專利名稱:氣體潤滑仿鳥翅膀形型槽端面密封結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】氣體潤滑仿鳥翅膀形型槽端面密封結(jié)構(gòu)，包括端面密封的兩個(gè)密封環(huán)，即動(dòng)環(huán)和靜環(huán)，所述動(dòng)環(huán)和靜環(huán)中至少一個(gè)密封環(huán)的端面上設(shè)有多個(gè)仿鳥翅膀形型槽，所述仿鳥翅膀形型槽由仿尾羽形型槽和仿飛羽形型槽組成，所述的仿尾羽形型槽具有燕尾狀開叉的尾部，所述的仿飛羽形型槽大致呈具有粗端和尾尖端的牛角形，所述的仿尾羽形型槽橫列在所述的仿飛羽形型槽的粗端，所述的仿飛羽形型槽的粗段和所述的仿尾羽形型槽的粗端迎向氣流；所述的多個(gè)仿鳥翅膀形型槽排列成仿鳥翅膀形型槽環(huán)帶；所述仿鳥翅膀形型槽環(huán)帶之間有環(huán)形次密封壩，所述端面上的低壓側(cè)設(shè)有環(huán)形主密封壩，所述端面上的高壓側(cè)設(shè)有引流槽；所述引流槽和仿鳥翅膀形型槽均為微米尺度的淺槽；所述仿飛羽形型槽的深度沿氣流方向逐漸變淺。本實(shí)用新型具有穩(wěn)定好，抗磨損，使用壽命長的特點(diǎn)。
【專利說明】氣體潤滑仿鳥翅膀形型槽端面密封結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本實(shí)用新型涉及一種旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械的氣體潤滑端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，特別涉及一種氣體潤滑仿鳥翅膀形型槽端面密封結(jié)構(gòu)，適用于各種壓縮機(jī)、泵和釜等旋轉(zhuǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)軸用的軸端密封裝置，特別適合于中低壓或中低速場合下啟停頻繁的氣封介質(zhì)軸端密封，屬于機(jī)械端面密封【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
:
[0002]公知的流體動(dòng)壓型槽端面機(jī)械密封，還存在一些不足之處，例如:當(dāng)螺旋槽等型槽端面非接觸式機(jī)械密封正常運(yùn)行時(shí)，端面型槽產(chǎn)生流體動(dòng)壓而使端面開啟力增大，流體膜厚增加導(dǎo)致泄漏率也升高(見美國專利US5180173);另外當(dāng)非接觸式機(jī)械密封啟動(dòng)時(shí)，由于動(dòng)壓開啟力過小端面間缺少流體潤滑而導(dǎo)致摩擦熱上升并伴隨產(chǎn)生磨損、變形甚至熱裂，因此密封壽命較短。為了克服上述不足，美國專利公開了一種流體動(dòng)壓型雙列螺旋槽端面密封裝置(US5201531)、八字型螺旋槽端面密封(US6152452，US6655693)及端面設(shè)有潤滑介質(zhì)供給孔和/或分布槽的流體動(dòng)靜壓型端面密封(US7044470)，公開文獻(xiàn)典型的代表作也對流體動(dòng)靜壓型端面密封的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研宄(見《中國科學(xué).E輯一技術(shù)科學(xué)》，2007年第50卷第4期:pp448-453)，上述端面密封在設(shè)計(jì)上相比于單列螺旋槽流體動(dòng)壓型槽端面密封效果比較明顯，但是前兩者在機(jī)械密封啟動(dòng)瞬間潤滑介質(zhì)很難進(jìn)入端面，因此端面磨損不可避免，而后兩者要求密封系統(tǒng)的外圍供氣或供液壓力或流量非常精確，大大增加了密封的成本和維護(hù)難度。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本實(shí)用新型要克服現(xiàn)有技術(shù)的氣體潤滑非接觸式機(jī)械密封啟動(dòng)時(shí)密封端面磨損導(dǎo)致密封失效、開啟力過小致使端面不能及時(shí)打開的問題，提供一種低速低壓操作條件下開啟性能好、穩(wěn)定性好、能有效防止在啟動(dòng)和停車期間端面磨損的仿鳥翅膀形型槽端面密封。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案:
