仿鳥翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】仿鳥翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，包括機械密封的動環(huán)和靜環(huán)，所述動環(huán)或靜環(huán)至少一個密封環(huán)的端面上設(shè)有多個沿圓周均勻分布的仿鳥翼型多通道槽，所述仿鳥翼型多通道槽位于介質(zhì)高壓側(cè)，即上游；所述仿鳥翼型多通道槽包括兩個及以上引流槽和一個或多個圓弧槽，所述圓弧槽位于引流槽的下游側(cè)且與引流槽相聯(lián)接，所述引流槽均與介質(zhì)高壓側(cè)或上游相連通并且沿周向均勻分布，所述引流槽之間以不開槽的密封堰隔離；所述端面上周向未開槽區(qū)域形成的環(huán)帶是密封壩，所述密封壩位于端面低壓側(cè)，即下游。本實用新型具有端面靜壓效應(yīng)強，功耗低，低速下運行穩(wěn)定好，泄漏量小，抗干擾性能優(yōu)異，特別適用于反應(yīng)釜、攪拌器等設(shè)備用非接觸式干式氣體密封的端面密封裝置。
【專利說明】仿鳥翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種仿鳥翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，屬于旋轉(zhuǎn)軸的非接觸式干式氣體密封裝置，適用于各種壓縮機、泵及釜等旋轉(zhuǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)軸用軸端密封裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]旋轉(zhuǎn)式流體機械設(shè)備的轉(zhuǎn)軸一般采用普通機械密封或非接觸式端面密封，為避免“液封液”或“液封氣”帶來的功耗高、設(shè)備投資大、潤滑與冷卻系統(tǒng)復(fù)雜、泄漏大等問題，提高機械密封的開啟特性、穩(wěn)定性、密封性并節(jié)能降耗，進入20世紀70年代末，密封技術(shù)開始以“氣封液”或“氣封氣”的干式氣體密封部分替代上述普通接觸式或非接觸式液體潤滑機械密封，并取得了顯著成效，其中以 John Crane (www.johncrane.com)、Flowserve (www.flowserve.com)和 Bergmann (www.eagleburgmann.com)為代表的世界著名密封企業(yè)相繼開發(fā)出了螺旋槽、帶內(nèi)環(huán)槽的螺旋槽和V型槽等單向旋轉(zhuǎn)干式氣體密封以及揪樹型槽、T型槽和U型槽等雙向旋轉(zhuǎn)干式氣體密封，以及中國專利96108614.9 (雙環(huán)帶螺旋槽端面密封),98103575.2 (可雙向旋轉(zhuǎn)的雙列雙葉螺旋槽端面密封)，200910153312.5 (雙列傾斜式方向性微孔端面無泄漏機械密封結(jié)構(gòu))，01102213.2 (可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置)，02146449.9 (雙螺旋角三維螺旋槽端面密封裝置)，201310059819.0 (可雙向旋轉(zhuǎn)的燕尾槽端面機械密封結(jié)構(gòu))等都是干式氣體端面密封的成功案例。上述干式氣體端面密封一般都存在啟動或停車性能較差，泄漏率較大或抗外界擾動能力不理想的不足，難以滿足低速、頻繁啟動等特殊運行要求。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為了克服干已有技術(shù)中氣密封存在的上述不足，本實用新型基于仿生學原理和氣體動力學理論，借鑒低速飛行高負荷鳥類在飛行狀態(tài)下翼翅小翼羽結(jié)構(gòu)的特殊作用，提供了一種在低速低壓或低速高壓工況下端面靜壓效應(yīng)強、氣膜剛度大且泄漏率低的仿鳥翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)。相比于上述干式氣體端面密封，本實用新型綜合了已有干式氣體端面密封的優(yōu)點，
[0004]本實用新型技術(shù)方案:
[0005]一種仿鳥翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，包括兩個機械密封環(huán)，即動環(huán)和靜環(huán)，其特征在于:所述動環(huán)或靜環(huán)至少一個密封環(huán)的端面上設(shè)有多個沿圓周均勻分布的仿鳥翼型多通槽，所述仿鳥翼型多通槽位于介質(zhì)高壓側(cè)，即上游；所述仿鳥翼型多通槽包括兩個以上引流槽2和一個或多個圓弧槽3，所述圓弧槽3位于引流槽2的下游側(cè)且與每個引流槽2相聯(lián)接，所述引流槽2與密封環(huán)外徑相連通，所述兩個以上的引流槽2沿周向分布，所述各個引流槽2之間以不開槽的密封堰I隔離，所述端面上周向未開槽區(qū)域形成的環(huán)帶是密封壩4，所述密封壩4位于端面低壓側(cè)，即下游。
