CN112594395A - 双旋向动压增效密封环 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双旋向动压增效密封环，包括：双旋向密封动环，双旋向密封动环的槽面端沿周向均布有多个T型槽，在圆弧槽位于双旋向密封动环内部的槽底面上设有一对增压孔，增压孔为轴向上贯穿双旋向密封动环的台阶孔，在每个增压孔的大直径孔内装设单向鸭嘴阀，通过CFD仿真，计算并对比了本发明新型密封动环结构与原始结构端面气膜压力分布情况和开启力。结果表明，本发明的新型双旋向动压增效密封环的端面开启力比原始设计增加了2％～4.6％。尤其在转速低于5000转/分时，动压增效效果较为明显，拥有此结构设计的双旋向干气密封将具有优良的低速开启性能。能有效解决较低密封气压力，较低转速情况下干气密封端面干摩擦的问题。

Description

双旋向动压增效密封环
技术领域
本发明属于干气密封技术领域，尤其是一种双旋向动压增效密封环。
背景技术
干气密封通常用于解决诸如离心压缩机之类的高速旋转机械的轴端密封问题。它属于非接触式气体润滑机械密封，通常由轴套、动环、静环、弹簧、辅助密封圈及其他结构件组成。它与普通机械密封最大的区别在于其动环端面上加工出了几微米深的流体动压槽。当动、静环相对旋转时，端面微槽剪切气体，在槽根部形成局部高压，使得整个动、静环间形成一层刚度很大的气膜，整个摩擦副对外呈现出分离的趋势。而介质压力作用在动静环背面，与弹簧力一起形成总的闭合力又使摩擦副呈现出闭合的趋势。干气密封在平稳运行过程中闭合力与开启力相等。
干气密封的动压槽设计是整个密封设计工作中最重要的环节之一，直接关系到密封使用的成败。人们经过长期研究发现，采用对数螺旋线或阿基米德螺旋线的流体动压槽型具有最佳的流体动压效应。以John Crane公司为代表的干气密封制造商就主要采用单旋向螺旋线槽形。它具有气膜刚度大，抗干扰能力强的优点。但由于单旋向动压槽受到几何特征限制，在特定的应用环境中，存在致命缺点。如压缩机出现反向旋转，具有单旋向槽型的密封端面由于无法产生开启力，在相对较长时间内接触摩擦，密封端面极易损坏。
此外，干气密封位于压缩机缸体两端，以主轴穿出缸体为法向正向来看，两端密封的旋向刚好相反。若采用单旋向干气密封，则同批次的干气密封产品需配备两种旋向的产品各两套，一套运转使用，一套备用。以单缸压缩机为例，它须配备顺时针旋向和反时针旋向的干气密封各两套。若采用不受旋向影响的双旋向干气密封，则压缩机驱动端和非驱动端的密封可以互换，备件数量降低。因此，双旋向干气密封工业应用领域广阔，且具有不可替代性。对双旋向干气密封流体动压槽型开展深入的研究意义重大。
双旋向流体动压槽具有一个共同特征：若将槽台区沿周向按槽的个数等分，在某一周期分割区域内，其槽形将沿中心径向直线呈对称分布。密封正常运转时，一半槽产生正压力使端面开启，另一半产生负压力使端面趋于贴合。通过CFD计算发现，此时端面流体动压开启力几乎为0。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的问题，本发明的目的在于解决问题，提供一种双旋向动压增效密封环。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种双旋向动压增效密封环，包括：双旋向密封动环1，双旋向密封动环1的槽面端5沿周向均布有多个T型槽2，T型槽2轴向上不贯穿双旋向密封动环1，每个T型槽2包括从槽面端5的外径向内径延伸的直线槽21和直线槽21末端连接的圆弧槽22，圆弧槽22的宽度大于直线槽21的宽度，双旋向密封动环1无T型槽的一面为背面端6，在圆弧槽22位于双旋向密封动环1内部的槽底面上设有一对增压孔3，增压孔3为轴向上贯穿双旋向密封动环1的台阶孔，包括靠近槽面端5的小直径孔31和靠近背面端6的大直径孔32，在每个增压孔3的大直径孔32内装设单向鸭嘴阀4，鸭嘴阀4的鸭嘴端42伸入小直径孔31内部。
