531)通过第一进气孔(532)与第一气源管路相连通，所述泄漏气压力调控腔(541)通过第二进气孔(542)与第二气源管路相连通；所述第一弹簧座(33)安装于节流气压力调控腔内(531)，所述第二弹簧座(43)安装于泄漏气压力调控腔内(541)，所述第一弹簧(32)位于第一锥形泄压阀(31)的大端和第一弹簧座(33)之间，所述第二弹簧(42)位于第二锥形泄压阀(41)的大端和第二弹簧座(43)之间；第一弹簧(32)和第二弹簧(42)以及第一锥形泄压阀(31)的大端、第二锥形泄压阀(41)的大端均设置在静环背压腔(52)内，第一锥形泄压阀(31)的小端位于节流气环向锥形槽(27)内，第二锥形泄压阀(41)的小端位于泄漏气环向锥形槽(26)内；所述静环(2)上设有连通密封腔(61)和静环背压腔(52)的通孔(28)，所述静环(2)密封端面(21)上设有均压槽(23)和集气槽(25)，所述节流孔(22)设于均压槽(23)内，所述通气孔(24)设于集气槽(25)内。...

【技术特征摘要】
1.一种带轴向泄压阀的自适应静压干气密封结构，其特征在于：包括干气密封的动环(1)、静环(2)、节流气泄压阀组件(3)、泄漏气泄压阀组件(4)、密封端盖(5)和密封腔体(6)；所述动环(1)安装于密封端盖(5)内，所述静环(2)密封端面(21)的一侧为密封腔(61)即上游侧，所述静环(2)密封端面(21)的另一侧为泄漏腔(51)即下游侧，所述静环(2)的背面(29)设有沿周向分布的节流气环向锥形槽(27)和泄漏气环向锥形槽(26)，节流气环向锥形槽(26)和泄漏气环向锥形槽(27)成对地沿径向分布，节流气环向锥形槽(27)位于上游侧，泄漏气环向锥形槽(26)位于下游侧；所述节流气泄压阀组件(3)包括第一锥形泄压阀(31)、第一弹簧(32)和第一弹簧座(33)，所述泄漏气泄压阀组件(4)包括第二锥形泄压阀(41)、第二弹簧(42)和第二弹簧座(43)，所述第一锥形泄压阀(31)安装于节流气环向锥形槽(27)内，所述第二锥形泄压阀(41)安装于泄漏气环向锥形槽(26)内；所述密封端盖(5)上设有节流气压力调控腔(531)和泄漏气压力调控腔(541)，所述节流气压力调控腔(531)通过第一进气孔(532)与第一气源管路相连通，所述泄漏气压力调控腔(541)通过第二进气孔(542)与第二气源管路相连通；所述第一弹簧座(33)安装于节流气压力调控腔内(531)，所述第二弹簧座(43)安装于泄漏气压力调控腔内(541)，所述第一弹簧(32)位于...

【专利技术属性】
技术研发人员：江锦波，车健，彭旭东，李纪云，孟祥铠，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33