[0006]進一步，所述引流槽的側(cè)壁型線為螺旋線或圓弧線或直線。
[0007]進一步,所述引流槽2的深度1^=3~30 μ m,所述圓弧槽3的深度h2=2~20 μ m ;所述仿鳥翼型多通槽個數(shù)N的取值范圍為:4≤ N≤30，優(yōu)選值范圍為:6≤ N≤20。
[0008]進一步，所述引流槽2在端面外圓處的周向弧長之和…=!^ Θ 2+ Θ D與相同半徑處仿鳥翼型多通槽周向弧長w=r。Θ之比的取值優(yōu)選范圍為=W1Zw=0.2-0.8,所述圓弧槽3在徑向方向上的開槽寬度I1=I^rg與仿鳥翼型多通道槽的徑向開槽總寬度I=I^rg之比的取值優(yōu)選范圍為山/!=。.1~0.5。
[0009]進一步，所述引流槽為雙列連通螺旋槽，所述上游螺旋槽與下游螺旋槽的螺旋角方向相反，所述下游螺旋槽與圓弧槽相聯(lián)接。
[0010]進一步，所述引流槽的個數(shù)Ny=3，所述三個引流槽沿周向分布，所述圓弧槽的個數(shù)Nh=2，所述圓弧槽沿徑向分布；中間引流槽與背風側(cè)引流槽通過上游圓弧槽貫通，所述中間引流槽與下游圓弧槽不連通。
[0011]進一步，所述引流槽的個數(shù)Ny=3，所述三個引流槽沿周向分布，所述圓弧槽的個數(shù)Nh=2，所述圓弧槽沿徑向分布；所述中間引流槽與迎風側(cè)引流槽通過上游圓弧槽貫通，所述中間引流槽與下游圓弧槽不連通。
[0012]進一步，所述引流槽的個數(shù)Ny=4，所述四個引流槽，即迎風側(cè)長引流槽2b、迎風側(cè)短引流槽2d、背風側(cè)短引流槽2c、背風側(cè)長引流槽2a沿周向分布，所述圓弧槽的個數(shù)Nh=2，所述圓弧槽沿徑向分布；所述迎風側(cè)短引流槽2d與背風側(cè)短引流槽2c通過上游圓弧槽3a貫通，所述迎風側(cè)短引流槽2d或背風側(cè)引流槽2c與下游圓弧槽3b不連通，背風側(cè)長引流槽2a與迎風側(cè)長引流槽2b通過下游圓弧槽3b連通。
[0013]進一步，所述圓弧槽的深度小于或等于引流槽的深度。
[0014]進一步，所述引流槽的槽深在不同半徑處相同或從端面上游至端面下游逐漸變淺。
[0015]本實用新型的工作原理:
[0016]借鑒適合低速飛行鳥類的翼翅結(jié)構(gòu)，模仿此類飛鳥翼翅外形及小翼羽結(jié)構(gòu)設(shè)計端面型槽輪廓。自然界中適合低速穩(wěn)定飛行的鳥類翼翅翼面上方有小翼羽結(jié)構(gòu)，小翼羽與上翼面之間具有多個可供氣流通過翼縫，對前方來流具有更強的導流和匯流作用，可有效防止氣流過早脫離翼面而形成渦流，從而有效避免了飛行中失速情況的發(fā)生。當端面型槽為仿鳥翼型多通道槽干氣密封運行時，多個引流槽起到對氣體徑向流動的導流作用和泵汲作用，下游圓弧槽起著對引入端面內(nèi)流體的均壓穩(wěn)壓作用，同時還貫通了多個引流槽，使多股流體在背風側(cè)引流槽槽根處匯流，因此在相同膜厚下具有更大的氣膜剛度，此外，圓弧槽對流體具有周向?qū)Я髯饔茫c相同工況下的螺旋槽相比具有更低的泄漏。
[0017]本實用新型的優(yōu)點及有益效果:
[0018]1、位于上游側(cè)的多個引流槽具有更強的導流作用和泵汲作用，可產(chǎn)生更佳的流體動靜壓效應(yīng)，端面承載力更大；圓弧槽貫通了多個引流槽，使多股流體在背風側(cè)引流槽槽根處匯流疊加，進一步提高了端面的承載能力，從而使端面在低速下易于快速開啟。
[0019]2、圓弧槽對流 體具有周向?qū)Я骱途鞣€(wěn)壓的作用，從而使型槽在產(chǎn)生較高流體膜剛度的同時可有效地減少泄漏，具有優(yōu)異的綜合密封性能。
[0020]3、本實用新型借鑒低速飛行鳥類翼翅前緣的小翼羽結(jié)構(gòu)，通過改變引流槽的周向?qū)挾缺燃皥A弧槽的徑向?qū)挾缺燃跋鄬σ鞑鄣奈恢?，可實現(xiàn)仿鳥翼型多通道槽在不同工況條件下穩(wěn)定運行，即可適用于更寬的操作范圍?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型仿鳥翼型雙通槽端面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2a為本實用新型仿鳥翼型雙通槽端面幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)定義示意圖；
[0023]圖2b是圖2a的A-A向剖視圖；
