本實用新型涉及一種發(fā)散型密封間隙的泵入式干氣密封結(jié)構(gòu)，屬于機械密封技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

干氣密封采用氣體潤滑技術(shù)，在密封環(huán)端面上開有流體動壓槽，當(dāng)潤滑氣體從密封環(huán)端面外側(cè)流入動壓槽時，兩相對旋轉(zhuǎn)的密封環(huán)之間會形成一層極薄的氣膜，其厚度為微米級，端面間隙內(nèi)能產(chǎn)生動壓效應(yīng)，可以實現(xiàn)被密封介質(zhì)的零泄漏，同時可以極大改善機械密封環(huán)間的潤滑狀況。

應(yīng)用于泵、壓縮機等領(lǐng)域的傳統(tǒng)干氣密封結(jié)構(gòu)形式大多為一對相對旋轉(zhuǎn)的平行密封端面，由于干氣密封工作時端面氣膜厚度僅為1-10微米，在干氣密封的運轉(zhuǎn)過程中，氣膜的黏性剪切現(xiàn)象會比較顯著，而且遍布密封間隙內(nèi)的整個流場，由此會產(chǎn)生較大的熱量。雖然泵入式干氣密封的密封氣體在密封壩區(qū)的流動是一個降壓膨脹、吸收熱量的過程，但是總體而言黏性剪切效應(yīng)產(chǎn)生的熱量大于降壓膨脹吸收的熱量。從溫度的角度而言，密封氣體從密封環(huán)外徑流向內(nèi)徑時，其溫度會升高，可能會引起密封環(huán)的熱變形，影響密封的穩(wěn)定性。因此如何有效降低干氣密封流場的溫度是干氣密封應(yīng)用的一個關(guān)鍵問題。關(guān)于干氣密封的現(xiàn)有技術(shù)大多集中于改變端面型槽類型和其分布方式（如CN 201320086592.4和CN 201010583081.4等），改變端面壩區(qū)結(jié)構(gòu)的技術(shù)還很少，雖然有學(xué)者提出在密封環(huán)端面上周期性的加工三維非對稱波度形貌（CN 201120364176.7）來提高干氣密封的抗壓能力，但該波度形貌位于密封環(huán)外側(cè)，壩區(qū)平滑無槽，沿徑向形成收斂間隙，根據(jù)熱力過程方程，在干氣密封的運轉(zhuǎn)過程中可能存在氣膜流場溫升過高的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種發(fā)散型密封間隙的泵入式干氣密封結(jié)構(gòu)。根據(jù)氣體動力學(xué)理論和熱力過程方程，將干氣密封的密封間隙設(shè)計成漸擴式出口，使密封氣體在從密封環(huán)外徑流向內(nèi)徑的降壓膨脹過程更為顯著，即在一定程度上犧牲開啟力和泄漏量，減小干氣密封的熱量平衡氣膜厚度，達到減小干氣密封運轉(zhuǎn)時氣膜因黏性剪切產(chǎn)生的熱量，增大氣體因膨脹而吸收的熱量等目的，最終實現(xiàn)降低干氣密封運轉(zhuǎn)時端面的氣膜溫度、減小密封環(huán)的熱變形、提高干氣密封運轉(zhuǎn)時的穩(wěn)定性。

本實用新型的技術(shù)方案是：

一種發(fā)散型密封間隙的泵入式干氣密封結(jié)構(gòu)，包括兩個密封環(huán)，即靜環(huán)1和動環(huán)3，在動環(huán)3或靜環(huán)1的端面外徑側(cè)等間距開有型槽，氣體沿徑向從外徑側(cè)向內(nèi)徑側(cè)流動；型槽類型包含目前應(yīng)用于干氣機械密封環(huán)上的所有槽型，其中以螺旋槽、T型槽和直線槽為主要代表（同一密封結(jié)構(gòu)的密封環(huán)端面上的型槽類型一致）；

優(yōu)選地，在動環(huán)3或靜環(huán)1的端面外徑側(cè)等間距開有螺旋槽，螺旋槽的螺旋角為10°-20°，槽深為5-10μm，螺旋槽區(qū)與相鄰臺區(qū)（未開槽區(qū)域）的外圓周長度比為1-1.2，槽數(shù)為10-20個；

密封環(huán)端面未開槽區(qū)域為壩區(qū)5，在壩區(qū)5靠內(nèi)徑處設(shè)置為斜面4，斜面4起始處至密封環(huán)端面圓心的距離=（1.09~1.15）×密封環(huán)內(nèi)徑，使兩個密封環(huán)之間沿氣體徑向流動方向形成漸擴式腔體2，漸擴式腔體2開口于密封環(huán)內(nèi)徑；斜面4表面為非平面形式，可以是錐面，或軸面投影為圓弧、橢圓線或其它任意曲線的曲面，斜面4在軸面投影上與內(nèi)徑邊緣的交點處的切線與軸線形成夾角θ，θ為89°-89.999°；

