TWI640704B - 具有反曲點溝槽之非接觸式氣體軸封 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種軸封裝置，其用於安裝至旋轉軸。本發明之軸封裝置包含一靜止件，其設置於軸封裝置之外殼並且具有一第一密封面以及一轉動件，其相對於靜止件而設置於旋轉軸，並且具有與靜止件之第一密封面對向之一第二密封面。於第一密封面或第二密封面上設置有一溝槽，溝槽自外周緣向內延伸。當溝槽由外向內延伸時，溝槽之末端(底壁)沿著包含溝槽底壁之假想圓C₁之切線方向延伸。

Description

具有反曲點溝槽之非接觸式氣體軸封

本發明係關於一種軸封裝置，特別是關於一種於密封面具有溝槽之氣體軸封裝置。

習知之氣體軸封裝置在動環或靜環之密封面上設置有溝槽，藉由溝槽將外圍氣體導入密封面內，利用流體力學原理於動環及靜環間形成一間隙(sealing gap)，其中為經由溝槽壓縮後產生的氣膜(gas film)，藉氣膜本身的動、靜壓力撐開密封面，避免密封面接觸、磨損。

惟由習知技術，導入至溝槽之氣體所形成之壓力分佈，或稱流體力學效果可能受到溝槽之位置、幾何形狀(例如大小、寬窄)、深淺、粗糙度及數量等因素影響。

本發明之一目的在於提供一種軸封裝置，藉由將氣體沿著溝槽被引導，並且在溝槽之開口端使氣流以適當的入射角度進入溝槽，以增加氣體被引導至溝槽之流量，同時以溝槽的幾何形狀控制導入氣流的壓縮量及壓縮效率(compression efficiency)，以提升軸封裝置之密封性能(sealing performance)。

本發明係為了解決上述問題之而完成者，可作為以下之形態實現。

(1)根據本發明之一形態，提供一種軸封裝置，其用於安裝至一旋轉軸，軸封裝置包含一靜止件，其設置於軸封裝置之外殼並且具有一第一密封面；及一轉動件，其相對於靜止件而設置於旋轉軸，並且具有與靜止件之第一密封面對向之一第二密封面；於第一密封面或第二密封面上設置有一溝槽，溝槽自外周緣向內延伸，其中，溝槽之末端沿著包含溝槽底壁之假想圓C₁之切線方向延伸。

(2)於此形態之軸封裝置中，溝槽末端(底壁)至密封面圓心的距離(R₃)大致上介於R_I+0.2(R_O-R_I)至R_I+0.5(R_O-R_I)之間。

(3)於此形態之軸封裝置中，溝槽進一步包含一第一區域及一第二區域，第一區域包含第一左側壁及第一右側壁(以密封面內緣朝外緣的方向為走向，則左手邊為左側，如圖3中的11b、12b，右手邊為右側，如圖3中的11a、12a)，第二區域包含第二左側壁及第二右側壁，第一左側壁及第一右側壁分別與第二左側壁及第二右側壁相連。

(6)於此形態之軸封裝置中，若θ₃=θ₂=θ₁，則第一右側壁及第二右側壁係分別將第一左側壁及第二左側壁以密封面之圓心旋轉一角度而形成，參見圖5(B)。若θ₃、θ₂及θ₁不完全相同，則左、右側壁為形狀不同的曲線，參見圖5(C~E)。

(7)於此形態之軸封裝置中，於θ₃=θ₂=θ₁的情況下，前項提及的旋轉角度為θ₁，且於溝槽與脊部(ridge，相鄰兩溝槽所夾的區域)外形全等的情況下，角度θ₁=360°/(2*NB)，其中NB為溝槽總數。此外，反曲點與溝槽 底壁的旋轉角度分別為θ₁₂、θ₁₃，通常θ₁₃>θ₁₂且θ_T=θ₃+θ₁₃為θ₁的2倍以上。

