專利名稱：氣體端面密封抗干擾裝置及抗干擾方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣體端面密封裝置技術(shù)領(lǐng)域，適用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸端的氣體端面密封，尤其是壓縮機(jī)、高速泵等高速工況下的軸端氣體端面密封。
背景技術(shù)：
氣體端面密封以磨損量小、泄漏率低和壽命長等優(yōu)點(diǎn)在石油、化工以及航空等領(lǐng)域的旋轉(zhuǎn)機(jī)械中有著廣泛的應(yīng)用，密封運(yùn)轉(zhuǎn)時密封端面間保持非接觸的狀態(tài)，為全氣膜潤滑，氣膜厚度為微米級。密封在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于制造誤差、安裝誤差以及外界擾動等原因，會造成密封補(bǔ)償環(huán)(密封靜環(huán))繞角向的擺動，輕則密封端面之間的間隙過大，泄漏率超標(biāo)，重則密封動環(huán)和密封靜環(huán)相撞，發(fā)生端面磨損失效或者密封環(huán)破裂失效。氣體端面 密封通常被應(yīng)用在過程裝備的關(guān)鍵設(shè)備中，例如被應(yīng)用在壓縮機(jī)的軸端密封中，密封一旦失效，就會造成整個生產(chǎn)過程停車的惡劣后果，這將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在工程實(shí)際中，密封靜環(huán)繞角向擺動通常是不可避免的，在主機(jī)振動較大、操作條件(被密封介質(zhì)壓力、轉(zhuǎn)軸速度)波動較大的情況下，密封靜環(huán)繞角向擺動又會被加劇，更容易導(dǎo)致密封失效。傳統(tǒng)的氣體端面密封裝置通常是采用提高密封氣膜剛度的方法，來提高密封抵抗外界干擾的能力，這種方法在一定程度上減小了密封失效的幾率，但是在外界干擾劇烈的情況下，密封還會發(fā)生失效，沒有從根本上解決密封靜環(huán)繞角向擺動帶來密封失效的問題?；诖朔N情況，就必須尋求一種氣體端面密封抗干擾裝置，以解決因?yàn)槊芊忪o環(huán)繞角向擺動而導(dǎo)致密封失效的問題。當(dāng)然，所發(fā)明的氣體端面密封抗干擾裝置，必須滿足結(jié)構(gòu)簡單、操作穩(wěn)定以及具有自適應(yīng)性等特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種氣體端面密封抗干擾裝置及抗干擾方法，該裝置能夠有效地解決外界干擾引起密封補(bǔ)償環(huán)(密封靜環(huán))繞角向擺動導(dǎo)致密封失效的問題。本發(fā)明的氣體端面密封抗干擾裝置，其特征在于，是在包括有與轉(zhuǎn)軸I 一起旋轉(zhuǎn)的密封動環(huán)4、密封靜環(huán)5、薄膜節(jié)流器13以及氣體供給裝置14的基本結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在所說的密封靜環(huán)5上加工有周向均布互不連通的氣體供給通道，徑向相對的每一組氣體供給通道分別和薄膜節(jié)流器中的薄膜兩側(cè)的氣體供給通道相連通，所采用的技術(shù)方案如下氣體端面密封抗干擾裝置，包括與轉(zhuǎn)軸I 一起旋轉(zhuǎn)的密封動環(huán)4、靜止的密封靜環(huán)