[0024]圖3為本實用新型仿鳥翼型多通道槽端面結(jié)構(gòu)在介質(zhì)低壓側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4為本實用新型實例二的仿鳥翼型多通道槽雙翼端面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5為本實用新型實例三的仿鳥翼型多通道槽在背風側(cè)匯流的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖6為本實用新型實例四的仿鳥翼型多通道槽在迎風側(cè)匯流的結(jié)構(gòu)示意圖
[0028]圖7為本實用新型實例五的仿鳥翼型多通道槽多個雙通串聯(lián)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0029]結(jié)合附圖對本實用新型的實施進一步詳述。
[0030]實施例一 [0031 ] 參見圖1、圖2和圖3，本實例中一種仿鳥翼型多通槽端面密封結(jié)構(gòu)，它包括兩個機械密封環(huán)，即動環(huán)和靜環(huán)，其特征在于:所述動環(huán)或靜環(huán)至少一個密封環(huán)的端面上設(shè)有多個沿圓周均勻分布的仿鳥翼型多通槽，所述仿鳥翼型多通槽位于介質(zhì)高壓側(cè)，即上游；所述仿鳥翼型多通槽包括兩個以上引流槽2和一個或多個圓弧槽3，所述圓弧槽3位于引流槽2的下游側(cè)且與每個引流槽2相聯(lián)接，所述引流槽2與密封環(huán)外徑相連通，所述兩個以上的引流槽2沿周向分布，所述各個引流槽2之間以不開槽的密封堰I隔離，所述端面上周向未開槽區(qū)域形成的環(huán)帶是密封壩4，所述密封壩4位于端面低壓側(cè)，即下游。
[0032]所述引流槽2的側(cè)壁型線為螺旋線或圓弧線或直線。
[0033]所述引流槽2的深度4=3~30 μ m，所述圓弧槽3的深度h2=2~20 μ m ;所述仿鳥翼型多通槽個數(shù)N的取值范圍為:4 < N < 30，優(yōu)選值范圍為:6 < N < 20。
[0034]所述引流槽2在端面外圓處的周向弧長之和W1=I^ Θ 2+ Θ 與相同半徑處仿鳥翼型多通槽周向弧長w=r。Θ之比的取值優(yōu)選范圍為^1Zw=0.2-0.8,所述圓弧槽3在徑向方向上的開槽寬度I1=I^rg與仿鳥翼型多通道槽的徑向開槽總寬度I=I^rg之比的取值優(yōu)選范圍為:1^1=0.1 ~0.5。
[0035]所述引流槽2的槽深從端面上游至端面下游相等或逐漸遞減。
[0036]針對不同的流體介質(zhì)、操作條件和輔助系統(tǒng)操作參數(shù)，通過優(yōu)化設(shè)計仿鳥翼型多通槽的周期數(shù)N、引流槽數(shù)量Nb、引流槽周向弧長比、匯流槽徑向?qū)挾缺燃跋鄬χ鞑畚恢玫葏?shù)，可以滿足不同工況條件下密封性能的要求。
[0037]實施例二
[0038]參見圖4，本實施例與實施例一的不同之處在于，所述引流槽2為雙列連通螺旋槽，所述上游螺旋槽2a與下游螺旋槽2b的螺旋角方向相反，所述下游螺旋槽2b與圓弧槽3相聯(lián)接，其余結(jié)構(gòu)和實施方式與實施例一相同。
[0039]實施例三
[0040]參見圖5，本實施例與實施例一的不同之處在于，所述引流槽的個數(shù)Ny=3，所述三個引流槽沿周向分布，所述圓弧槽的個數(shù)Nh=2，所述圓弧槽沿徑向分布，所述中間引流槽2c與背風側(cè)引流槽2a通過上游圓弧槽3a貫通，所述中間引流槽2c與下游圓弧槽3b不連通，其余結(jié)構(gòu)和實施方式與實施例一相同。
[0041]實施例四
[0042]參見圖6，本實施例與實施例一的不同之處在于，所述引流槽的個數(shù)Ny=3，所述三個引流槽沿周向分布，所述圓弧槽的個數(shù)Nh=2，所述圓弧槽沿徑向分布，所述中間引流槽2c與迎風側(cè)引流槽2b通過上游圓弧槽3a貫通，所述中間引流槽2c與下游圓弧槽3b不連通，其余結(jié)構(gòu)和實施方式與實施例一相同。
[0043]實施例五
[0044]參見圖7，本實例與實施例一的不同之處在于，所述引流槽的個數(shù)Ny=4，所述四個弓丨流槽，即迎風側(cè)長引流槽2b、迎風側(cè)短引流槽2d、背風側(cè)短引流槽2c、背風側(cè)長引流槽2a沿周向分布，所述圓弧槽的個數(shù)Nh=2，所述圓弧槽沿徑向分布；所述迎風側(cè)短引流槽2d與背風側(cè)短引流槽2c通過上游圓弧槽3a貫通，所述迎風側(cè)短引流槽2d或背風側(cè)引流槽2c與下游圓弧槽3b不連通，背風側(cè)長引流槽2a與迎風側(cè)長引流槽2b通過下游圓弧槽3b連通，其余結(jié)構(gòu)和實施方式與實施例一相同。
[0045]本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對實用新型構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本實用新型的保護范圍不應(yīng)當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型構(gòu)思所能想到的等同技術(shù)手段。
