一種帶有懸臂支承及螺旋槽的氣體柱面密封裝置的製作方法

2023-04-29 13:50:31

專利名稱：一種帶有懸臂支承及螺旋槽的氣體柱面密封裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於旋轉軸密封技術領域，特別涉及一種帶有懸臂支承結構的螺旋槽氣體柱面密封裝置，這種密封裝置可以用於各種形式的壓縮機、膨脹機、泵等高速旋轉機械的旋轉軸(即轉子軸頸)上。
背景技術：
公知的高轉速流體機械多處密封位置工作條件特殊，接觸式密封難於適應高滑速和高環溫工況，流體動靜、壓結合型端面氣體密封裝置還存在一定的不足。例如因轉子系統工作狀態變化引起密封位置出現變形時適應性不夠出現局部接觸，引起洩漏增大或接觸磨損，造成密封性能不穩定；受各種機械不同密封位置結構空間條件約束，非軸端位置採用端面密封裝置受到限制，難以安裝使用，適應性不夠。 在密封副旋轉表面軸向位移跳動較大的流體機械中，端面氣膜密封結構的多種結構改進(包括端面密封副的可傾塊、瑞利階梯動壓、螺旋槽動壓、增加膜厚的靜壓、增加剛度的對置靜壓等)，都因轉子系統的機動變形過大的緣故，或是接觸磨損、或是洩漏過大而存在不足。

發明內容
為了克服高速轉子系統工作過程中因系統工作狀態變化造成密封位置出現變形，從而引起密封環出現接觸磨損、系統工作穩定性下降或洩漏過大的不足，同時適應高速轉子沿線非軸端密封位置空間結構要求，本發明提供一種帶有懸臂支承及螺旋槽的柱面氣膜密封裝置，通過支承的柔性和動壓氣膜在適應密封位置工作過程中的變形的同時實現非接觸、小洩漏密封，同時通過柱面結構來適應非軸端位置密封的安裝空間要求。本發明的一種帶有懸臂支承及螺旋槽的氣體柱面密封裝置，該裝置包括有密封保持架(I)、轉子軸頸(2)、浮動密封環(3)、懸臂支撐板(4);其中，轉子軸頸(2)為現有高速旋轉機械中的旋轉軸；密封保持架(I)的外環面(104)為光滑圓面；密封保持架(I)的內環面(105)上均勻分布有內斜槽(101)、內凹槽(102)和內凸臺(103)，每兩個內凹槽之間是內凸臺；所述內斜槽(101)設置在內凹槽(102)與內凸臺(103)之間的接合處；所述內斜槽(101)內安裝有懸臂支撐板(4)的傾斜板面端(401)；浮動密封環(3)的外環面(301)為光滑圓面；浮動密封環(3)的內環面(302)的一端上均勻分布有內螺旋槽(303 )和內密封臺(305 )，每兩個內螺旋槽之間是內密封臺；浮動密封環(3)的內環面(302)的另一端上是密封壩(304)；懸臂支撐板(4)的一端為傾斜板端(401)、懸臂支撐板(4)的另一端為直角板端(402);傾斜板端(401)與直角板端(402)之間是共形板面(403)。本發明帶有懸臂支承及螺旋槽的氣體柱面密封裝置的優點在於①以圓周布局的懸臂支撐板與浮動密封環的配合，實現了本發明設計的氣體柱面密封裝置在工作狀態下的變形適應能力，進而避免或減小了接觸磨損。②浮動密封環與轉子軸頸在工作狀態下的偏心，能夠因其動壓效果產生壓力氣膜，實現微間隙非接觸。③浮動密封環的內壁設計成光滑密封壩和螺旋槽結合分布的形式，密封壩段能夠有效阻隔洩漏，螺旋槽段能夠增大動壓效果，從而減少洩漏量、增大柱面開啟力。④利用密封保持架上的內斜槽設計方便了懸臂支撐板的安裝，以及懸臂支撐板與浮動密封環的共形。