[0005]氣體潤滑仿鳥翅膀形型槽端面密封結(jié)構(gòu)，包括端面密封的兩個(gè)密封環(huán)，即動(dòng)環(huán)和靜環(huán)，其特征是:所述動(dòng)環(huán)和靜環(huán)中至少一個(gè)密封環(huán)的端面上設(shè)有多個(gè)仿鳥翅膀形型槽，所述仿鳥翅膀形型槽由仿尾羽形型槽3和仿飛羽形型槽2組成，所述的仿尾羽形型槽3具有燕尾狀開叉的尾部，所述的仿飛羽形型槽2大致呈具有粗端和尾尖端的牛角形，所述的仿尾羽形型槽3橫列在所述的仿飛羽形型槽2的粗端，所述的仿飛羽形型槽2的粗段和所述的仿尾羽形型槽3的粗端迎向氣流；所述的多個(gè)仿鳥翅膀形型槽排列成仿鳥翅膀形型槽環(huán)帶；所述仿鳥翅膀形型槽環(huán)帶之間有環(huán)形次密封壩5，所述端面上的低壓側(cè)設(shè)有環(huán)形主密封壩6，所述端面上的高壓側(cè)設(shè)有引流槽I ;所述引流槽和仿鳥翅膀形型槽均為微米尺度的淺槽；所述仿飛羽形型槽的深度沿氣流方向逐漸變淺。
[0006]進(jìn)一步，所述仿鳥翅膀形型槽依照端面上某一圓周對稱布置，形成一對翅膀狀型槽，所述圓周的半徑R。取值范圍為:R ib-d。JRc^Rib-UP,其中Rib_dOTn為端面上低壓側(cè)仿鳥翅膀形型槽環(huán)帶的外半徑，Riwp為高壓側(cè)仿鳥翅膀形型槽環(huán)帶的內(nèi)半徑。
[0007]進(jìn)一步，所述引流槽從高壓側(cè)到低壓側(cè)深度逐漸變淺，其高壓側(cè)深度為10?30 μ m，低壓側(cè)深度為2?4 μ m ;所述引流槽的槽根半徑Rig取值范圍為:R ib_up< R ig〈R。，其中Rib-up為高壓側(cè)第一條仿鳥翅膀形型槽環(huán)帶的內(nèi)半徑，R。為端面外半徑。
[0008]或進(jìn)一步，所述仿鳥翅膀形型槽沿同一半徑方向從端面上的高壓側(cè)到低壓側(cè)的分布數(shù)量為I?10，優(yōu)選數(shù)量為I?3。
[0009]進(jìn)一步，所述仿飛羽形型槽的入口邊界和所述仿尾羽形型槽的左邊界之間的對接形式可以為下列之一:無縫對接、平行分離、非平行分離。
[0010]進(jìn)一步，所述仿尾羽形型槽的形狀為飛鳥尾羽形，其邊界型線可以為下列之一:螺旋線、圓弧線、直線。
[0011]進(jìn)一步，所述仿飛羽形型槽的形狀為飛羽形，其邊界型線可以為下列之一:螺旋線、圓弧線、直線。
[0012]進(jìn)一步，所述仿鳥翅膀形型槽在所述端面上的布置可以為下列形式之一:單排排列、對稱排列、順序排列、非對稱排列。
[0013]進(jìn)一步，所述仿鳥翅膀形型槽的槽深為0.1?100 μ m ;其中，所述仿尾羽形型槽的深度為8?100 μ m ;所述仿飛羽形型槽的深度為0.1?100 μ m ;所述仿尾羽形型槽的槽深比所述仿飛羽形型槽的最大槽深大0.1?2.5 μ m。
[0014]進(jìn)一步，所述仿鳥翅膀形型槽的槽深優(yōu)選值為I?20 μm ;其中，所述仿尾羽形型槽的深度優(yōu)選值為10?20 μ m ;所述仿飛羽形型槽的深度優(yōu)選值為I?15 μ m。
[0015]本實(shí)用新型適用于各種壓縮機(jī)、泵和釜等旋轉(zhuǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)軸用的軸端密封裝置，特別適合于中低壓或中低速場合下啟停頻繁的氣體介質(zhì)軸端密封。
[0016]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0017]1.采用仿鳥翅膀形型槽，可以進(jìn)一步增大端面上的高壓區(qū)域和動(dòng)壓效應(yīng)，因此提高了端面開啟性能，降低了啟停期間端面磨損的概率，同時(shí)也可保證密封在正常操作條件下的穩(wěn)定開啟運(yùn)行。