5、薄膜節(jié)流器13以及氣體供給裝置14，密封動環(huán)4安裝在轉(zhuǎn)軸I的軸套2上且被動環(huán)壓蓋8壓緊，密封動環(huán)4和軸套2之間安裝有防轉(zhuǎn)銷3，密封靜環(huán)5安裝在靜環(huán)座7上，密封靜環(huán)5和靜環(huán)座7之間安裝有壓縮彈簧6，密封裝置的輔助密封由密封圈9、密封圈10、密封圈11以及密封圈12提供，所述的密封靜環(huán)5上加工有周向均布互不連通的氣體供給通道a4，徑向相對的每一組氣體供給通道a4通過氣體供給通道a3分別和薄膜節(jié)流器13中的薄膜15兩側(cè)的氣體供給通道a2相連通，氣體供給裝置14提供的氣體，通過氣體供給通道輸送到薄膜節(jié)流器13中，氣體被節(jié)流后，依次通過氣體供給通道a2、氣體供給通道a3以及氣體供給通道a4輸送到密封動環(huán)4和密封靜環(huán)5的端面之間。密封動環(huán)4和密封靜環(huán)5的端面之間通過氣體膜密封。動環(huán)壓蓋8與軸套2固定在一起,靜環(huán)座7是靜止固定的。所述的徑向相對的一組氣體供給通道a4，分別和薄膜節(jié)流器13中的薄膜15兩側(cè)的氣體供給通道a2相連通。所述的薄膜節(jié)流器13的數(shù)量為n，周向均布互不連通的氣體供給通道&4的數(shù)量為2n，通常 n = 1-20 個。 本發(fā)明能夠有效地解決外界干擾引起密封補(bǔ)償環(huán)(密封靜環(huán))繞角向擺動導(dǎo)致的密封失效的原因在于密封靜環(huán)上徑向相對的一組氣體供給通道a4通過氣體供給通道a3分別和薄膜節(jié)流器13中的薄膜15兩側(cè)的氣體供給通道a2相連通，當(dāng)密封運(yùn)行在理想狀態(tài)時，密封靜環(huán)不會發(fā)生角向偏轉(zhuǎn)，密封動環(huán)和密封靜環(huán)的密封端面保持相互平行，徑向相對的一組氣體供給通道a4中的氣體壓力相等(Psl等于ps2)，因而薄膜節(jié)流器中的薄膜兩側(cè)的壓力也相等，薄膜不會發(fā)生彎曲變形；當(dāng)密封靜環(huán)因?yàn)橥饨鐢_動發(fā)生角向偏轉(zhuǎn)時，會改變密封端面之間的氣膜壓力分布，這樣就會使徑向相對的一組氣體供給通道&4中的氣體壓力不相等(Psl不等于Ps2)，從而導(dǎo)致薄膜節(jié)流器中的薄膜兩側(cè)產(chǎn)生壓差，壓差將導(dǎo)致薄膜發(fā)生彎曲變形，薄膜產(chǎn)生的彎曲變形將改變薄膜兩側(cè)氣體供給通道a2中的氣體流動阻力(一端氣體流動阻力增加，另一端氣體流動阻力減小)，這將減小密封靜環(huán)的角向偏轉(zhuǎn)，使密封恢復(fù)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。另外，本發(fā)明的氣體端面密封抗干擾裝置，其顯著特點(diǎn)是根據(jù)密封靜環(huán)角向偏轉(zhuǎn)的大小能夠自適應(yīng)的提供抗干擾能力。當(dāng)密封靜環(huán)角向偏轉(zhuǎn)較小，薄膜節(jié)流器中的薄膜兩側(cè)產(chǎn)生較小的壓差，薄膜發(fā)生彎曲變形也會較小，當(dāng)密封靜環(huán)角向偏轉(zhuǎn)較大，薄膜節(jié)流器中的薄膜兩側(cè)產(chǎn)生較大的壓差，薄膜發(fā)生彎曲變形也會較大。本發(fā)明的氣體端面密封抗干擾裝置，解決了密封靜環(huán)角向偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致密封失效的問題，能夠根據(jù)密封靜環(huán)角向偏轉(zhuǎn)的大小，自適應(yīng)的提供抗干擾能力。密封裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、故障率低以及容易制造等優(yōu)點(diǎn)。


圖I是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的一種薄膜節(jié)流器配置示意中1_轉(zhuǎn)軸；2-軸套；3_防轉(zhuǎn)銷；4_密封動環(huán)；5_密封靜環(huán)；6_壓縮彈簧；7-靜環(huán)座；8_動環(huán)壓蓋；9，10，11，12-密封圈；13_薄膜節(jié)流器；14_氣體供給裝置；15_薄膜。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖所示的具體實(shí)施方式
