CN101109447A - 动静压组合式端面密封装置 - Google Patents
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Abstract
动静压组合式端面密封装置，包括可固连于密封部位静止部分的静环结构和可以随旋转体单元转动的动环结构，其中在所说的静、动环结构相对的密封端面上，以相对应的方式分别由外向内设置为三个依次邻接排布的同心圆环形的端面密封区域。径向外侧为在其两侧对应部位间能形成外侧开口的收敛型间隙静压密封环区，中间为在端平面上设置有流体动压浅槽的动压密封环区，内侧为圆环平面的密封坝环形区。该密封装置采用了动、静压端面密封的结合，用流体动压作用来解决静压型密封起动困难，压力波动大会出现端面接触，密封失效的问题，又能完全保持流体静压型密封具有较大间隙，控制流体温升的优点，合理地实现了动静压密封作用的互补和控制端面液膜厚度的高可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转设备的端面密封装置，适用于包括各型压缩机、反应釜、泵等流体机械的旋转轴，特别是大型立式设备的旋转轴的端面密封。
背景技术
现代企业对旋转设备，如包括各型压缩机、反应釜、泵等流体机械，特别是大型立式设备，如核电站中要求密封寿命长、可靠性高的主泵等重要泵和/或设备的使用周期要求不断增长，对可靠性要求也逐步提高。因此对这些设备中易损部件之一的密封件也提出了更高的要求。为此，近年来技术要求较高的流体静密封和流体动密封技术应运而生。
目前已有报道和/或使用的各种流体静密封技术，虽然具有能保持较大的密封间隙，对加工精度要求相对较低等优点，但其对流体压力有特殊的要求，只能在某一压力范围内才能建立适用的流体静压效应，而且在起动时由于密封端面的紧密贴合，特别是在处于静止状态或起动瞬间(端面间隙为0)，其动、静环的贴合端面间有很大的粘附力。众所周知，其动、静环密封端面的光洁度很高，是粗糙度不低于0.2～0.4微米、平面度不大于0.0009毫米的平面。因此其贴合时将产生巨大的粘附力，而且还与真实接触面成正相关，特别是对立式旋转轴密封，还需要考虑静环组件的自重影响。这些因素都使盘车和起动需要很大的附加力矩以克服启动阻力，有时就会对设备，特别是对密封端面造成一定的损害。
另一方面，作为目前公知的流体动密封技术，由于其要求有很小的液膜间隙，因此对加工精度要求很严，流体通过该间隙时也会产生较大的温升，会出现使端面变形、液膜气化等问题，导致了密封性能的不稳定。
为进一步延长端面密封结构的使用寿命，提高可靠性，这些问题都有待进一步解决。
发明内容
针对上述情况，本发明将提供一种能突破传统单一动压密封和静压密封形式，即动静压组合方式的新的端面密封装置，可以满意地解决目前单一形式静压密封和动压密封存在的上述问题，实现了动静压密封作用和优势的合理互补。
本发明的动静压组合式端面密封装置，是在包括有可固连于密封部位静止部分的静环结构和可以随旋转体单元转动的动环结构的基本结构基础上，在所说的静环结构和动环结构相对的密封端面上，以相对应的方式分别由外向内设置为三个依次邻接排布的同心圆环形的端面密封区域：径向外侧的端面密封区域为在其两侧的对应部位间能形成向外侧开口的收敛型间隙结构的静压密封环区；中间的环形端面密封区域为在动环结构或静环结构的端平面上设置有流体动压浅槽的动压密封环区；位于内侧的端面环形密封区域为圆环平面的密封坝环形区。其中，在所说的动压密封环区中设置的流体动压浅槽，可以采用目前动压密封技术中已有报道和/或使用的在端面上设置的如常用的螺旋槽，以及如圆弧槽、直线槽、T型槽等其它形式的流体动压浅槽，槽深一般≤0.3mm。
通常，上述密封环装置外侧邻接的是流体的高压区，内侧为低压区，以使密封流体能进入密封端面。本发明上述结构密封装置中的动、静环密封端面中外侧的该锥面密封环区，可有利于高压区的密封流体进入密封端面中。与其相邻的动压密封环区中设置的流体动压浅槽，则可以相应的减小动、静环静止状态下其端面间紧密贴合所形成的粘附力，而且该流体动压浅槽也能引导高压流体更进一步顺利地流向低压侧的密封端面。进入浅槽区后的该密封流体，不仅能产生正常的静压效应使动、静环分离，当环旋转时浅槽中流体产生的动压力也能使动、静环分离，即能产生流体动、静压力的联合作用，大大地增加了使动、静环分离的开启力，将动、静环端面间的固体摩擦改变为流体摩擦，并使动、静环的密封端面在正常工作状态能保持所希望的液膜厚度。试验表明，在起动初期动、静环分离间隙很小时，动压的作用可占30％以上，当达到正常间隙时仍为以静压密封环区的静压力起主导作用。而在间隙波动时，其中密封流体的动、静压作用也能很好地互补而提高了密封可靠性。
由此可以理解，本发明密封装置是在传统流体静压型密封基础上，在动、静环结构的密封端面上以相对应的方式设计有三种不同结构形式的环形密封区域，是对目前各种动压或静压密封技术中采用单一密封端面结构的形式的重大改进和突破，使动、静环间的密封端面同时具有了流体静密封和动密封所需的密封结构，合理地组合了流体动压密封和流体静压密封技术的重要优点，实现既能克服在启动瞬间和正常运行中动、静密封性能受单一密封端面结构所限难以克服的不足，又能使其各自密封性能优势的互补。试验表明，本发明的上述密封装置既能具有液体静压密封能保持较大的间隙，对加工精度要求相对较低，而且能降低密封端面间的贴合面积，减小起动阻力，能实现低压起动，同时也克服了目前动密封技术的不足，能有效地降低密封流体的温升，减少了端面变形情况的发生。同时，由于流体动压浅槽的流体动压作用，还能在流体压力波动甚至失压时，在设计转速范围内也不会出现摩擦端面接触的状况，确保密封不会损坏，大大提高了密封的可靠性，使它在压力很低、甚至表压为零时仍然会使密封端面脱离接触，正常起动和运转，大大减少起动功率和摩擦磨损。