(8)於此形態之軸封裝置中，溝槽具有一底壁，此底壁與密封面的內、外周緣有相同之曲率中心。

(9)於此形態之軸封裝置中，溝槽具有一深度大致上4μm~15μm，相當0.004mm~0.015mm之範圍。

(10)於此形態之軸封裝置中，溝槽具有複數個，其沿著密封面外周緣環狀排列或沿著該內周緣環狀排列。

此溝槽的特徵在於其一側壁形成為具有反曲點之曲線，，再配合適當槽深，達到提升密封性能的目的。與傳統溝槽比較，此溝槽的特點在於：(1)藉由選擇反曲點的位置及寬度，控制導入氣體的進氣量、起始壓縮點及壓縮量；(2)藉由反曲點的幾何特性，減少因流體邊界層(boundary layer)造成的能量損耗，提高壓縮效率，改善密封穩定性及可靠度。

根據本發明，能夠控制氣體被引導至溝槽之氣流量，同時，利用溝槽的幾何特性調節導入氣流的壓縮程度及效率，以提升軸封裝置之密封性能。

1‧‧‧軸封裝置

2‧‧‧旋轉軸

3‧‧‧靜止件

4‧‧‧轉動件

5‧‧‧軸套

6‧‧‧彈性件

10‧‧‧溝槽

11‧‧‧第一區域

11a、11b‧‧‧側壁

12‧‧‧第二區域

12a、12b‧‧‧側壁

12c‧‧‧底壁

14‧‧‧外周緣

15‧‧‧內周緣

16‧‧‧交界線

100‧‧‧密封面(第一密封面)

100a‧‧‧通孔

101‧‧‧密封面(第二密封面)

111‧‧‧開口

g‧‧‧間隙

O‧‧‧軸線方向

O₃、O₄‧‧‧圓心

C‧‧‧圓心

C₁、C₂‧‧‧假想圓

C₃、C₄‧‧‧假想圓

B、D、F‧‧‧氣流

D₁、D₂‧‧‧深度

D₃‧‧‧高度差

D₄、D₅‧‧‧深度

R₂、R₃‧‧‧半徑

R_C3、R_C4‧‧‧半徑

R_O‧‧‧外徑

R_I‧‧‧內徑

θ₀、θ₁、θ₂‧‧‧角度

θ₃‧‧‧角度

θ₁₂、θ₁₃‧‧‧角度

θ_T‧‧‧角度

21~26‧‧‧交點

圖1係表示本發明之軸封裝置之示意圖。

圖2係表示本發明之密封面之溝槽之示意圖。

圖3係表示圖2之溝槽之10a部分之放大圖。

圖4(A)~圖4(C)所示為為沿圖2的AA'虛線的剖面圖之示意圖。

圖5(A)係表示本發明之密封面之溝槽之示意圖。圖5(B)~5(E)係表示 溝槽之實施例之示意圖。

圖6係表示本發明之溝槽之一實施例之示意圖。

圖7(A)~圖7(B)係表示應用有本發明之溝槽之軸封裝置之一實施例之示意圖。

圖8(A)~圖8(B)係表示應用有本發明之溝槽之軸封裝置之一實施例之示意圖。

以下，基於圖示對本發明之軸封裝置1之一實施形態詳細地進行說明。

圖1所示為本發明之軸封裝置1，可安裝於一旋轉機械設備(rotating equipment)上，例如泵(pump)、壓縮機、攪拌機(mixer)等，以提供軸承密封之用途。本發明之軸封裝置1包含旋轉軸2、靜止件(靜止環stationary ring)3、轉動件(轉動環rotary ring)4。在本實施例中，靜止件3設置於軸封裝置1外殼並且具有一密封面100，靜止件3可以依環繞軸封裝置1外殼之方式設置。轉動件4設置於旋轉軸2，如圖1所示，轉動件4可以環繞旋轉軸2的外緣方式設計，如本實施例中，轉動件4是以環繞旋轉軸2的軸線方向O的方式加以設置。並且，轉動件4具有與靜止件3之密封面100對向之密封面101，軸封裝置1藉由密封面100與密封面101所界定之空間提供軸封裝置1之密封功能。