，對本發(fā)明的上述內(nèi)容再做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅局限于以下的實(shí)例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。如圖I所示，本發(fā)明的一種氣體端面密封抗干擾裝置，包括與轉(zhuǎn)軸I 一起旋轉(zhuǎn)的密封動環(huán)組件、靜止的密封靜環(huán)組件、薄膜節(jié)流器13以及氣體供給裝置14。密封動環(huán)組件結(jié)構(gòu)為密封動環(huán)4安裝在軸套2上且被動環(huán)壓蓋8壓緊，密封動環(huán)4和軸套2之間安裝有防轉(zhuǎn)銷3，密封運(yùn)轉(zhuǎn)時，密封動環(huán)4和轉(zhuǎn)軸I 一起旋轉(zhuǎn)；密封靜環(huán)組件結(jié)構(gòu)為密封靜環(huán)5安裝在靜環(huán)座7上，密封靜環(huán)5和靜環(huán)座7之間安裝有壓縮彈簧6，壓縮彈簧6提供一定的閉合力，在所述的密封靜環(huán)5上加工有周向均布互不連通的氣體供給通道a4 ;薄膜節(jié)流器13中安裝有有彈性的薄膜15，且加工有氣體供給通道和a2 ;氣體供給裝置14提供密封氣源，氣源壓力為Ps ;密封靜環(huán)5上徑向相對的一組氣體供給通道a4通過氣體供給通道a3分別和薄膜節(jié)流器13中的薄膜15兩側(cè)的氣體供給通道a2相連通。從氣體供給裝置14輸送出來的氣體，首先通過氣體供給通道％被輸送到薄膜節(jié)流器13中，氣體在薄膜節(jié)流器13中被節(jié)流后，依次通過氣體供給通道a2、a3和a4到達(dá)密封動環(huán)4和密封靜環(huán)5端面之間的間隙。動環(huán)壓蓋8與軸套2固定在一起，靜環(huán)座7是靜止固定的。圖I所示的氣體端面密封抗干擾裝置中的輔助密封由密封圈9、10、11和12提供。通常，根據(jù)密封環(huán)的大小和密封工況等條件，密封靜環(huán)5上加工的周向均布互不 連通的氣體供給通道a4的數(shù)量為2n，與氣體供給通道a4相連的薄膜節(jié)流器13的數(shù)量為n，n = 1-20個。圖2為圖I的軸向示意圖，用以顯示薄膜節(jié)流器的配置個數(shù)，圖中薄膜節(jié)流器的配置個數(shù)為2個，分別和徑向相對的一組氣體供給通道a4相連通。圖I只是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)形式，本發(fā)明不僅可以應(yīng)用于臥式設(shè)備旋轉(zhuǎn)軸的端面密封，而且可以應(yīng)用立式設(shè)備旋轉(zhuǎn)軸的端面密封。本發(fā)明的氣體端面密封抗干擾裝置可以應(yīng)用于任何形式的氣體端面密封，例如單端面氣體端面密封、雙端面氣體端面密封等，補(bǔ)償機(jī)構(gòu)可以是單彈簧、多彈簧和波紋管等。
權(quán)利要求
1.氣體端面密封抗干擾裝置，包括與轉(zhuǎn)軸(I)一起旋轉(zhuǎn)的密封動環(huán)(4)、靜止的密封靜環(huán)(5)、薄膜節(jié)流器(13)以及氣體供給裝置(14)，密封動環(huán)(4)安裝在軸套(2)上且被動環(huán)壓蓋(8)壓緊，密封動環(huán)(4)和軸套(2)之間安裝有防轉(zhuǎn)銷(3);密封靜環(huán)(5)安裝在靜環(huán)座(7)上，密封靜環(huán)(5)和靜環(huán)座(7)之間安裝有壓縮彈簧￠);密封裝置的輔助密封由密封圈(