一般情况下，在上述结构的基础上，本发明上述端面密封装置中所说的静环结构和动环结构密封端面间相对应的外侧静压密封环区的锥角，较好的是分别为0～5°，但动、静环结构中相对两侧的该锥角不能同时为0°，以保证其相对端面间能形成相应的收敛锥面结构。由于此收敛型的间隙区为静压密封环区，其作用效果与平均间隙相关，因此其锥度不宜太大。
试验结果显示，在本发明上述结构的密封装置中，所说的动、静环结构密封端面中相对应静压密封环区、动压密封环区和密封坝环形区三者间的环区径长比，较好的可以为(0.5～0.75)∶(0.15～0.4)∶(0.1～0.3)，都可以取得满意的效果。通过对静环结构和动环结构间相对应的静压密封坏区、动压密封环区和密封坝环形区的环形径长比例的调整，还可以达到调节密封静压、动压效应的作用大小。
本发明的动静压组合式端面密封装置除上述用流体动压作用来解决静压型密封起动困难，压力波动大会出现端面接触，密封失效的问题，又能完全保持流体静压型密封具有较大间隙，控制流体温升的优点，合理地实现了动静压密封作用的互补和控制端面膜厚度的高可靠性外，另一显著优点还在于不仅结构简单，而且还省略了目前同类密封装置中为保持其密封端面的相互靠近而通常所必须的弹簧等相应元件。该密封装置在用于包括各型压缩机、反应釜、泵等流体机械的旋转轴密封，特别是用于大型立式设备的旋转轴密封，尤其是如核电站等要求密封寿命长，可靠性高的重要泵上的(例如其主泵)轴密封时，通过动、静压密封作用的组合和互补，提高其端面密封的可靠性和延长使用寿命的优势可更为突出。
以下结合附图所示实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。
附图说明
图1是本发明动静压组合式端面密封装置的一种结构示意图。
图2是图1中一种密封端面的结构示意图。
图3是图1中动、静环密封端面间隙结构的局部放大示意图。
具体实施方式
如图1和图3所示，本发明动静压组合式端面密封装置的结构，包括有经防转销7固连于密封部位静止部分的静环1和，经传动销3与旋转轴或轴套等旋转体单元5连接而能随之转动的动环2。在静环1和动环2的相对密封端面上，以相互对应的方式由外向内分别设置为三个依次邻接排布的同心圆环形的端面密封区域：在径向外侧与高压区相邻的区域为在动、静环两侧的该对应区域间能形成一向外开口的收敛型间隙静压密封环区8；中间部分的区域为在各自端平面上设置有流体动压浅槽11的动压密封环区9；在径向最内侧与低压区相邻的区域为圆环平面的密封坝环形区10。在动压密封环区9的密封面上，以常规方式设置有槽深在0.3mm以内的螺旋槽、圆弧槽、直线槽、T型槽等形式的流体动压槽11。
图2所示的是一种密封端面的结构形式，其中该流体动压槽11为通常使用的螺旋槽式结构。动、静环间相对应静压密封环区8部分的锥角α1，α2可分别在0-5°范围内选择，但其两侧静压密封环区8中的两锥角α1和α2不同时为0，以使在其相对的区域间能保持有一个向外开口的＞0°的收敛型间隙。动、静环结构密封端面上相对应静压密封坏区8、动压密封环区9和密封坝环形区10的环形区域径长比，可以在(0.5～0.75)∶(0.15～0.4)∶(0.1～0.3)范围内选择。在正常工作状态下，动、静环密封端面间能保持有所希望的液膜厚度δ。
Claims (5)
1.动静压组合式端面密封装置，包括可固连于密封部位静止部分的静环结构(1)和可以随旋转体单元(5)转动的动环结构(2)，其特征是在所说的静环结构(1)和动环结构(2)相对的密封端面上，以相对应的方式分别由外向内设置为三个依次邻接排布的同心圆环形的端面密封区域，径向外侧的端面密封区域为在其两侧的对应部位间能形成外侧开口的收敛型间隙()结构的静压密封环区(8)，中间的环形端面密封区域为在动环结构或静环结构的端平面上设置有流体动压浅槽(11)的动压密封环区(9)，位于内侧的端面环形密封区域为圆环平面的密封坝环形区(10)。
2.如权利要求1所述的动静压组合式端面密封装置，其特征是所说的静环结构(1)和动环结构(2)间相对应静压密封环区(8)的锥角(α1，α2)分别为0～5°，但该两锥角不同时为0°。
3.如权利要求1所述的动静压组合式端面密封装置，其特征是所说的静环结构(1)和动环结构(2)间相对应静压密封环区(8)、动压密封环区(9)和密封坝环形区(10)的环形径长比为(0.5～0.75)∶(0.15～0.4)∶(0.1～0.3)。
4.如权利要求1所述的动静压组合式端面密封装置，其特征是所说的静环结构(1)和动环结构(2)间相对应的动压密封环区(9)中设置的流体动压槽(11)包括螺旋槽、圆弧槽、直线槽、T型槽。
5.如权利要求1或4所述的动静压组合式端面密封装置，其特征是所说的静环结构(1)和动环结构(2)间相对应的动压密封环区(9)中设置的流体动压槽的槽深≤0.3mm。
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