一軸套5可選擇性地如本實施例所示設置於旋轉軸2上，軸套5可環繞旋轉軸2之外緣。在一實施例中，可進一步設置有複數個定位件例如O型環，其用以固定或定位靜止件3、轉動件4及軸套5等之位置關係。此外，此O型環還兼具副密封(secondary seal)的功能。在一實施例中，可進一步 設置有一格蘭(gland)，其用以與靜止件3相配合。在一實施例中，格蘭與靜止件3可藉由一彈性件6，例如彈簧構件，相配合。

於本發明之軸封裝置1中，該靜止件3之密封面100或該轉動件4之密封面101上設有一溝槽10。於一實施例中，該溝槽10設於該靜止件3之密封面100，惟不以此為限。圖2所示為本發明之靜止件3之密封面100之溝槽10之示意圖，圖3係表示圖2之溝槽部分10a之放大圖。以下請同時參考圖2、圖3以更進一步了解本揭露中之溝槽10。在本發明中，密封面100為一環狀結構的表面並環繞通孔100a，通孔100a用以供旋轉軸2通過，且密封面100具有一外周緣14及內周緣15，且外周緣14及內周緣15具有相同之圓心在點C。其中，溝槽10之形狀以斜線區域表示。在一實施例中，溝槽10形成在密封面100上，溝槽10自密封面100之外周緣14向內延伸。在一實施例中，溝槽10由內周緣15向外延伸，例如上游泵送溝槽(upstream pumping grooves)。在一實施例中，溝槽10延伸的方式可依設計需求而定。如圖2所示，溝槽10是以具有一弧度的曲線態樣向內延伸(亦即，且該溝槽10之一側壁形成為具有一反區點之曲線)，曲線的弧度設計可搭配旋轉軸2或轉動件4的轉動參數例如轉動速率、轉動方向等由設計者任意決定。

如圖2所示，溝槽10可向內延伸並且不延伸至內周緣15。在某些實施例中，溝槽10可自外周緣14向內延伸、亦可自內周緣15向外延伸。於一實施例中，該溝槽10具有二側壁，該溝槽10之二側壁可皆呈曲線狀延伸、亦可具有一側壁呈直線狀延伸。在某實施例中，溝槽10之延伸起點、延伸終點、延伸方式等可根據軸封裝置1之用途由設計者任意決定。

溝槽10包含一第一區域(溝槽外側區域)11及一第二區域(溝槽內側區 域)12，該兩區域係藉由點22與點25之間的交界線16來加以界定，其中交界線16為假想圓C₂之一部分(假想圓C₂之定義將於後段詳述)。在一實施例中，溝槽10的第一區域11進一步包含一側壁11a及與側壁11a相對的側壁11b，側壁11a、11b分別為溝槽外側區域之右、左側壁，第二區域12進一步包含一側壁12a、側壁12b及底壁12c，側壁12a、12b分別為溝槽內側區域之右、左側壁，底壁12c為溝槽底壁。在一實施例中，如圖3所示，第一區域11由開口111、側壁11a、側壁11b及第一區域11與第二區域12之交界線16所界定。第二區域12由交界線16、側壁12a、側壁12b及底壁12c所界定。交界線16係表示連接第一區域11與第二區域12之弧線。

如圖2所示，第一區域11自位於外周緣之開口111朝內周緣15之方向延伸。第二區域12接續第一區域11而延伸，並且延伸至距離點C之半徑R₃處。如圖2所示，定義以點C為圓心且R₃為半徑之圓為假想圓C₁，定義以點C為圓心且R₂為半徑之圓為假想圓C₂，假想圓C₁、C₂分別為通過溝槽底壁及反曲點的假想圓。定義密封面100上自點C至外周緣14之距離，即密封面100之外徑為外徑R_O；定義密封面100上自點C至內周緣15之距離，即密封面100之內徑為內徑R_I。