斜面4可僅設(shè)置在動環(huán)3和靜環(huán)1其中任意一個的端面，也可將動環(huán)3和靜環(huán)1的端面同時都設(shè)有斜面4；當(dāng)動環(huán)3和靜環(huán)1的端面同時都設(shè)有斜面4時，斜面4在動、靜環(huán)端面上的起始位置需相對應(yīng)，形成的夾角θ也相同。

本實用新型的有益效果是：

本實用新型在密封環(huán)端面靠內(nèi)徑處加工有漸擴式腔體結(jié)構(gòu)，使干氣密封間隙在潤滑氣體的流動方向上呈發(fā)散型，以犧牲開啟力為代價，降低干氣密封運轉(zhuǎn)時氣膜的溫度。以外徑為77.78mm，內(nèi)徑為58.42mm，槽根半徑為69mm，轉(zhuǎn)速為1087.08rad/s，進口壓力為4.5852MPa，出口壓力為0.1013MPa，槽深為5μm的平行間隙泵入式螺旋槽干氣密封結(jié)構(gòu)，與相同參數(shù)下具有漸擴式腔體結(jié)構(gòu)（斜面起始處至密封環(huán)端面圓心的距離r₁=1.09×密封環(huán)內(nèi)徑r_i，斜面在軸面投影上與內(nèi)徑邊緣的交點處的切線與軸線形成夾角θ為89.97°）的本實用新型所述的泵入式干氣密封結(jié)構(gòu)作比較，結(jié)果為，本實用新型所述的泵入式干氣密封結(jié)構(gòu)熱量平衡膜厚減小了9.1%；再以平衡膜厚=3.5μm為例，由氣膜黏性剪切產(chǎn)生的熱量減小了6.4%，氣膜因降壓膨脹吸收的熱量增大了28.8%。

附圖說明

圖1為實施例1所述泵入式干氣密封結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1A-A剖面圖；

圖3為實施例2所述泵入式干氣密封結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3A-A剖面圖；

圖5為實施例3所述泵入式干氣密封結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為圖5A-A剖面圖；

圖7為實施例4所述泵入式干氣密封結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為圖7A-A剖面圖；

圖9為實施例5所述泵入式干氣密封結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為圖9A-A剖面圖；

圖11為實施例6所述泵入式干氣密封結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為圖11A-A剖面圖

圖中：1-靜環(huán)，2-漸擴式腔體，3-動環(huán)，4-斜面，5-壩區(qū)，r₁-斜面4起始處至密封環(huán)端面圓心的距離，r_i-密封環(huán)內(nèi)徑。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明，但本實用新型的內(nèi)容并不限于所述范圍。

實施例1

如圖1和圖2所示，一種發(fā)散型密封間隙的泵入式干氣密封結(jié)構(gòu)，包括兩個密封環(huán)，即靜環(huán)1和動環(huán)3，在動環(huán)3的端面外徑側(cè)等間距開有12個螺旋槽，螺旋槽的螺旋角為15°，槽深為5μm，螺旋槽區(qū)與相鄰臺區(qū)（未開槽區(qū)域）的外圓周長度比為1；氣體沿徑向從外徑側(cè)向內(nèi)徑側(cè)流動；

密封環(huán)端面未開槽區(qū)域為壩區(qū)5，在動環(huán)3的壩區(qū)5靠內(nèi)徑處設(shè)置為斜面4，斜面4起始處至密封環(huán)端面圓心的距離r₁=1.09×密封環(huán)內(nèi)徑r_i，使兩個密封環(huán)之間沿氣體徑向流動方向形成漸擴式腔體2，漸擴式腔體2開口于密封環(huán)內(nèi)徑；斜面4為錐面，其在軸面投影上與內(nèi)徑邊緣的交點處的切線與軸線形成的夾角θ為89.997°。

實施例2

如圖3和圖4所示，一種發(fā)散型密封間隙的泵入式干氣密封結(jié)構(gòu)，包括靜環(huán)1和動環(huán)3，在靜環(huán)1的端面外徑側(cè)等間距開有16個螺旋槽，螺旋槽的螺旋角為20°，槽深為10μm，螺旋槽區(qū)與相鄰臺區(qū)的外圓周長度比為1.2；氣體沿徑向從外徑側(cè)向內(nèi)徑側(cè)流動；