作为优选方式，每对增压孔3在其所在的圆弧槽22的槽底面上关于圆弧槽中心线左右对称设置。
作为优选方式，6-20个T型槽在双旋向密封动环1的槽面端5沿周向均布。
作为优选方式，选择在双旋向密封动环1的周向上等间隔分布的3-6个T型槽设置增压孔3。这样设置的原因是可以使增压孔在整个密封动环1上的压力分布更加平衡均匀，并使整个槽组所形成的总动压为正值。
作为优选方式，当T型槽数量为奇数时，增压孔3的对数为3以上的奇数；当T型槽数量为偶数时，增压孔3的对数为4以上的偶数。
作为优选方式，T型槽在双旋向密封动环1槽面端5内的深度为8-10微米。
作为优选方式，单向鸭嘴阀用以控制双旋向密封动环1槽面端和背面端的气流通断，当双旋向密封动环的背面端压力比槽面端压力高、且大于鸭嘴阀的开启压力时，介质气体从双旋向密封动环背面端流向动环槽面端；当双旋向密封动环的槽面端压力比背面端压力高、且大于鸭嘴阀的闭合压力时，鸭嘴阀关闭，气流被截断。
作为优选方式，单向鸭嘴阀4包括橡胶座41和鸭嘴部42，鸭嘴部42固定在橡胶座41上。
作为优选方式，双旋向密封动环1为SiC材料。
作为优选方式，增压孔3的小直径孔31孔径0.2-0.6mm，大直径孔的孔径为3-6mm。
本发明的有益效果为：本发明提出了一种新的双旋向动压增效密封环。通过CFD仿真，计算并对比了本发明新型密封动环结构与原始结构端面气膜压力分布情况和开启力。结果表明，本发明的新型双旋向动压增效密封环的端面开启力比原始设计增加了2％～4.6％。尤其在转速低于5000转/分时，动压增效效果较为明显，拥有此结构设计的双旋向干气密封将具有优良的低速开启性能。能有效解决较低密封气压力，较低转速情况下干气密封端面干摩擦的问题。
附图说明
图1是本发明的双旋向动压增效密封环的整体结构示意图；
图2是图1中的E-E剖面图；
图3是图2的局部放大图。
图4是本发明单向鸭嘴阀在双旋向动压增效密封环中的安装立体示意图。
图5是本发明单向鸭嘴阀的结构示意图。
1为双旋向密封动环，2为T型槽，21为直线槽，22为圆弧槽，3为增压孔，31为小直径孔，32为大直径孔，4为单向鸭嘴阀，41为橡胶座，42为鸭嘴端，5为槽面端，6为背面端。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本实施例提供一种双旋向动压增效密封环，包括：双旋向密封动环1，双旋向密封动环1的槽面端5沿周向均布有多个T型槽2，T型槽2轴向上不贯穿双旋向密封动环1，每个T型槽2包括从槽面端5的外径向内径延伸的直线槽21和直线槽21末端连接的圆弧槽22，圆弧槽22的宽度大于直线槽21的宽度，双旋向密封动环1无T型槽的一面为背面端6，在圆弧槽22位于双旋向密封动环1内部的槽底面上设有一对增压孔3，增压孔3为轴向上贯穿双旋向密封动环1的台阶孔，包括靠近槽面端5的小直径孔31和靠近背面端6的大直径孔32，在每个增压孔3的大直径孔32内装设单向鸭嘴阀4，鸭嘴阀4的鸭嘴端42伸入小直径孔31内部。
每对增压孔3在其所在的圆弧槽22的槽底面上关于圆弧槽中心线左右对称设置。
6-20个T型槽在双旋向密封动环1的槽面端5沿周向均布。
选择在双旋向密封动环1的周向上等间隔分布的3-6个T型槽设置增压孔3。这样设置的原因是可以使增压孔在整个密封动环1上的压力分布更加平衡均匀，并使整个槽组所形成的总动压为正值。
当T型槽数量为奇数时，增压孔3的对数为3以上的奇数；当T型槽数量为偶数时，增压孔3的对数为4以上的偶数。
T型槽在双旋向密封动环1槽面端5内的深度为8-10微米。