在一實施例中，底壁12c可為假想圓C₁圓周之一部分。當溝槽由外向內延伸時，溝槽之末端(底壁)沿著包含溝槽底壁之假想圓C₁之切線方向延伸。在一實施例中，半徑R₃之範圍通常介於R_I+0.2(R_O-R_I)至R_I+0.5(R_O-R_I)之間。在一實施例中，第一區域11與第二區域12係以距離點C之半徑R₂處為分界。半徑R₂之範圍為R₃<R₂<R_O。在一實施例中，R₂非常接近R₃形成尾部具有反曲點的螺旋溝槽，其關係式大致上為R₂₌R₃+0.045(R_O-R₃)。在一實施例中，第一區域11與第二區域12係以曲線 方式延伸。在一實施例中，第一區域11及第二區域12之側壁11a、側壁11b、側壁12a及側壁12b係形成為特定曲率半徑之曲線。

在一實施例中，形成第二區域12之側壁12a之假想圓C₄可與假想圓C₁外切於點23。在一實施例中，側壁11a與側壁12a個別之曲率半徑可搭配旋轉軸2或轉動件4的轉動參數，例如轉動速率、轉動方向等由設計者任意決定。

在本揭露書中，對於上凹及下凹曲線的定義如下：若曲線之曲率中心與點C位於該曲線的異側(即兩圓外切)，則定義該曲線為上凹曲線；若曲線之曲率中心與點C位於該曲線的同側(即兩圓內切)，則定義該曲線為下凹曲線。在一實施例中，第一區域11的側壁11a與11b可形成為下凹曲線。在一實施例中，第二區域12的側壁12a及12b可形成為上凹曲線。側壁11a與側壁12a的交界處形成一反曲點，同樣地，側壁11b與側壁12b的交界處亦形成一反曲點。在一實施例中，反曲點之形成與其位置能夠依照使用者之實際需求而任意改變。

在一實施例中，側壁11a與側壁12a以形成交界線16之一端之交點22為分界，交界線16與假想圓C₂之圓周有部分重疊(overlapping)。在一實施例中，側壁12a朝向內周緣15之方向沿伸，並交假想圓C₁於點23。在一實施例中，交點23為側壁12a與假想圓C₁之外切點。在一實施例中，假想圓C₂位於假想圓C₁與外周緣14之徑向中心。在一實施例中，側壁11a與側壁12a之交點22形成於假想圓C₂之圓周上。在一實施例中，交點22不形成於假想圓C₂之圓周上而朝向外周緣14或底壁12c側偏移而使得側壁11a或側壁12a在徑向方向上具有不同長度。在一實施例中，交點22形成於外周緣14或底壁12c上而使得側壁11a或側壁12a退化至一個點。

類似於前述交點22之型態，在一實施例中，側壁11b與側壁12b之交點25形成於假想圓C₂之圓周上。在一實施例中，交點25不形成於假想圓C₂之圓周上而朝向外周緣14或底壁12c側偏移而使得側壁11b或側壁12b在徑向方向上具有不同長度。在一實施例中，交點25形成於外周緣14或底壁12c上而使得側壁11b或側壁12b退化至一個點。更詳言之，在一實施例中，交點22與交點25的可以形成於同一假想圓C₂之圓周上，或者交點22與交點25可以各自朝向外周緣14或底壁12c側偏移。

