一种剖分式充气轴封的制作方法

本发明涉及轴端密封，尤其涉及一种剖分式充气轴封。

背景技术：

1、在化工、石油、制药、食品加工以及材料合成等领域，大量使用诸如高温卧式反应器、干燥机等在高温、高压及腐蚀性介质环境下连续运行的大型设备。这类设备通常设置主轴用以传递扭矩，主轴与设备壳体之间的间隙若不进行有效封堵，将直接影响设备内物料的稳定性、密封可靠性及安全性。

2、目前，这类大型设备常见的轴封形式主要包括接触式密封（如填料密封、油封密封）和端面密封（如机械密封），但这几种技术均存在明显的局限性。例如，cn214999395u公开了一种剖分式轴密封装置，其虽然采用了剖分式的压盖与轴封座以方便拆装，但本质上仍依赖于多组密封圈与旋转轴套之间的直接物理接触来阻挡介质。在高温工况下，这类接触式柔性密封件极易老化失效。更为关键的是，大型设备由于加工误差或负载变化，旋转轴不可避免存在径向偏摆，这种偏摆会持续、不均匀地挤压密封圈，导致密封圈快速单边磨损，进而引起介质泄漏，不仅污染环境，还需频繁停机更换，严重影响生产连续性。

3、为了改善接触磨损，行业内常引入机械密封。例如，cn217328456u公开了一种剖分式机械密封，其利用弹簧的弹力及设备侧内部压力使动环与静环端面保持贴合相对滑动。然而，大型设备的主轴通常较长且体量庞大，在热膨胀及物料阻力影响下，极易产生显著的轴向窜动。传统的机械密封动静环组件对轴向窜动的适应性较差：剧烈的轴向窜动极易导致密封端面过度压紧，加剧端面磨损与发热，甚至引发“干摩擦”导致密封瞬间报废；反之，若端面因窜动而分离，则会直接造成流体泄漏。

4、近年来，为实现非接触式长寿命运行，圆周气膜密封技术逐渐得到应用。例如，cn118442442a公开了一种圆周气膜密封装置，其主要通过在动环的外圆密封面上加工微米级的气膜槽，利用转子高速旋转产生的流体动压效应将密封环推开，实现非接触密封。然而，此类纯动压型气膜密封高度依赖转子的较高转速以建立气膜刚度。对于低转速且伴随明显径向偏摆的大型搅拌设备而言，由于转速过低，动压效应微弱，所形成的气膜刚度根本不足以抵抗主轴的偏摆位移冲击，极易发生气膜破裂与动静件的抱死摩擦。此外，在大型主轴的动环外圆上加工高精度的微米级收敛槽型，不仅工艺难度极大，且制造成本高昂。

5、综上所述，行业内亟需一种能够同时自适应旋转轴径向偏摆与轴向窜动、耐受高温工况、密封性能可靠，且能在不拆卸关联设备的前提下实现原位便捷更换的新型非接触式轴封技术，以切实提升大型设备轴端密封的运行可靠性与经济效益。

6、此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

1、针对现有技术之不足，本发明提供了一种剖分式充气轴封，以解决上述至少部分技术问题。

2、本发明公开了一种剖分式充气轴封，其包括：

3、支撑组件，其内部限定有环形容置空腔；

4、剖分端盖，容置于环形容置空腔内；

5、密封环，设置于剖分端盖内侧，密封环用于套设于旋转轴或轴套外周，且密封环的内孔壁与对应配合的旋转轴或轴套外表面之间形成密封通道；

6、其中，剖分端盖与密封环均为由两个半环拼合构成的剖分式结构；

7、轴封内部设置有密封气流道，密封气流道依次穿过支撑组件与剖分端盖，并经由开设于密封环上的进气孔连通至开设于密封环内孔壁的均压槽，以将密封气体导入密封通道内。

8、剖分端盖与密封环采用由两个半环拼合构成的剖分式结构，配合支撑组件限定的环形容置空腔，从机械拓扑上实现了易损件的原位径向分离与免拆卸更换，避免了传统整体式轴封在维护时需大规模拆卸关联设备的弊端；同时，通过密封气流道将外部气体经进气孔导入均压槽并在密封通道内建立气膜，改变了如对比文件cn214999395u中依赖多组密封圈与轴套直接物理摩擦接触的封堵逻辑，且相较于对比文件cn118442442a中高度依赖转子高速旋转产生流体动压效应的动压气膜密封，本方案利用外部导入的带压气体构建稳定的静压流体屏障，即使在大型设备低转速工况下也能提供充足且恒定的气膜刚度，从而切断介质泄漏路径并杜绝金属干摩擦抱死。进一步地，本发明利用外围节流孔板与内孔均压槽的配合形成流体动态响应机制。在稳定运转工况下，密封气体经孔板节流后在各独立均压槽内维持稳态静压；当转轴发生径向偏摆导致局部间隙缩减时，间隙变小侧的均压槽内流阻增大、静压被动积聚，而间隙变大侧的均压槽内加速释压。通过上述由微观间隙变化引发的局部静压动态调整，使密封环自发合成与偏摆方向一致的径向浮动力，克服了传统开孔结构在低速或瞬态偏摆时因气膜刚度不足引发的接触干摩擦风险。

