一种仿十字型槽的干气密封结构

1.本实用新型涉及流体动密封领域，具体涉及一种仿十字型槽的干气密封结构。


背景技术：

2.在流体密封领域，各种机械装备朝着高转速和高压的方向发展，旋转机械的轴端密封问题越来越凸显其重要性。传统的迷宫密封、刷式密封等密封方式难以适用于高温、高压、高转速的场合。作为一种非接触式密封，干气密封有着泄漏量低、磨损小、寿命长等显著优势，成为旋转机械轴端密封的最佳选择。但是在实际运行过程中，对于单向槽型而言，由于特定的旋向和较少的槽根处，使得干气密封在机械设备启停阶段会存在动压开启效应不强、端面温度过高、泄漏量大、槽型复杂导致加工困难等缺点。同时，干气密封进行工作的时候，槽深、槽数、槽宽比和槽型对端面干气密封系统的转速、压强、气膜厚度会产生影响。因此，如何在不同工况下保证整个密封系统的稳定运行，拓宽非接触式干气密封的应用范围是一个需要解决的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种仿十字型槽的干气密封结构，以解决现有技术中干气密封结构的开启力不足，气动性能有待提高等问题，实现提高干气密封的气动性能、提升开启能力且便于加工等目的。
4.本实用新型通过下述技术方案实现：
5.一种仿十字型槽的干气密封结构，包括动环、静环，在动环密封端面上沿周向均匀分布若干动压槽，所述动压槽包括相互交叉且连通的直线槽、弧形槽，所述直线槽在动环密封端面的高压侧开口；
6.在动环密封端面上，所述直线槽的轴线过动环密封端面的圆心，所述弧形槽沿直线槽的轴线呈轴对称状。
7.针对现有技术中干气密封结构的开启力不足，气动性能有待提高等问题，本实用新型提出一种仿十字型槽的干气密封结构，其中动环、静环为干气密封的现有技术，本领域技术人员应当知晓，密封端面沿径向具有高压侧和低压槽，动压槽在动环密封端面的高压侧开口，便于流体从高压侧进入。本技术中的动压槽包括直线槽、弧形槽，直线槽和弧形槽相互交叉且连通，构成近似十字形的组合式槽型结构，其中以直线槽在动环密封端面的高压侧作为动压槽的开口处。本技术中，直线槽顾名思义呈直线分布，其在动环密封端面上的投影的长轴，过动环密封端面的圆心，即是直线槽的长度方向沿动环径向进行延伸；弧形槽顾名思义呈弧形分布，其在动环密封端面上的投影为轴对称图形，且该轴对称图形的对称轴为直线槽的长轴。通过以上的槽型设置，可使得本技术满足双向旋转的需求、适用于正向或反向旋转的工况使用，具有更大的适用范围。本技术通过对动压槽的槽型优化，能够在动环密封端面上形成多个高压区，增强了动压效应，提升了开启力，并且由于弧形槽的存在还有利于提高干气密封的散热效果。此外，本技术相比于现有的双向干气密封结构中复杂的
槽型而言，由于槽型简单，因此还具有易于加工，扩展性好的优势。
8.进一步的，所述弧形槽与动环密封端面同心，所有弧形槽等径。本方案中，限定弧形槽为与动环密封端面同心的圆弧状，即是使得弧形槽沿动环密封端面周向进行延伸，能够有利于使得气流流向与动环转动方向配合，保证有效提供开启力；同时所有的弧形槽等径，是指各弧形槽的内外径均相等，以保证本技术干气密封结构工作时压力的均匀分布。
9.进一步的，所有弧形槽依次连通至圆环状。本方案中，各动压槽中的弧形槽依次连通，共同组成一个首尾相接的圆环形槽体，此种设置可以使得干气密封的所有高压区相互贯通，显著增强了动压效应，提升了开启力，并且显著提高端面气膜密封的散热效果。
10.进一步的，所述直线槽与弧形槽等深。
11.进一步的，所述直线槽的轴向长度等于n倍弧形槽弦长，其中n取2～4。如弧形槽所对应的弦长为a，那么直线槽沿自身轴向的长度(即沿动环密封端面径向的长度)即为2a～4a。
12.进一步的，在动环密封端面上，所述弧形槽至低压侧之间的区域为密封坝，所述密封坝上设置若干微织构。密封坝为本领域惯用术语，本领域技术人员均应当理解。本方案在密封坝上设置若干微织构，微织构的存在增强了气流扰动，可以进一步增强动压效应。此外，由于微织构增强气体扰动，破坏了边界层，因此还增强了换热，为密封端面提供了更佳的散热效果；并且，微织构还可以吸附密封工质的杂质，降低密封端面的磨损风险，有利于干气密封的安全运行。
13.进一步的，若干微织构在密封坝上环形均布。用于保证压力和温度分布的稳定性和均匀性。
14.进一步的，所述微织构呈圆形、椭圆形、三角形、方形或棱形。微织构在动环密封端面上的投影可呈以上任意形状。
15.进一步的，所述微织构在动环密封端面上的投影呈椭圆形，所述椭圆形的短轴过动环密封端面的圆心。