在一實施例中，側壁11a與外周緣14形成一交點21。在一實施例中，側壁11a與外周緣14在交點21之切線形成一角度θ₀，為外圍氣流導入溝槽的進氣角(the angle of incidence)，其範圍通常為0°<θ₀<90°。在一實施例中，角度θ₀之範圍大致上為10度至45度。在一實施例中，角度θ₀之範圍大致上為30度至40度。在一實施例中，可以調整角度θ₀大小的方式控制進氣氣流的流量及流場品質。在一實施例中，氣流進氣角角度θ₀之大小與密封環外緣氣流之切線速度(tangential or surface speed)成某種反比關係，且與氣體靜態之壓差成某種正比關係。在一實施例中，角度θ₀之可依據軸封在運作時之參數，例如轉速、轉向、旋轉半徑、流體黏性(viscosity)及密度，而由設計者任意決定。(註：最佳化θ₀時，必須考慮氣流的雷諾數Reynolds Number)。就溝槽的幾何形狀而言，圖3中角度θ₀的計算如下：

在一實施例中，側壁11b與外周緣14及假想圓C₂分別形成一交點24及一交點25。在一實施例中，側壁12b與假想圓C₂及假想圓C₁分別形成一交點25及一交點26。在一實施例中，側壁11b及側壁12b沿著交點24、交點 25及交點26所形成之曲線與側壁11a及側壁12a沿著交點21、交點22及交點23所形成之曲線為相同形狀。在一實施例中，交點21與交點24相對於點C形成之角度(角位移)θ₁，角度θ₁為溝槽外側弧度，於溝槽與脊部(ridge，相鄰兩溝槽所夾的區域)外形全等的情況下，角度θ₁=360°/(2*NB)，其中NB為溝槽總數。在一實施例中，交點22與交點25相對於點C形成之角度θ₂，角度θ₂為溝槽反曲點弧度，角度θ₂之範圍為θ₃≦θ₂≦θ₁。在一實施例中，交點23與交點26相對於點C形成之角度θ₃，角度θ₃為溝槽底壁弧度，角度θ₃之範圍為0≦θ₃≦θ₂。在一實施例中，交點23與交點24相對於點C形成之角度(角位移)θ_T，角度θ_T為溝槽總弧度(θ_T=θ₃+θ₁₃)，角度θ_T之範圍大致上為2θ₁至5θ₁。

在一實施例中，角度θ₁、角度θ₂、及角度θ₃皆具有相同之角度。在一實施例中，角度θ₁、角度θ₂、及角度θ₃中至少2個具有不同之角度。在一實施例中，角度θ₁大致上大於或等於角度θ₂。在一實施例中，角度θ₂大致上大於或等於角度θ₃。在一實施例中，角度θ₁、角度θ₂、及角度θ₃所形成之扇形區域至少二者具有互相重疊之範圍。在一實施例中，角度θ₁、角度θ₂、及角度θ₃所形成之扇形區域彼此不互相重疊。在一實施例中，角度θ₁與角度θ₂之關係為θ₂≦θ₁。在一實施例中，角度θ₂與角度θ₃之關係為θ₃≦θ₂。

以上有關角度θ₁、角度θ₂及角度θ₃的討論適用於溝槽由密封面外緣往內緣延伸的情況。若如圖5(E)所示，溝槽由內緣朝外緣延伸，則角度關係通常為0≦θ₁<θ₂<θ₃。在一實施例中，交點24與交點25相對於點C形成之角度(角位移)θ₁₂。在一實施例中，交點24與交點26相對於點C形成之角度(角位移)θ₁₃。角度θ₁₂及角度θ₁₃分別為溝槽反曲點及底壁旋轉弧 度。在一實施例中，角度θ₁₂具有一範圍大致上為0<θ₁₂≦θ₁。在一實施例中，角度θ₁₃具有一範圍大致上為θ₁₃>θ₁₂+θ₂。在一實施例中，角度θ_T表示為θ_T=θ₁₃+θ₃。

