一种双环带多级螺旋槽干气密封环制造技术

本实用新型专利技术涉及一种双环带多级螺旋槽干气密封环，属于旋转式流体机械密封技术领域。该双环带多级螺旋槽干气密封环包括干气密封动环和干气密封静环，干气密封动环和/或干气密封静环的密封端面上设有双环带多级螺旋槽结构；双环带多级螺旋槽结构包括若干对内层多级螺旋槽和若干对外层多级螺旋槽，内层多级螺旋槽和外层多级螺旋槽均分别沿周向均匀分布，每对内层多级螺旋槽与外层多级螺旋槽的螺旋槽均分别依次增大或减小且内层多级螺旋槽与外层多级螺旋槽的螺旋角方向相反，内层多级螺旋槽与干气密封动环和/或干气密封静环的密封面内径之间设置有密封端面坝区，外层多级螺旋槽开口位于密封端端面高压侧，内层多级螺旋槽位于密封端端面低压侧。

【技术实现步骤摘要】
一种双环带多级螺旋槽干气密封环
本技术涉及一种双环带多级螺旋槽干气密封环，属于旋转式流体机械密封

技术介绍
非接触式气膜密封通过端面槽型结构旋转产生的动压效应，使得密封面间的间隙增大，减少磨损，延长密封结构寿命，端面槽型的结构参数影响着动压效应的强弱，进而影响密封效果的好坏。其中，螺旋槽端面密封因其具有低磨损、低泄漏、低能耗、安全性好和稳定性高等优点,目前广泛应用于石油、化工、航空和航天等领域。螺旋槽端面密封相对旋转的密封面是一对摩擦副，通过密封面的相对运动，来达到减小泄漏量，甚至实现零泄漏的目的。随着研究开发工作的不断深人，对螺旋槽端面密封无泄漏、无污染、长寿命等综合技术优势有了比较全面的认识，并已成功应用于工程实际。至今，螺旋槽端面密封的研究开发不仅限于单列流体动压槽型：内侧开槽型、外侧开槽型或中间开槽型，而且对双列流体动压槽型螺旋槽端面密封的研究也比较少。此外，流体通过单级螺旋槽所产生的动压效应是有限的，使得密封气膜的承载力或保持非接触的能力有限，容易发生端面的接触磨损，很大程度上抵消了所开槽的减磨优势，造成启动停车效果差、端面磨损和使用寿命短。此外，随着高新技术和工业的高速发展,对流体密封的性能也提出了更高的要求，如：环保，在高速、高压等极端环境中具有更好的稳定性等。因此，研究和设计新型端面密封以满足高性能要求，成为流体密封研究领域的新热点。
技术实现思路
本技术针对现有技术存在的问题，如端面开启困难、对变工况适应能力弱等，提出一种流体动、静压结合型的具有双环带多级螺旋槽的干气密封环，本密封环可有效提高端面密封的流体动压效应，降低密封端面直接接触引起的摩擦和磨损程度，从而使得密封环的使用寿命更长。此外，它在相同的条件下，本密封口环比其它密封具有更大的气膜厚度，或者在相同的气膜厚度下具有更大的流体膜刚度。本技术为解决其技术问题而采用的技术方案是：一种双环带多级螺旋槽干气密封环，包括干气密封动环和干气密封静环，干气密封动环和/或干气密封静环的密封端面上设有双环带多级螺旋槽结构；所述双环带多级螺旋槽结构包括若干对内层多级螺旋槽和若干对外层多级螺旋槽，内层多级螺旋槽和外层多级螺旋槽均分别沿周向均匀分布，每对内层多级螺旋槽与外层多级螺旋槽的螺旋槽均分别依次增大或减小且内层多级螺旋槽与外层多级螺旋槽的螺旋角方向相反，内层多级螺旋槽与干气密封动环和/或干气密封静环的密封面内径之间设置有密封端面坝区，外层多级螺旋槽开口位于密封端端面高压侧，内层多级螺旋槽位于密封端端面低压侧；干气密封动环的密封面和干气密封静环的密封面相对设置。所述内层多级螺旋槽槽深度从高压侧向低压侧逐级增加或逐级递减且同一级内层螺旋槽的深度不变，外层多级螺旋槽槽深度从高压侧向低压侧逐级增加或逐级递减且同一级外层螺旋槽的深度不变；外层多级螺旋槽的径向总宽度大于内层多级螺旋槽的径向总宽度。所述内层多级螺旋槽的线形为对数螺旋线或阿基米德螺旋线，外层多级螺旋槽的线形为对数螺旋线或阿基米德螺旋线。所述外层多级螺旋槽的个数为2～30个，内层多级螺旋槽的个数为2～30个。所述外层多级螺旋槽的级数为2～13级，内层多级螺旋槽的级数为1～12级。进一步地，所述外层多级螺旋槽的每级螺旋角为±1°～±90°，外层多级螺旋槽的每级螺旋槽的圆心角为1°～180°；内层多级螺旋槽的每级螺旋角为±1°～±90°，内层多级螺旋槽的每级螺旋槽的圆心角为1°～180°。进一步地，所述外层多级螺旋槽的每级螺旋槽的槽深为0.001mm～0.1mm，内层多级螺旋槽的每级螺旋槽的槽深为0.001mm～0.1mm，外层多级螺旋槽的槽深大于内层多级螺旋槽的槽深。所述密封端面坝区的径向距离为1mm～10mm。工作原理：本双环带多级螺旋槽气膜密封是一种类螺旋槽型密封，是在机械密封环端面上开设微米级深度的流体动压浅槽，如图1，外侧动压槽自外径Ro向端面中部延伸至直径R3，其倾斜方向与动环的旋转方向相同；内侧动压槽自内径Ri向端面中部延伸至直径R2，其倾斜方向与动环的旋转方向相反。当密封动静环相对转动时，由于流体粘性剪切力的作用及内外径压差作用，动压浅槽将处于高压侧的流体“泵”入两密封环端面间隙。密封动静环之间的相对运动加上动压浅槽的作用，使得密封气体在旋转流动过程中产生动压效应，从而生成开启力将密封动静环推开。