9、根据一种优选实施方式，均压槽为沿密封环内孔壁周向非连续分布的多个扇形均压槽；相邻扇形均压槽之间形成有未开槽的实体圆弧面，以限定形成阻流台阶。

10、将均压槽配置为周向非连续分布的多个扇形均压槽，并利用未开槽的实体圆弧面限定形成阻流台阶，在微观流场上截断了密封气体在不同周向区域间的自由串流路径；当大型设备的旋转轴因震动或加工误差发生径向偏摆时，密封通道在偏心缩减侧的局部气流流失受阻、静压被动积聚升高，而对侧间隙增大导致流失加速、静压骤降，阻流台阶的存在使得这种微观物理压差得以维持，从而在密封环内孔壁面上自发合成一个与瞬时偏摆方向一致的径向净合力，直接驱动密封环进行径向自适应微调追踪，有效克服了传统环形均压槽在偏心状态下局部失压产生介质泄漏死角的固有物理缺陷。

11、根据一种优选实施方式，每个扇形均压槽与单个进气孔形成对应的连通关系，以将每个扇形均压槽限定为一个独立的流体扩散区域。

12、每个扇形均压槽与单个进气孔形成的对应连通关系，在流体传输管网中确立了绝对的拓扑隔离机制，将每个扇形均压槽严格界定为相互独立的流体稳压扩散区域；这种独立的网格化供气结构能够防止上游气流在节流后发生非预期的交叉混合或均压，确保各个扇形区域内部的气体静压变化完全受控于该区域对应密封通道间隙的微观尺寸波动，从而将偏摆状态下的区域压差响应灵敏度最大化，进一步闭环了抵抗径向偏摆的动力学自适应机制。

13、根据一种优选实施方式，密封环的外圆表面上沿轴向两侧分别沿周向间隔开设有多个阶梯状的孔板安装沉孔；两侧的孔板安装沉孔内分别嵌装有第一孔板与第二孔板；密封气流道内的密封气体经第一孔板和/或第二孔板节流后进入进气孔。

14、在密封环外圆表面开设阶梯状的孔板安装沉孔并嵌装孔板，通过物理镶嵌的方式将微观节流部件集成于流道中，避免了直接在密封环主体材料上钻取微米级细孔所带来的加工工艺壁垒与精度失真风险；高压密封气体在进入进气孔之前，必须经由第一孔板或第二孔板的标定孔径进行初级强制节流，不仅精准削减了外部气源的初始动能以防止流体高速冲蚀，更能通过替换不同内孔参数的孔板标准件，在无需更改整体支撑骨架的前提下，灵活标定输入密封通道的气体总压力与流量边界，具备极高的工况适配性。

15、根据一种优选实施方式，孔板安装沉孔内嵌装的第一孔板和/或第二孔板内部开设有孔板内孔，孔板内孔的出口端直接连通进气孔；孔板内孔的入口端孔径小于进气孔的孔径。

16、孔板内孔的入口端孔径小于进气孔的孔径尺寸配置，在局部微观流道内人为构筑了截面积突扩的节流降压模型；当高速密封气流穿过狭窄的孔板内孔射入较宽的进气孔时，流体动能发生急剧耗散，孔口流速被强制抑制，静压得以快速恢复并趋于稳定，该突扩物理机制彻底消除了高速气流直射导致的紊流冲刷效应，保证气体以平稳的近层流状态经进气孔注入均压槽，为密封通道内连续、均匀物理气膜的铺展提供了坚实的流体力学基础。

17、根据一种优选实施方式，剖分端盖的内侧限定有端盖内圆弧面，密封环的外侧限定有密封环外圆弧面，端盖内圆弧面与密封环外圆弧面呈同心配置配合；在静态装配状态下，端盖内圆弧面与密封环外圆弧面之间预留有圆弧浮动间隙。

18、剖分端盖的内侧与密封环的外侧呈同心配置的圆弧面配合，并在静态装配下预留出圆弧浮动间隙，在机械物理边界上实现了外部基础支撑构件与内部核心浮动部件的几何解耦；该空间余量不仅能够全额吸收高温工况下不同材质零件因热膨胀系数差异产生的非比例膨胀形变，防止热应力累积导致部件相互挤压抱死，更为密封环在受到前述流体力学径向浮动力驱动时，提供了一条无刚性干涉的径向平移让位轨迹，是实现径向动力学自适应追踪的空间物理前提。