在一實施例中，側壁11a可形成為一圓心為O₃且半徑為R_C3之假想圓C₃之一部分。在一實施例中，側壁12a可形成為一圓心為O₄且半徑為R_C4之假想圓C₄之一部分。在一實施例中，曲率半徑R_C4之範圍主要由R₂、R₃、θ₁₂及θ₁₃決定。一旦O₄的位置確定，R_C3之範圍主要由R_O及θ₁₂決定。在一實施例中，圓心O₄位於點C與點23之延長線上。在一實施例中，假想圓C₁與假想圓C₄相切於點23。在一實施例中，假想圓C₃與假想圓C₄相切與點22。在一實施例中，圓心O₃位於圓心O₄與點22之延長線上。在一實施例中，圓心O₃、圓心O₄、及點22共線。在一實施例中，假想圓C₂、假想圓C₃、及假想圓C₄相交於同一點22。

在一實施例中，底壁12c形成為假想圓C₁之周緣一部分。在一實施例中，外徑R_O和半徑R₂之差值與半徑R₂和半徑R₃之差值的比值R_a之範圍大致上為0.2至25。在一實施例中，比值R_a之範圍大致上為0.28至3.35。在一實施例中，外徑R_O和半徑R₃之差值與半徑R₃和內徑R_I之差值的比值R_b之範圍大致上為1.0至2.0。在一實施例中，比值R_b之範圍大致上為1.095至1.726。

圖4(A)所示為為沿圖2的線AA'的剖面圖。如圖2的線AA'的剖面圖所示，在本實施例中，第一區域11自開口111形成一具有特定深度的溝槽，其自開口111向內延伸，且如圖2所示，其不延伸至內周緣15。在一實施例中，第一區域11及第二區域12之深度自外周緣14向內側維持不變。在一實施例中，第一區域11及第二區域12之最大深度D₁可設定為大致上介 於0.001~0.5mm之範圍，相當於1μm~500μm(1μm=10^-3mm)。當深度介於0.001~0.5mm之範圍時，可以提供充足的氣流量；同時若使用外接氣體源之情況下，無須耗費過多氣體。在一實施例中，第一區域11及第二區域12之最大深度D₁可設定為大致上0.008~0.010mm之範圍。

圖4(B)所示為線AA'剖面圖之實施例之示意圖。在一實施例中，如圖4(B)所示，第一區域11及第二區域12可自外周緣14向內側以逐漸變淺之方式形成於密封面100上。在一實施例中，第一區域11及第二區域12之最大深度D₂可設定為0.013~0.015mm之範圍。在一實施例中，第二區域12之底壁12c可形成為一具有高度差D₃之端面。在一實施例中，高度差D₃可設定為0.0~0.002mm之範圍。在一實施例中，第二區域12之底壁12c可以不形成高度差之端面之方式與密封面100相接。在一實施例中，轉角為直角的階梯愈多，愈容易產生紊流，降低壓縮效率。因此，如圖4(B)所示逐漸變淺之方式能提供較佳的壓縮效果。

在一實施例中，如圖4(C)所示，第一區域11及第二區域12可自外周緣14向內側以階梯狀之方式形成於密封面100上。在一實施例中，第一區域11及第二區域12可分別具有不同之深度D₄、深度D₅。在一實施例中，深度D₄可設定為0.013~0.015mm之範圍。在一實施例中，深度D₅可設定為0.004~0.006mm之範圍。在一實施例中，深度D₄與深度D₅之比值可設定為2.0~4.0之範圍。

圖5(A)所示為氣體在本發明之溝槽10流動之示意圖。外圍氣體在導入溝槽10之過程中，如圖5(A)所示，可區分為氣流B、氣流D及氣流F，氣流B、D、F表示外圍氣流導入溝槽方向。在一實施例中，氣流B是外圍氣體正準備導入溝槽10之氣流。氣流B分布在密封面100之外周緣14，沿 著外周緣14自開口111導入至溝槽10。氣流B流入溝槽10之第一區域11形成為氣流D，氣流D沿著第一區域11之側壁11a及側壁11b向內周緣15被引導。氣流D在通過第一區域11與第二區域12之交界16後形成氣流F。氣流F沿著第二區域12之側壁12a及側壁12b向內周緣15被引導，並且在引導至靠近底壁12c時被引導至沿著假想圓C₁之切線方向及密封面內緣方向延伸。