密封環(huán)端面未開槽區(qū)域為壩區(qū)5，在動環(huán)3的壩區(qū)5靠內(nèi)徑處設(shè)置為斜面4，斜面4起始處至密封環(huán)端面圓心的距離r₁=1.1×密封環(huán)內(nèi)徑r_i，使兩個密封環(huán)之間沿氣體徑向流動方向形成漸擴式腔體2，漸擴式腔體2開口于密封環(huán)內(nèi)徑；斜面4為軸面投影為圓弧的曲面，其在軸面投影上與內(nèi)徑邊緣的交點處的切線與軸線形成的夾角θ為89.8°。

實施例3

如圖5和圖6所示，一種發(fā)散型密封間隙的泵入式干氣密封結(jié)構(gòu)，包括靜環(huán)1和動環(huán)3，在動環(huán)3的端面外徑側(cè)等間距開有T型槽，氣體沿徑向從外徑側(cè)向內(nèi)徑側(cè)流動；

密封環(huán)端面未開槽區(qū)域為壩區(qū)5，在靜環(huán)1的壩區(qū)5靠內(nèi)徑處設(shè)置為斜面4，斜面4起始處至密封環(huán)端面圓心的距離r₁=1.12×密封環(huán)內(nèi)徑r_i，使兩個密封環(huán)之間沿氣體徑向流動方向形成漸擴式腔體2，漸擴式腔體2開口于密封環(huán)內(nèi)徑；斜面4為軸面投影為橢圓線的曲面，其在軸面投影上與內(nèi)徑邊緣的交點處的切線與軸線形成的夾角θ為89.7°。

實施例4

如圖7和圖8所示，一種發(fā)散型密封間隙的泵入式干氣密封結(jié)構(gòu)，包括靜環(huán)1和動環(huán)3，在靜環(huán)1的端面外徑側(cè)等間距開有T型槽，氣體沿徑向從外徑側(cè)向內(nèi)徑側(cè)流動；

密封環(huán)端面未開槽區(qū)域為壩區(qū)5，在靜環(huán)1的壩區(qū)5靠內(nèi)徑處設(shè)置為斜面4，斜面4起始處至密封環(huán)端面圓心的距離r₁=1.13×密封環(huán)內(nèi)徑r_i，使兩個密封環(huán)之間沿氣體徑向流動方向形成漸擴式腔體2，漸擴式腔體2開口于密封環(huán)內(nèi)徑；斜面4為軸面投影為不規(guī)則曲線的曲面，其在軸面投影上與內(nèi)徑邊緣的交點處的切線與軸線形成的夾角θ為89.5°。

實施例5

如圖9和圖10所示，一種發(fā)散型密封間隙的泵入式干氣密封結(jié)構(gòu)，包括靜環(huán)1和動環(huán)3，在靜環(huán)1的端面外徑側(cè)等間距開有直線槽，氣體沿徑向從外徑側(cè)向內(nèi)徑側(cè)流動；

密封環(huán)端面未開槽區(qū)域為壩區(qū)5，在靜環(huán)1和動環(huán)3的壩區(qū)5靠內(nèi)徑處相對應(yīng)的位置均設(shè)置為斜面4，斜面4起始處至密封環(huán)端面圓心的距離r₁=1.14×密封環(huán)內(nèi)徑r_i，使兩個密封環(huán)之間沿氣體徑向流動方向形成漸擴式腔體2，漸擴式腔體2開口于密封環(huán)內(nèi)徑；兩個斜面4均為錐面，其在軸面投影上與內(nèi)徑邊緣的交點處的切線與軸線形成的夾角θ均為89.3°。

實施例6

如圖11和圖12所示，一種發(fā)散型密封間隙的泵入式干氣密封結(jié)構(gòu)，包括靜環(huán)1和動環(huán)3，在動環(huán)3的端面外徑側(cè)等間距開有直線槽，氣體沿徑向從外徑側(cè)向內(nèi)徑側(cè)流動；

密封環(huán)端面未開槽區(qū)域為壩區(qū)5，在靜環(huán)1和動環(huán)3的壩區(qū)5靠內(nèi)徑處相對應(yīng)的位置均設(shè)置為斜面4，斜面4起始處至密封環(huán)端面圓心的距離r₁=1.15×密封環(huán)內(nèi)徑r_i，使兩個密封環(huán)之間沿氣體徑向流動方向形成漸擴式腔體2，漸擴式腔體2開口于密封環(huán)內(nèi)徑；靜環(huán)1上的斜面為軸面投影為圓弧的曲面，動環(huán)3上的斜面為軸面投影為橢圓線的曲面，兩個斜面在軸面投影上與內(nèi)徑邊緣的交點處的切線與軸線形成的夾角θ均為89.01°。