[0018]2.采用仿尾羽形型槽與變深仿羽翼形型槽相結(jié)合的方式，可以顯著提高機(jī)械密封在開啟和正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的開啟力和剛度，從而確保密封的穩(wěn)定、長壽命運(yùn)行。
[0019]3.采用從高壓側(cè)到低壓側(cè)型槽深度逐漸變淺的引流槽，使介質(zhì)得以順利流入密封端面之間，啟動(dòng)或停車期間提高了氣體泵入端面后的壓力值，從而有效防止端面磨損。
[0020]4.采用仿鳥翅膀形型槽環(huán)帶圍繞某一圓周的對置排列，可在降低密封泄漏率的同時(shí)進(jìn)一步提尚端面開啟特性和穩(wěn)定性。

【附圖說明】

[0021]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一的端面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2為本實(shí)用新型中仿鳥翅膀形型槽端面密封結(jié)構(gòu)的一個(gè)周期示意圖。
[0023]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例二的仿鳥翅膀形型槽的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例三的不同形狀引流槽結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例四的不同排列仿鳥翅膀形型槽環(huán)帶結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]實(shí)施例一
[0027]參見圖1、2，氣體潤滑仿鳥翅膀形型槽端面密封結(jié)構(gòu)，它包括端面密封的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)，其特征是:所述動(dòng)環(huán)和靜環(huán)中至少一個(gè)密封環(huán)的端面上設(shè)有多個(gè)仿鳥翅膀形型槽，所述仿鳥翅膀形型槽由仿尾羽形型槽3和仿飛羽形型槽2組成，所述的仿尾羽形型槽3具有燕尾狀開叉的尾部，所述的仿飛羽形型槽2大致呈具有粗端和尾尖端的牛角形，所述的仿尾羽形型槽3橫列在所述的仿飛羽形型槽2的粗端，所述的仿飛羽形型槽2的粗段和所述的仿尾羽形型槽3的粗端迎向氣流；所述的多個(gè)仿鳥翅膀形型槽排列成仿鳥翅膀形型槽環(huán)帶；所述仿鳥翅膀形型槽環(huán)帶之間有環(huán)形次密封壩5，所述端面上的低壓側(cè)設(shè)有環(huán)形主密封壩6，所述端面上的高壓側(cè)設(shè)有引流槽I ;所述引流槽和仿鳥翅膀形型槽均為微米尺度的淺槽；所述仿飛羽形型槽的深度沿氣流方向逐漸變淺。
[0028]進(jìn)一步，所述仿鳥翅膀形型槽依照端面上某一圓周對稱布置，形成一對翅膀狀型槽，所述圓周的半徑R。取值范圍為:R ib-d。JRc^Rib-UP,其中Rib_dOTn為端面上低壓側(cè)仿鳥翅膀形型槽環(huán)帶的外半徑，Riwp為高壓側(cè)仿鳥翅膀形型槽環(huán)帶的內(nèi)半徑。
[0029]進(jìn)一步，所述引流槽從高壓側(cè)到低壓側(cè)深度逐漸變淺，其高壓側(cè)深度為10?30 μ m，低壓側(cè)深度為2?4 μ m ;所述引流槽的槽根半徑Rig取值范圍為:R ib_up< R ig〈R。，其中Rib-up為高壓側(cè)第一條仿鳥翅膀形型槽環(huán)帶的內(nèi)半徑，R。為端面外半徑。
[0030]或進(jìn)一步，所述仿鳥翅膀形型槽沿同一半徑方向從端面上的高壓側(cè)到低壓側(cè)的分布數(shù)量為I?10，優(yōu)選數(shù)量為I?3。