圖I是本發明非接觸式柱面氣膜密封結構件的外部結構圖。圖IA是本發明非接觸式柱面氣膜密封結構件的另一視角結構圖。 圖IB是本發明非接觸式柱面氣膜密封結構件的正視圖。圖IC是本發明非接觸式柱面氣膜密封結構件的一種偏心示意圖。圖ID是本發明非接觸式柱面氣膜密封結構件的另一種偏心示意圖。圖2是本發明密封保持架的結構圖。圖2A是本發明密封保持架的正視圖。圖3是本發明浮動密封環的結構圖。圖3A是本發明浮動密封環的另一視角結構圖。圖3B是本發明浮動密封環的正視圖。圖3C是本發明浮動密封環的剖視圖。圖4是本發明浮動密封環的結構圖。圖5是工作狀態下本發明非接觸式柱面氣膜密封結構件的密封氣膜的壓力分布圖。
權利要求
1.一種帶有懸臂支承及螺旋槽的氣體柱面密封裝置，所述氣體柱面密封裝置包括有轉子軸頸(2)，其特徵在於在所述轉子軸頸(2)的外部順次安裝有浮動密封環(3)、懸臂支撐板(4)和密封保持架(I);其中，； 密封保持架(I)的外環面(104)為光滑圓面；密封保持架(I)的內環面(105)上均勻分布有內斜槽(101)、內凹槽(102)和內凸臺(103)，每兩個內凹槽之間是內凸臺；所述內斜槽(101)設置在內凹槽(102)與內凸臺(103)之間的接合處；所述內斜槽(101)內安裝有懸臂支撐板(4)的傾斜板面端(401)； 浮動密封環(3)的外環面(301)為光滑圓面；浮動密封環(3)的內環面(302)的一端上均勻分布有內螺旋槽(303)和內密封臺(305)，每兩個內螺旋槽之間是內密封臺；浮動密封環(3)的內環面(302)的另一端上是密封壩(304)； 懸臂支撐板(4)的一端為傾斜板端(401)、懸臂支撐板(4)的另一端為直角板端(402);傾斜板端(401)與直角板端(402 )之間是共形板面(403 )。
2.根據權利要求I所述的帶有懸臂支承及螺旋槽的氣體柱面密封裝置，其特徵在於密封保持架(I)為一體加工成型的圓環結構。
3.根據權利要求I所述的帶有懸臂支承及螺旋槽的氣體柱面密封裝置，其特徵在於密封保持架(I)為金屬材料加工，加工材料為鋼。
4.根據權利要求I所述的帶有懸臂支承及螺旋槽的氣體柱面密封裝置，其特徵在於懸壁支撐板的個數為8 24個,薄片厚度為H4=O. 09mm 2mm。
5.根據權利要求I所述的帶有懸臂支承及螺旋槽的氣體柱面密封裝置，其特徵在於浮動密封環(3)加工材料為碳石墨。
6.根據權利要求I所述的帶有懸臂支承及螺旋槽的氣體柱面密封裝置，其特徵在於懸臂支撐板(4)為金屬材料加工，加工材料為銅箔。
7.根據權利要求I所述的帶有懸臂支承及螺旋槽的氣體柱面密封裝置，其特徵在於密封浮動環(3)工作狀態偏心於轉子軸心，偏心率範圍為0. I 0. 9，偏心率e =;LI
8.根據權利要求I所述的帶有懸臂支承及螺旋槽的氣體柱面密封裝置，其特徵在於 浮動密封環(3)的尺寸關
9.根據權利要求I所述的帶有懸臂支承及螺旋槽的氣體柱面密封裝置，其特徵在於所述帶有懸臂支承及螺旋槽的氣體柱面密封裝置的結構尺寸關係為H1=H3=D4, D4= (0.4 I.6) R2, R2表示轉子軸頸的半徑。
10.根據權利要求I所述的帶有懸臂支承及螺旋槽的氣體柱面密封裝置，其特徵在於轉子軸頸(2)為現有高速旋轉機械中的旋轉軸。
全文摘要
本發明公開了一種帶有懸臂支承及螺旋槽的氣體柱面密封裝置，該裝置包括有密封保持架、轉子軸頸、浮動密封環和懸臂支撐板。浮動密封環的圓柱形密封界面和轉子軸頸的柱面之間構成動壓柱狀密封區域，密封浮動環的兩側分別為高壓區域和低壓區域，轉子軸頸與密封浮動環之間相對旋轉；密封浮動環由圓周分布的多個懸臂薄片支承，懸臂薄片由密封保持架固定。本發明的柱面氣膜密封裝置，通過支承的柔性和動壓氣膜在適應密封位置工作過程中的變形的同時實現非接觸、小洩漏密封，同時通過柱面結構來適應非軸端位置密封的安裝空間要求。
文檔編號F16J15/40GK102758918SQ201210222490
公開日2012年10月31日 申請日期2012年6月28日 優先權日2012年6月28日
發明者何軍, 孫曉軍, 慄秀花, 沈心敏, 趙偉, 馬綱 申請人:北京航空航天大學