【權(quán)利要求】
1.仿鳥翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，包括兩個機械密封環(huán)，即動環(huán)和靜環(huán)，其特征在于:所述動環(huán)或靜環(huán)至少一個密封環(huán)的端面上設(shè)有多個沿圓周均勻分布的仿鳥翼型多通槽，所述仿鳥翼型多通槽位于介質(zhì)高壓側(cè)，即上游；所述仿鳥翼型多通槽包括兩個以上引流槽(2)和一個或多個圓弧槽(3)，所述圓弧槽(3)位于引流槽(2)的下游側(cè)且與每個引流槽(2)相聯(lián)接，所述引流槽(2)與密封環(huán)外徑相連通，所述兩個以上的引流槽(2)沿周向分布，所述各個引流槽(2)之間以不開槽的密封堰(1)隔離，所述端面上周向未開槽區(qū)域形成的環(huán)帶是密封壩(4)，所述密封壩(4)位于端面低壓側(cè)，即下游。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿鳥翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述引流槽的側(cè)壁型線為螺旋線或圓弧線或直線。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的仿鳥翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述引流槽(2)的深度hi=3~30 μ m，所述圓弧槽(3)的深度h2=2~20 μ m ;所述仿鳥翼型多通槽個數(shù)N的取值范圍為:4≤N≤30。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的仿鳥翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述仿鳥翼型多通槽個數(shù)N的取值范圍為:6 ≤ N ≤20。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的仿鳥翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述圓弧槽的深度小于或等于引流槽的深度；所述引流槽的槽深沿徑向從端面上游至端面下游逐漸變淺。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的仿鳥翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述引流槽為雙列連通螺旋槽，所述上游螺旋槽與下游螺旋槽的螺旋角方向相反，所述下游螺旋槽與圓弧槽相聯(lián)接。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的仿鳥翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述引流槽的個數(shù)Ny=3，所述三個引流槽沿周向分布，所述圓弧槽的個數(shù)Nh=2，所述圓弧槽沿徑向分布；中間引流槽與背風側(cè)引流槽通過上游圓弧槽貫通，所述中間引流槽與下游圓弧槽不連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的仿鳥翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述引流槽的個數(shù)Ny=3，所述三個引流槽沿周向分布，所述圓弧槽的個數(shù)Nh=2，所述圓弧槽沿徑向分布；所述中間引流槽與迎風側(cè)引流槽通過上游圓弧槽貫通，所述中間引流槽與下游圓弧槽不連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的仿鳥翼型多通道槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述引流槽的個數(shù)Ny=4，所述四個引流槽，即迎風側(cè)長引流槽(2b)、迎風側(cè)短引流槽(2d)、背風側(cè)短引流槽(2c)、背風側(cè)長引流槽(2a)沿周向分布，所述圓弧槽的個數(shù)Nh=2，所述圓弧槽沿徑向分布；所述迎風側(cè)短引流槽(2d)與背風側(cè)短引流槽(2c)通過上游圓弧槽(3a)貫通，所述迎風側(cè)短引流槽(2d)或背風側(cè)引流槽(2c)與下游圓弧槽(3b)不連通，背風側(cè)長引流槽2a與迎風側(cè)長引流槽(2b)通過下游圓弧槽(3b)連通。
【文檔編號】F16J15/40GK203686153SQ201320519380
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】彭旭東, 張風云, 白少先, 李紀云, 孟祥鎧 申請人:浙江工業(yè)大學