[0031]進(jìn)一步，所述仿飛羽形型槽的入口邊界和所述仿尾羽形型槽的左邊界之間的對接形式可以為下列之一:無縫對接、平行分離、非平行分離。
[0032]進(jìn)一步，所述仿尾羽形型槽的形狀為飛鳥尾羽形，其邊界型線可以為下列之一:螺旋線、圓弧線、直線。
[0033]進(jìn)一步，所述仿飛羽形型槽的形狀為飛羽形，其邊界型線可以為下列之一:螺旋線、圓弧線、直線。
[0034]進(jìn)一步，所述仿鳥翅膀形型槽在所述端面上的布置可以為下列形式之一:單排排列、對稱排列、順序排列、非對稱排列。
[0035]進(jìn)一步，所述仿鳥翅膀形型槽的槽深為0.1?100 μ m ;其中，所述仿尾羽形型槽的深度為8?100 μ m ;所述仿飛羽形型槽的深度為0.1?100 μ m ;所述仿尾羽形型槽的槽深比所述仿飛羽形型槽的最大槽深大0.1?2.5 μ m。
[0036]進(jìn)一步，所述仿鳥翅膀形型槽的槽深優(yōu)選值為I?20 μm ;其中，所述仿尾羽形型槽的深度優(yōu)選值為10?20 μ m ;所述仿飛羽形型槽的深度優(yōu)選值為I?15 μ m。
[0037]本實(shí)施例的仿鳥翅膀形型槽由仿尾羽形型槽3和仿飛羽形型槽2無縫連接組成。
[0038]實(shí)施例二
[0039]參見圖3，本實(shí)施例與實(shí)施例一不同之處是仿尾羽形型槽3和仿飛羽形型槽2之間的連接形式是下列之一:平行分離、非平行分離、部分重疊。其余結(jié)構(gòu)和功能與實(shí)施例一相同。
[0040]實(shí)施例三
[0041]參見圖4，本實(shí)施例與實(shí)施例一不同之處是引流槽可以為下列形式之一:矩形槽、T型槽、U型槽、V型槽。其余結(jié)構(gòu)和功能與實(shí)施例一相同。
[0042]實(shí)施例四
[0043]參見圖5，本實(shí)施例與實(shí)施例一不同之處是由仿尾羽形型槽3和仿飛羽形型槽2組成的仿鳥翅膀形型槽在端面上的布置可以為下列形式之一:單排排列、雙排順排列、三排非對置排列或四排對置式排列，其中單排排列適用于密封腔體尺寸或端面尺寸較小，密封性要求不高的場合；相比于單排排列，雙排順排列適用于對密封性、穩(wěn)定性要求較高的場合；三排或四排排列則適用于密封性、穩(wěn)定性更高的場合。其余結(jié)構(gòu)和功能與實(shí)施例一相同。
[0044]本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對本實(shí)用新型構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的舉例，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
【權(quán)利要求】
1.氣體潤滑仿鳥翅膀形型槽端面密封結(jié)構(gòu)，包括端面密封的兩個(gè)密封環(huán)，即動(dòng)環(huán)和靜環(huán)，其特征是:所述動(dòng)環(huán)和靜環(huán)中至少一個(gè)密封環(huán)的端面上設(shè)有多個(gè)仿鳥翅膀形型槽，所述仿鳥翅膀形型槽由仿尾羽形型槽(3)和仿飛羽形型槽(2)組成，所述的仿尾羽形型槽(3)具有燕尾狀開叉的尾部，所述的仿飛羽形型槽(2)大致呈具有粗端和尾尖端的牛角形，所述的仿尾羽形型槽(3)橫列在所述的仿飛羽形型槽(2)的粗端，所述的仿飛羽形型槽(2)的粗段和所述的仿尾羽形型槽(3)的粗端迎向氣流；所述的多個(gè)仿鳥翅膀形型槽排列成仿鳥翅膀形型槽環(huán)帶；所述仿鳥翅膀形型槽環(huán)帶之間有環(huán)形次密封壩(5)，所述端面上的低壓側(cè)設(shè)有環(huán)形主密封壩出)，所述端面上的高壓側(cè)設(shè)有引流槽(I);所述引流槽和仿鳥翅膀形型槽均為微米尺度的淺槽；所述仿飛羽形型槽的深度沿氣流方向逐漸變淺。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體潤滑仿鳥翅膀形型槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述仿鳥翅膀形型槽依照端面上某一圓周對稱布置，形成一對翅膀狀型槽，所述圓周的半徑R。