三维似羽毛织构底面型槽气体端面密封结构制造技术

一种三维似羽毛织构底面型槽气体端面密封结构，包括机械端面密封的动环、静环，所述动环和静环中至少有一个密封端面上设有多个三维型槽，所述三维型槽之间的非开槽区域是密封堰，所述三维型槽由具有似羽毛织构特征底面的泵汲槽和螺旋槽组成，所述泵汲槽是沿径向分布，所述泵汲槽位于密封端面的上游，所述泵汲槽的深度从上游至下游逐渐变浅；所述泵汲槽与螺旋槽相连接，所述螺旋槽迎风侧壁螺旋线的螺旋角大于背风侧壁螺旋线的螺旋角，所述螺旋槽的深度从上游至下游逐渐变浅；在所述螺旋槽的下游还设有一连续的平面环带密封坝。本发明专利技术的有益效果：端面流体静压和动压效应强、低速启动性能好、耐压性能优异、抗咬合能力强、泄漏量小、耐磨损。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种旋转式流体机械的气体端面机械密封结构，特别 涉及一种由具有似羽毛织构底面特征的泵汲槽和螺旋槽组成的三维 型槽气体端面密封结构，适用于包括各种类型压縮.机、反应釜、泵等 旋转式流体机械的旋转轴。
技术介绍
公知的流体动压或静压或动静压结合型机械端面密封，还存在一 些不足之处，例如螺旋槽流体动压型端面密封(见美国科技杂志Lubrication Engineering, 1990, 46(9): pp607;美国专利USA Patent 5702110、 7144016和20020093141，世界专利WO9506212以及中国 专利90101737.X、 96108614.9、 98219179、 01102213.2、 02132978.8 和02146449.9)，其端面结构主要由两部分组成，即沿周向均匀分布 的数个螺旋槽和与槽根部紧密连接的密封坝，同时端面上设有双环 带、八字槽、人字槽、枞树槽、或双螺旋角三维螺旋槽，尽管这些螺 旋槽干式气体端面密封具有较低的摩擦功耗，端面升举能力也较强， 特别是双螺旋角螺旋槽气体端面密封，其气膜刚度和可靠性相比于等 深、等螺旋角的螺旋槽密封优势更明显。但是，总的来说，干式气体 端面密封技术目前仍然存在气膜刚度不够大，端面开启特性优势不明 显，泄漏量不可控，低速运行性能较差，难以适应操作条件急剧变化 或高操作参数的情况，因此存在抗干扰能力不强、易发生干磨以及在 高参数条件下耐压能力不强、泄漏量较大且难以控制等不足，从而导致在一定的操作条件下，端面间气体膜厚不足，或气膜刚度不足以抵 抗外界干扰，导致密封装置运行不稳定，泄漏量超标或不达要求。
技术实现思路
为了克服干式气体端面密封已有技术中端面气膜开启能力不能 适应更宽的操作条件范围、易发生干磨、动压效果不够强以及高参数 条件下泄漏量较大、耐压能力不强、稳定性较差的不足，本专利技术提供 一种端面流体动压效果好、启动和停车性能好、抗咬合能力强、泄漏 量小、耐压性能优异、适用于高参数操作条件的三维似羽毛织构底面 型槽气体端面密封结构。本专利技术的技术方案是 . 一种三维似羽毛织构底面型槽气体端面密封结构，包括机械端面 密封的动环、静环和其它相关零件组成，所述动环的密封端面和静环 的密封端面相互贴合构成圆环形密封端面，所述圆环形密封端面的一 侧为高压侧即上游，所述圆环形密封端面的另一侧为低压侧即下游， 动环的密封端面相对静环的密封端面产生旋转，所述动环和静环的密 封端面的至少一个上设有多个用于气体端面密封的三维型槽，所述的 三维型槽在密封端面上呈周期性排布，沿环面中心对称分布，所述三 维型槽之间的非开槽区域构成密封堰，其特征在于所述三维型槽由 具有似羽毛织构特征底面的泵汲槽和螺旋槽组成，所述的泵汲槽是沿 径向分布，所述泵汲槽位于密封端面的上游，所述泵汲槽的深度从上 游至下游逐渐变浅；所述泵汲槽与螺旋槽相连接，所述螺旋槽的迎风 侧壁的螺旋线的螺旋角大于背风侧壁的螺旋线的螺旋角，所述螺旋槽 的深度从上游至下游逐渐变浅；在所述螺旋槽的下游还设有一连续的平面环带密封坝。进一步，所述三维型槽的基础底面的最小深度/z。 0^z^5)am; 所述似羽毛织构的数量M: 0^<oo，所述似羽毛织构的深度/21:1.5|iim^2S30|im;所述似羽毛织构的长轴和短轴的长度比y: 1.(^任18，所述长轴与来流方向平行，所述短轴与来流方向垂直，且靠近来流方向的织构rf直较小，1.0，S2.0，远离来流方向的织构y值较大，2.0<任18; 所述泵汲槽的深度/22=0 150^im;所述螺旋槽与端面上游即高压侧的 最小径向距离/2: /2=0.05『，所述螺旋槽与下游即低压侧的最大径向 距离/3: /3=7附9，『为密封端面宽度，所述螺旋槽的深度/z3=0 150,。