当开启力大于环上所受闭合力时，两密封端面之间空隙逐渐增大，间隙增大会使得动压效应减弱，开启力降低；当开启力值小于环所受闭合力时，两密封端面之间空隙逐渐减小，间隙变小会使得动压效应增强，开启力增大，直到气膜开启力等于密封环所受到的闭合力时，此时密封稳定运行，并且密封端面处于稳定的非接触状态。由于密封端面之间的高压介质生成的气膜很好地堵住了介质的泄漏通道，从而达到了介质零泄漏的效果。受到干扰后密封端面会自我调节回到原来的位置，所以本密封环具有自动调节功能。本技术的有益效果：(1)该气膜密封属于类螺旋槽型流体密封的一种，它不仅可以实现机械正常运转状态下的微泄漏甚至零泄漏，而且双环带多级螺旋槽可以保证旋转机械处于停车状态时密封端面紧密贴合，起到停车密封的作用；在内层多级螺旋槽与密封环内径之间保留一宽度较小的平面环带(端面密封坝区)，其在转动状态下也是起节流作用，在静止状态下则起停车密封作用。(2)各级螺旋槽的深度从高压侧至低压侧逐渐增加或减小，使得各级交界处出现阶梯形状，有助于流体介质的局部增压；从而使密封端面能够沿径向形成多个高压区，增强气膜的动压效应，增大密封的开启性能，保证了密封运行的稳定性；多级螺旋槽可对流体介质产生更强的压缩效果，具有更佳的流体动压效应，使得密封在高速工况下的承载能力更强，有效地改善了机械密封端面的润滑状态，降低了密封端面的摩擦磨损程度，延长了密封件的工作寿命，保证了设备的长期稳定运行，消除了设备的安全隐患。(3)与纯流体动压型双列螺旋槽端面密封相比，本技术的外层多级螺旋槽的径向总宽度do和槽深ho总是大于内层多级螺旋槽的径向总宽度di和槽深hi，在给定的旋向下，双环带多级螺旋槽将密封气体由高压侧向低压侧泵送，总体效果是实现了气体的下游泵送，虽然这种泵送会产生轻微的泄漏，但是，以此为代价而换取了两个密封端面之间更大的气膜厚度及气膜刚度。(4)与单列螺旋槽端面密封相比，本技术在螺旋槽端面上增加了一列位于下游的内层多级螺旋槽，其螺旋角的方向与位于上游的外层多级螺旋槽的螺旋角方向相反。在给定的旋向下，下游一列多级螺旋槽对密封流体向上游泵汲，起主动的“推挡”作用，而在单列螺旋槽端面密封中，下游的平面环带坝区只是起到被动的“阻挡”作用。(5)本技术具有加工工艺简单，加工技术成熟，相关几何参数优化完备、加工成本低、使用寿命长、密封环变形小等特点，特别适用于泵和压缩机等设备中非接触机械密封。(6)本技术可以针对不同的密封设备、操作工况可选择不同的级数，也可以改变内外层双环带各级螺旋槽的螺旋角、径向宽度等结构参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双环带多级螺旋槽干气密封环，其特征在于：包括干气密封动环和干气密封静环，干气密封动环和/或干气密封静环的密封端面上设有双环带多级螺旋槽结构；所述双环带多级螺旋槽结构包括若干对内层多级螺旋槽和若干对外层多级螺旋槽，内层多级螺旋槽和外层多级螺旋槽均分别沿周向均匀分布，每对内层多级螺旋槽与外层多级螺旋槽均分别依次增大或减小且内层多级螺旋槽与外层多级螺旋槽的螺旋角方向相反，内层多级螺旋槽与干气密封动环和/或干气密封静环的密封面内径之间设置有密封端面坝区，外层多级螺旋槽开口位于密封端端面高压侧，内层多级螺旋槽位于密封端端面低压侧；干气密封动环的密封面和干气密封静环的密封面相对设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种双环带多级螺旋槽干气密封环，其特征在于：包括干气密封动环和干气密封静环，干气密封动环和/或干气密封静环的密封端面上设有双环带多级螺旋槽结构；所述双环带多级螺旋槽结构包括若干对内层多级螺旋槽和若干对外层多级螺旋槽，内层多级螺旋槽和外层多级螺旋槽均分别沿周向均匀分布，每对内层多级螺旋槽与外层多级螺旋槽均分别依次增大或减小且内层多级螺旋槽与外层多级螺旋槽的螺旋角方向相反，内层多级螺旋槽与干气密封动环和/或干气密封静环的密封面内径之间设置有密封端面坝区，外层多级螺旋槽开口位于密封端端面高压侧，内层多级螺旋槽位于密封端端面低压侧；干气密封动环的密封面和干气密封静环的密封面相对设置。


2.根据权利要求1所述双环带多级螺旋槽干气密封环，其特征在于：内层多级螺旋槽槽深度从高压侧向低压侧逐级增加或逐级递减且同一级内层螺旋槽的深度不变，外层多级螺旋槽槽深度从高压侧向低压侧逐级增加或逐级递减且同一级外层螺旋槽的深度不变；外层多级螺旋槽的径向总宽度大于内层多级螺旋槽的径向总宽度。


3.根据权利要求1所述双环带多级螺旋槽干气密封环，其特征在于：内层多级螺旋槽的线形为对数螺旋线或阿基米德螺旋线，...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋鹏云，李支勇，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：新型
国别省市：云南;53