取值范圍為:Rib-d?< RcX Rib-up，其中Rib-d。?為端面上低壓側(cè)仿鳥翅膀形型槽環(huán)帶的外半徑，Rib-up為高壓側(cè)仿鳥翅膀形型槽環(huán)帶的內(nèi)半徑。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體潤滑仿鳥翅膀形型槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述引流槽從高壓側(cè)到低壓側(cè)深度逐漸變淺，其高壓側(cè)深度為10?30 μ m，低壓側(cè)深度為2?4 ym;所述引流槽的槽根半徑Rig取值范圍為:R ib_up彡R ig< R。，其中Rib_up為高壓側(cè)第一條仿鳥翅膀形型槽環(huán)帶的內(nèi)半徑，R。為端面外半徑。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體潤滑仿鳥翅膀形型槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述仿飛羽形型槽的入口邊界和所述仿尾羽形型槽的左邊界之間的對接形式可以為下列之一:無縫對接、平行分離、非平行分離。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣體潤滑仿鳥翅膀形型槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述仿尾羽形型槽的形狀為飛鳥尾羽形，其邊界型線可以為下列之一:螺旋線、圓弧線、直線。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣體潤滑仿鳥翅膀形型槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述仿飛羽形型槽的形狀為飛羽形，其邊界型線可以為下列之一:螺旋線、圓弧線、直線。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣體潤滑仿鳥翅膀形型槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述仿鳥翅膀形型槽在所述端面上的布置可以為下列形式之一:單排排列、對稱排列、順序排列、非對稱排列。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣體潤滑仿鳥翅膀形型槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述仿鳥翅膀形型槽的槽深為0.1?100 μ m ;其中，所述仿尾羽形型槽的深度為8?100 μ m ;所述仿飛羽形型槽的深度為0.1?100 μ m ;所述仿尾羽形型槽的槽深比所述仿飛羽形型槽的最大槽深大0.1?2.5 μ m。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氣體潤滑仿鳥翅膀形型槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述仿鳥翅膀形型槽的槽深優(yōu)選值為I?20μπι;其中，所述仿尾羽形型槽的深度優(yōu)選值為10?20 μ m ;所述仿飛羽形型槽的深度優(yōu)選值為I?15 μ m。10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體潤滑仿鳥翅膀形型槽端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述仿鳥翅膀形型槽沿同一半徑方向從端面上的高壓側(cè)到低壓側(cè)的分布數(shù)量為I?10。
【文檔編號】F16J15-34GK204284454SQ201420438739
【發(fā)明者】彭旭東, 江錦波, 劉鑫, 白少先, 陳源, 李紀(jì)云 [申請人]浙江工業(yè)大學(xué)