9)、密封圈(10)、密封圈(11)以及密封圈(12)提供；其特征在于所述的密封靜環(huán)(5)上加工有周向均布互不連通的氣體供給通道(a4)，徑向相對的每一組氣體供給通道(a4)通過氣體供給通道(a3)分別和薄膜節(jié)流器(13)中的薄膜(15)兩側(cè)的氣體供給通道(a2)相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體端面密封抗干擾裝置，其特征在于徑向相對的每一組氣體供給通道(a4)，對稱布置，分別和薄膜節(jié)流器(13)中的薄膜(15)兩側(cè)的氣體供給通道(a2)相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的氣體端面密封抗干擾裝置，其特征在于所述的薄膜節(jié)流器(13)的數(shù)量為n，周向均布互不連通的氣體供給通道(a4)的數(shù)量為2n，n=l-20個。
4.利用權(quán)利要求1-2所述的任一氣體端面密封抗干擾裝置的抗干擾方法，其特征在于氣體供給裝置(14)提供的氣體，通過氣體供給通道( )輸送到薄膜節(jié)流器(13)中，氣體被節(jié)流后，依次通過氣體供給通道(a2)、氣體供給通道(a3)以及氣體供給通道(a4)輸送到密封動環(huán)(4)和密封靜環(huán)(5)的端面之間；氣體端面密封處于正常工作狀態(tài)時，薄膜節(jié)流器(13)中的薄膜(15)兩側(cè)壓力相等，薄膜不產(chǎn)生彎曲變形；當(dāng)外界干擾引起密封靜環(huán)(5)發(fā)生角向偏轉(zhuǎn)時，薄膜節(jié)流器(13)中的薄膜(15)兩側(cè)就會產(chǎn)生壓差，壓差將導(dǎo)致薄膜(15)產(chǎn)生彎曲變形，薄膜產(chǎn)生的彎曲變形將改變薄膜兩側(cè)氣體供給通道(a2)中的氣體流動阻力，使一端氣體流動阻力增加，另一端氣體流動阻力減小，這將減小密封靜環(huán)(5)的角向偏轉(zhuǎn)，使密封恢復(fù)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；根據(jù)密封靜環(huán)(5)角向偏轉(zhuǎn)的大小，薄膜節(jié)流器(13)自適應(yīng)地提供抗干擾能力。
全文摘要
氣體端面密封抗干擾裝置及抗干擾方法，屬于氣體端面密封裝置領(lǐng)域。包括與轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)的密封動環(huán)、密封靜環(huán)、薄膜節(jié)流器以及氣體供給裝置。在密封靜環(huán)上加工有周向均布互不連通的氣體供給通道，徑向相對的每一組氣體供給通道分別和薄膜節(jié)流器中的薄膜兩側(cè)連通。氣體供給裝置提供的氣體在薄膜節(jié)流器中節(jié)流后被輸送到密封端面之間，密封正常運(yùn)轉(zhuǎn)時薄膜節(jié)流器中薄膜兩側(cè)壓力相等，薄膜不產(chǎn)生彎曲變形；當(dāng)密封靜環(huán)發(fā)生角向偏轉(zhuǎn)時，薄膜節(jié)流器中的薄膜兩側(cè)就會產(chǎn)生壓差，壓差將導(dǎo)致薄膜產(chǎn)生彎曲變形，彎曲變形將改變薄膜兩側(cè)的氣體流動阻力，從而有利于密封恢復(fù)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)工況，該密封裝置能夠根據(jù)密封靜環(huán)角向偏轉(zhuǎn)的大小，自適應(yīng)的提供抗干擾能力。
文檔編號F16J15/40GK102853085SQ20121035905
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者蔡紀(jì)寧, 李雙喜, 張樹強(qiáng), 張秋翔, 陳國軍 申請人:北京化工大學(xué)