进一步，所述泵汲槽两侧的径向长度有差异，长侧壁长度是短侧 壁长度的1 4倍。进一步，所述螺旋槽在相同半径处的深度沿型槽开槽面的旋转方 向逐渐变深。进一歩，所述螺旋槽是沿其与所述泵汲槽连接处对称分布的双向槽。或者，所述螺旋槽是沿其与所述泵汲槽连接处单向分布的单向槽。迸一步，所述螺旋槽的结构尺寸是相同的，开槽平面环带的径向 宽度/4与密封坝的径向宽度/5之比即槽长坝长比/4〃5: /4〃5=0.8 4.5。或者，所述螺旋槽的结构尺寸是有差异的，所述长螺旋槽三维型 槽与短螺旋槽三维型槽沿端面圆周方向呈周期性间隔分布，所述短螺 旋槽三维型槽的槽长坝长比/4//5的取值范围为/4//5=0.8 1.5，槽形较短、较宽，槽尾似羽毛织构错开排列；所述长螺旋槽三维型槽的槽长坝长比/4//5的取值范围为/4//5=1.5 4.5，槽形较窄长而扁平，槽尾似羽毛织构部分重叠排布。本专利技术的特点是借鉴经过上亿年进化且具有优异气体动力学性 能的飞行鸟类翅膀的羽毛特征，采用似羽毛织构作为表面织构来制作 三维型槽气体端面密封的槽底面。似羽毛织构可以在端面上直接加工 形成三维型槽，也可以先在动环和静环的至少一个环端面上加工出具 有一定深度的平底面或梯田式基础底面，而后再在此基础底面上加工 制作。所述泵汲槽底面和螺旋槽底面的似羽毛织构的形状是圆形、椭圆形、梯形、矩形、正方形、月牙形、纺锤形、或菱形；所述泵汲槽 形状是纺锤形、橄榄球形、梯形、矩形、半圆形、椭圆形、或菱形； 所述螺旋槽的形状可以是似鸟类翅膀形、月牙形、人字形、或铁锚形， 以适应干式气体端面密封的双向旋转要求；也可以是鹰嘴形、恐龙形、 雁型、或镰刀形，以适应干式气体端面密封的单向旋转要求。所述三维似羽毛织构底面型槽气体端面密封结构中的部分三微 型槽的几何结构参数的优选值为所述泵汲槽上游即高压侧的槽深优 选为/zf7.5 100(im，所述泵汲槽下游即低压侧的槽深优选为/22 =0 2(Him;所述泵汲槽的径向长度与密封端面宽度之比V『值的优选范 围为A/ffM).05 0.25;所述蟪旋槽上游即高压侧的槽深优选为 /73=2.5 80|im，所述螺旋槽下游即低压侧的槽深优选为/z3=0 10pm; 并且泵汲槽和螺旋槽的上游槽深大于下游槽深。所述螺旋槽的迎风侧 壁的螺旋线的螺旋角A大于背风侧壁的螺旋线的螺旋角"2且各自保 持恒定值时有"产8 22°， "2=6 18°。本专利技术的工作原理是(1)沿径向流动截面积逐渐减小，且流道 呈三维收敛斜面的泵汲槽起到对流体的导流作用，槽底面上似羽毛织 构与三维流道协同作用，最大程度地提高了端面气膜的静压效果，增 强了泵汲效应和端面润滑效果，增大了开启力，提高了流体膜刚度， 因此获得的密封的抗干扰能力或稳定性优于已有的一般流体静压型 和动压型机械密封，并且在低速运行、启动或停车、或工况剧烈波动 期间可以保持一定厚度的气膜，避免摩擦副之间产生干磨。(2)螺旋 槽与泵汲槽相连接，其槽深沿径向从上游即高压侧到下游即低压侧逐 渐变浅，同时采用沿径向或/和周向深度逐渐变浅的似羽毛织构的底 面，螺旋槽的两个侧壁的螺旋线的螺旋角等值且保持不变或不等值且 各自保持不变，因此构成了一种新型三维型槽。沿径向逐渐变浅的槽 深不仅进一步提高了对密封流体的泵汲效应，大大利于流体进入端 面，而且仿羽毛状织构底面结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维似羽毛织构底面型槽气体端面密封结构，包括机械端面密封的动环、静环和其它相关零件组成，所述动环的密封端面和静环的密封端面相互贴合构成圆环形密封端面，所述圆环形密封端面的一侧为高压侧即上游，所述圆环形密封端面的另一侧为低压侧即下游，动环的密封端面相对静环的密封端面产生旋转，所述动环和静环的密封端面的至少一个上设有多个用于气体端面密封的三维型槽，所述的三维型槽在密封端面上呈周期性排布，沿环面中心对称分布，所述三维型槽之间的非开槽区域构成密封堰，其特征在于：所述三维型槽由具有似羽毛织构特征底面的泵汲槽和螺旋槽组成，所述的泵汲槽是沿径向分布，所述泵汲槽位于密封端面的上游，所述泵汲槽的深度从上游至下游逐渐变浅；所述泵汲槽与螺旋槽相连接，所述螺旋槽的迎风侧壁的螺旋线的螺旋角大于背风侧壁的螺旋线的螺旋角，所述螺旋槽的深度从上游至下游逐渐变浅；在所述螺旋槽的下游还设有一连续的平面环带密封坝。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭旭东，李纪云，白少先，盛颂恩，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：86[]