单向鸭嘴阀用以控制双旋向密封动环1槽面端和背面端的气流通断，当双旋向密封动环的背面端压力比槽面端压力高、且大于鸭嘴阀的开启压力时，介质气体从双旋向密封动环背面端流向动环槽面端；当双旋向密封动环的槽面端压力比背面端压力高、且大于鸭嘴阀的闭合压力时，鸭嘴阀关闭，气流被截断。
单向鸭嘴阀4包括橡胶座41和鸭嘴部42，鸭嘴部42固定在橡胶座41上。
双旋向密封动环1为SiC材料。
增压孔3的小直径孔31孔径0.2-0.6mm，大直径孔的孔径为3-6mm。
本实施例提出了一种新的双旋向动压增效密封环。通过CFD仿真，计算并对比了新型密封动环结构与原始结构端面气膜压力分布情况和开启力。结果表明，本发明的新型双旋向动压增效密封环的端面开启力比原始设计增加了2％～4.6％。尤其在转速低于5000转/分时，动压增效效果较为明显，拥有此结构设计的双旋向干气密封将具有优良的低速开启性能。能有效解决较低密封气压力，较低转速情况下干气密封端面干摩擦的问题。
特别值得指出的是，这种设计不仅对T型槽有用，对其他双旋向槽型都适用。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种双旋向动压增效密封环，其特征在于，包括：双旋向密封动环(1)，双旋向密封动环(1)的槽面端(5)沿周向均布有多个T型槽(2)，T型槽(2)轴向上不贯穿双旋向密封动环(1)，每个T型槽(2)包括从槽面端(5)的外径向内径延伸的直线槽(21)和直线槽(21)末端连接的圆弧槽(22)，圆弧槽(22)的宽度大于直线槽(21)的宽度，双旋向密封动环(1)无T型槽的一面为背面端(6)，在圆弧槽(22)位于双旋向密封动环(1)内部的槽底面上设有一对增压孔(3)，增压孔(3)为轴向上贯穿双旋向密封动环(1)的台阶孔，包括靠近槽面端(5)的小直径孔(31)和靠近背面端(6)的大直径孔(32)，在每个增压孔(3)的大直径孔(32)内装设单向鸭嘴阀(4)，鸭嘴阀(4)的鸭嘴端(42)伸入小直径孔(31)内部。
2.根据权利要求1所述的双旋向动压增效密封环，其特征在于：每对增压孔(3)在其所在的圆弧槽(22)的槽底面上关于圆弧槽中心线左右对称设置。
3.根据权利要求1所述的双旋向动压增效密封环，其特征在于：6-20个T型槽在双旋向密封动环(1)的槽面端(5)沿周向均布。
4.根据权利要求1所述的双旋向动压增效密封环，其特征在于：选择在双旋向密封动环(1)的周向上等间隔分布的3-6个T型槽设置增压孔(3)。
5.根据权利要求1或3或4所述的双旋向动压增效密封环，其特征在于：当T型槽数量为奇数时，增压孔(3)的对数为3以上的奇数；当T型槽数量为偶数时，增压孔(3)的对数为4以上的偶数。
6.根据权利要求1所述的双旋向动压增效密封环，其特征在于：T型槽在双旋向密封动环(1)槽面端(5)内的深度为8-10微米。
7.根据权利要求1所述的双旋向动压增效密封环，其特征在于：单向鸭嘴阀用以控制双旋向密封动环(1)槽面端和背面端的气流通断，当双旋向密封动环的背面端压力比槽面端压力高、且大于鸭嘴阀的开启压力时，介质气体从双旋向密封动环背面端流向动环槽面端；当双旋向密封动环的槽面端压力比背面端压力高、且大于鸭嘴阀的闭合压力时，鸭嘴阀关闭，气流被截断。
8.根据权利要求1所述的双旋向动压增效密封环，其特征在于：单向鸭嘴阀(4)包括橡胶座(41)和鸭嘴部(42)，鸭嘴部(42)固定在橡胶座(41)上。
9.根据权利要求1所述的双旋向动压增效密封环，其特征在于：双旋向密封动环(1)为SiC材料。
10.根据权利要求1所述的双旋向动压增效密封环，其特征在于：增压孔(3)的小直径孔(31)孔径0.2-0.6mm，大直径孔的孔径为3-6mm。
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