本發明的反曲點溝槽經實驗證實比傳統溝槽，如螺旋溝槽，有較佳的壓縮效益及剛度，同時由於溝槽形狀有更廣的變化，在應用上也有更多的彈性。

在一實施例中，溝槽10之一側壁退化成不具有反曲點之一般曲線。亦即，溝槽10之二側壁可以皆具有反曲點(交點22、交點25皆為反曲點)，或僅其中一側壁具有反曲點(交點22、交點25其中之一為反曲點)。圖5(B)~5(D)表示溝槽10之實施例。在一實施例中，如圖5(B)所示，側壁11a與側壁12a之間之點22形成為一反曲點，側壁11b與側壁12b之間之點25亦形成為一反曲點。在一實施例中，如圖5(C)所示，側壁11a與側壁12a退化成不具有反曲點之一般曲線，側壁11b與側壁12b之間之點25仍形成為一反曲點。在一實施例中，如圖5(D)所示，側壁11a與側壁12a之間之點22形成為一反曲點，而側壁11b與側壁12b退化成不具有反曲點之一般曲線。

圖6係本發明之密封面100之溝槽10之一實施例。在本實施例中具有複數個溝槽10，複數個溝槽10以點C為中心沿著外周緣14環狀排列。在一實施例中，如圖5(E)所示，複數個溝槽10能夠以沿著內周緣15之方式環狀排列。在一實施例中，如圖6所示，複數個溝槽10之底壁12c皆與假想圓 C₁切齊。在一實施例中，密封面100上具有個數NB個溝槽10。在一實施例中，個數NB之範圍大致上為8至30個。在一實施例中，個數NB之範圍大致上為12至24個。在一實施例中，個數NB之範圍大致上為16至20個。在一實施例中，複數個溝槽10具有相同之輪廓。在一實施例中，複數個溝槽10之間所夾之脊部(ridge，相鄰兩溝槽間的區域)與溝槽10有完全相同的外形。此時，角度θ₁與溝槽個數NB之關係為θ₁=360°/(2*NB)。

以下，基於圖7~圖8對應用有本發明之方式詳細地進行說明。

圖7(A)係表示靜止狀態之軸封裝置1，圖7(B)係表示運作狀態之軸封裝置1。在本實施例中，溝槽10形成於靜止件3之密封面100。當轉軸靜止時，密封面100、101是靠密封面100、101內、外側的氣體壓差形成密封氣膜(sealing film)以撐開密封面；當轉軸運轉時，溝槽10相當於泵的輪葉(impeller)，將導入溝槽10的氣體給予動態壓縮，增強密封氣膜的壓力(含動、靜壓)大小及分佈。優良的溝槽不僅有較好的壓縮效益，同時也有較高的密封氣膜剛度(sealing film stiffness)，提供較厚實的氣膜，以抵抗不利的操作變數，如振動。

在本實施例中，隨著旋轉軸2及轉動件4之轉動，外圍氣體沿著靜止件3之溝槽10被導入至密封面100與密封面101之間，並藉由導入之氣體所產生之動、靜壓力，在密封面100與密封面101之間形成有間隙(密封間隙sealing gap)g，如圖7(B)所示，藉由隔著有間隙g之軸封裝置1內側與外側之壓力差使軸封裝置1內部之氣體藉由間隙g向外流通，以形成一流體密封面，達到密封之效果。

圖8(A)、圖8(B)係表示溝槽10設置於轉動件4之密封面101上之軸封裝置1在靜止狀態及運作狀態之實施例。在本實施例中，隨著旋轉軸2及轉 動件4之轉動，軸封裝置1內部之氣體沿著轉動件4之溝槽10被導入至密封面100與密封面101之間，透過與圖7(A)、圖7(B)之類似原理於密封面100與密封面101形成有一間隙g，如圖8(B)所示，並藉由隔著有間隙g之軸封裝置1內側與外側之壓力差使軸封裝置1內部之氣體藉由間隙g向外流通，以形成一流體密封面，達到密封之效果。