19、根据一种优选实施方式，剖分端盖与密封环的台阶处限定形成弹性支撑槽；弹性支撑槽内嵌装有大气侧o型圈与介质侧o型圈；大气侧o型圈与介质侧o型圈向密封环施加复位回弹力，并在产生极限轴向行程时由剖分端盖与密封环相接触的台阶端面共同提供轴向刚性限位。

20、弹性支撑槽内嵌装的大气侧o型圈与介质侧o型圈，在提供常规静密封隔离边界的同时，构建了动静力学转换的柔性缓冲枢纽；当密封环受到异常轴向力（如对比文件cn217328456u中极易导致机械密封结构失效的主轴剧烈窜动）发生微小轴向位移时，o型圈的弹性形变吸收冲击动能并向部件释放复位回弹力；若极端外力超过弹性阈值迫使密封环继续移动，剖分端盖与密封环相接触的台阶端面的直接物理接触将瞬间接管约束边界，提供轴向刚性限位，这种“先柔后刚”的多级抗轴窜位移防御机制，避免了高温柔性密封件受过度挤压而损毁。

21、根据一种优选实施方式，支撑组件的连接盘上开设有内部预留有径向浮动间隙的销槽，剖分端盖配合有端盖防转销，端盖防转销伸入并配合于销槽内；剖分端盖上开设有端盖沉孔，剖分端盖上固定有密封环防转螺钉且其头部容置于端盖沉孔内；密封环上开设有防转避让孔，密封环防转螺钉的端部伸入防转避让孔内以防止密封环发生相对旋转，且防转避让孔内壁与密封环防转螺钉的头部之间留有冗余间隙。

22、在防转组件中引入包含冗余间隙的销槽与防转避让孔，从力学本源上剥离了防转结构对部件径向浮动所附加的机械摩擦阻尼；在实际浮动响应中，剖分端盖上的端盖防转销，以及固定于剖分端盖且其端部伸入密封环防转避让孔内的密封环防转螺钉，由于预留了充分的物理空间避让余量，不与孔槽内壁发生强烈的面接触或刚性挤压干涉，确保密封环与剖分端盖作为一个整体在执行径向自适应平移时，防转组件处于无接触悬浮或极低摩擦的点线接触状态，保障了密封环对微小径向偏摆受力响应的即时性与灵敏度。

23、根据一种优选实施方式，密封环的剖分结合面上开设有密封环定位孔与密封环紧固孔，密封环通过配合于密封环定位孔内的密封环定位销进行定位，并通过配合于密封环紧固孔内的密封环锁紧螺钉以及密封环弹簧垫圈锁紧为整体环；剖分端盖的剖分结合面上开设有剖分端盖定位孔与剖分端盖紧固孔，剖分端盖通过配合于剖分端盖定位孔内的端盖定位销实现定位，并通过配合于剖分端盖紧固孔内的端盖锁紧螺钉以及端盖弹簧垫圈固定成整体圆环。

24、密封环与剖分端盖各自的剖分结合面上采用一级孔销定位与二级螺钉弹垫紧固的约束链，通过机械强制手段将物理分离的两个半环重新重构为具备高度形位公差的一体化圆柱构件；密封环定位销与端盖定位销提供高精度的剪切抗力，消除了半环拼接时的径向与轴向微观错位，使得经镜面处理的剖分结合面达到严密无缝贴合的界限状态，进而切断了高压气体沿剖分缝隙发生微观泄漏的路径；配合紧固件施加的持续预紧力，有效抵御了设备振动与热循环工况引发的预紧力衰退或结合面错位。

25、根据一种优选实施方式，支撑组件包括沿轴向拼合的连接盘与压盖；连接盘的端部用于沿轴向插入设备腔体的安装阶梯孔中；密封气流道起始于压盖外径处开设的密封气进气口，并经由引导密封气流向密封环外周的剖分端盖径向通孔连通至内部。

26、连接盘沿轴向插入设备腔体的安装阶梯孔中，直接利用设备主机原有的几何刚性特征作为安装定位与承载基准，将悬臂总成载荷转移至坚固的设备外壳体，大幅降低了悬空装配偏心与外部螺栓剪切疲劳失效的风险；压盖与连接盘沿轴向拼合并独立承担密封气进气口及内部剖分端盖径向通孔的流体传输引导功能，将外部气源管路的物理应力与流体激振力隔绝在外部支撑骨架上，避免了管道应力向内部精密浮动密封环的传导破坏，确保了微米级气膜间隙在复杂工业现场环境下的长期稳定运转。