16.进一步的，所述椭圆形的长轴长度:短轴长度＝3:2；所述动压槽的槽深:椭圆形的焦点间距＝1～2。其中椭圆形的焦点间距，是指在动环密封端面上，椭圆两个焦点之间的直线距离。
17.本技术中，动压槽的个数和具体尺寸可根据动环内外径的大小灵活调整，微织构的形式、排布方式、尺寸和数量等也可以根据具体工况需要进行灵活设置，因此适用于多种工况和结构，有利于大面积的推广拓展。
18.本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
19.1、本实用新型一种仿十字型槽的干气密封结构，能够满足双向旋转的需求、适用于正向或反向旋转的工况使用，具有更大的适用范围，且相较于现有的双向干气密封结构中复杂的槽型而言，还具有易于加工，扩展性好的优势。
20.2、本实用新型一种仿十字型槽的干气密封结构，在密封端面上形成了多个高压区，且多个高压区可贯通，显著增强了动压效应，提升了开启力，而且有益于端面气膜密封的散热。
21.3、本实用新型一种仿十字型槽的干气密封结构，通过微织构增强气体扰动，破坏了边界层，增强了换热，使得密封端面温度更低；微织构还可以吸附密封工质的杂质，降低
密封端面的磨损风险，有利于干气密封的安全运行。
附图说明
22.此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
23.图1为本实用新型具体实施例的结构示意图；
24.图2为本实用新型具体实施例中动环的结构示意图；
25.图3为本实用新型具体实施例中动环的局部结构示意图。
26.附图中标记及对应的零部件名称：
27.1-动环，2-静环，3-直线槽，4-弧形槽，5-密封坝，6-微织构。
具体实施方式
28.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。
29.实施例1：
30.如图1至图3所示的一种仿十字型槽的干气密封结构，包括动环1、静环2，在动环密封端面上沿周向均匀分布若干动压槽，所述动压槽包括相互交叉且连通的直线槽3、弧形槽4，所述直线槽3在动环密封端面的高压侧开口；
31.其中在动环密封端面上，所述直线槽3的轴线过动环密封端面的圆心，所述弧形槽4沿直线槽3的轴线呈轴对称状。
32.如图1至图3所示，本实施例中各弧形槽4均与动环密封端面同心，且所有弧形槽4等径，各所有弧形槽4依次连通至一个完整的圆环状。
33.本实施例中，高压侧位于动环1、静环2的外径侧，低压侧位于动环1、静环2的内径侧。
34.本实施例通过直线槽3和弧形槽4组成的仿十字槽型，有利于改善高速旋转的干气密封流动特性，降低流场扰流效应，提高运行的稳定性。仿十字型槽在实际运行时可实现流体在槽区被持续性加压，提高密封的气动性能，避免了因气膜开启力不充分而引起的密封环无法完全打开甚至密封环碰磨失效的问题。
35.在更为优选的实施方式中，动压槽整体为等深槽。
36.在更为优选的实施方式中，所述直线槽3的轴向长度等于n倍弧形槽4弦长，其中n取2～4。
37.在更为优选的实施方式中，动压槽的个数为4～24，且取偶数个。
38.在更为优选的实施方式中，动压槽的槽深为1～5μm。
39.此外，本领域技术人员还应当理解，相邻两个动压槽之间的非开槽区域为密封堰。
40.实施例2：
41.一种仿十字型槽的干气密封结构，在实施例1的基础上，在动环密封端面上，所述弧形槽4至低压侧之间的区域为密封坝5，所述密封坝5上设置若干微织构6。
42.本实施例中所述微织构6在动环密封端面上的投影呈椭圆形，所述椭圆形的短轴过动环密封端面的圆心。
43.本实施例中椭圆形微织构的部分尺寸参数如下：椭圆长轴:椭圆短轴＝3:2；动压槽槽深:椭圆焦点间距＝1～2。
44.此外，微织构6还可以呈圆形、三角形、方形或棱形等。
45.本实施例中的微织构为等深的微孔，在密封坝上沿圆周阵列分布，微织构能够增强气体扰动，破坏边界层，增强换热，使得密封端面温度降低。此外，微织构的存在还可以吸附密封工质的杂质，降低密封端面损坏的风险，有利于密封的安全运行。
46.在更为优选的实施方式中，除上述记载的规则形状外，微织构的形状还可呈异形结构如泪滴形等本领域技术人员能够进行替换的任意形状。
47.以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
48.需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体，意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以是经由其他部件间接相连。