上述實施形態僅為用以實施本發明之例示，本發明並不限定於上述之實施形態，可於不脫離其主旨之範圍內將上述實施形態適當變形而實施。

Claims (10)

1. 一種軸封裝置，其用於安裝至一旋轉軸，該軸封裝置包含一靜止件，其設置於該軸封裝置之外殼並且具有一第一密封面；及一轉動件，其相對於該靜止件而設置於該旋轉軸，並且具有與該靜止件之第一密封面對向之一第二密封面；於該第一密封面或該第二密封面上設置有一溝槽，該溝槽自該第一密封面或該第二密封面之外周緣向內延伸或自該第一密封面或該第二密封面之內周緣向外延伸；其中，該溝槽之底壁沿著與該內周緣及該外周緣相同之曲率中心之一假想圓之一部分延伸，該溝槽之一側壁形成為一具有反曲點之曲線；以及其中，該反曲點為一第一曲線與一第二曲線之交點，該第一曲線之曲率中心與該假想圓之一圓心位於該第一曲線的異側，以及該第二曲線之曲率中心與該假想圓之該圓心位於該第二曲線的同側。
2. 如請求項1之軸封裝置，其特徵在於該溝槽之底壁至該密封面之圓心的距離大致上介於R_I+0.2(R_O-R_I)至R_I+0.5(R_O-R_I)之間，其中R_O為該密封面之外徑而R_I為該密封面之內徑。
3. 如請求項1之軸封裝置，其特徵在於該溝槽進一步包含一第一區域及一第二區域，該第一區域包含第一左側壁及第一右側壁，該第二區域包含第二左側壁及第二右側壁，該第一左側壁及該第一右側壁分別與該第二左側壁及該第二右側壁相連，該第一右側壁及該第二右側壁係分別將該第一左側壁及該第二左側壁以該密封面之圓心旋轉一角度而形成。
4. 如請求項3之軸封裝置，其特徵在於以該第一左側壁與該外周緣或該內周緣之交點為基準點，自該基準點至該第二左側壁與該底壁之交點相對於該密封面之圓心之角位移大於自該基準點至該第一左側壁及該第二左側壁之交點相對於該密封面之圓心之角位移。
5. 如請求項3之軸封裝置，其特徵在於以該第一左側壁與該外周緣或該內周緣之交點為基準點，自該基準點至該第二右側壁與該底壁之交點相對於該密封面之圓心之角位移係自該基準點至該第一右側壁與與該外周緣或該內周緣之交點相對於該密封面之圓心之角位移之2倍以上。
6. 如請求項1之軸封裝置，其特徵在於該溝槽具有一深度大致上介於0.001~0.5mm之範圍。
7. 如請求項1至6中任一項之軸封裝置，其特徵在於該溝槽具有複數個，其沿著該外周緣環狀排列或沿著該內周緣環狀排列。
8. 如請求項7之軸封裝置，其特徵在於複數個該溝槽之每一者在該外周緣或該內周緣所佔據之圓周相對於該第一或第二密封面之圓心所形成之角度為360°/(2*NB)，其中NB為溝槽總數。
9. 如請求項1之軸封裝置，其特徵在於該反曲點形成於該溝槽之底壁與該外周緣之徑向方向上之中心位置、或該溝槽之底壁與該內周緣之徑向方向上之中心位置。
10. 如請求項1之軸封裝置，其特徵在於該反曲點相對於該溝槽之底壁與該外周緣之徑向方向上之中心位置朝向該底壁或該外周緣偏移、或相對於該溝槽之底壁與該內周緣之徑向方向上之中心位置朝向該底壁或該內周緣偏移。