[实用新型]一种气体润滑集束螺旋槽端面机械密封结构

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种旋转式流体机械的气体端面机械密封结构，特别涉及一种气体润滑集束螺旋槽端面机械密封结构，可用于各种离心压缩机、膨胀机、泵、反应釜等旋转机械的轴端密封。

背景技术：

干气密封以其独特的优越性在各种中高速旋转机械上得到了广泛应用，如离心压缩机、膨胀机、风机等。干气密封是通过在密封端面上开设各种流体动静压型槽，当动环旋转时，利用型槽的动静压效应将气体介质泵入密封端面，进入端面的流体介质在型槽根部流动受阻因此产生一定的开启力并推开端面，从而实现动静环的非接触运行，其中目前使用最广泛的端面型槽为螺旋槽。螺旋槽及其衍生型槽气体端面密封的报道有很多，如中国专利20154747236U和96216242.6，欧洲专利EP0470406A1、EP0564153A1等，特别是双螺旋角三维螺旋槽端面密封，其流体膜刚度和可靠性相较于普通的等深、等螺旋角的二维螺旋槽端面密封优势明显。但是，这些螺旋槽及其衍生型槽干气密封仍然存在着低速启停特性不佳，高速运行时气膜刚度不够大，泄漏率超标等不足，导致干气密封在高速旋转机械上使用过程中出现难以快速开启、高速运行稳定性和密封性不佳，密封端面容易产生接触磨损等问题，难以满足高速等高参数条件下机械密封的运行要求。

发明内容：

为了克服干气密封已有技术中存在的上述不足，本实用新型借鉴高速飞行鸟类翼翅的收敛构形及鸟翼前缘小翼羽结构的优异特性，提供了一种在低压高速或高压高速工况下端面流体动压效应强、气膜刚度大、密封性良好且低速启停特性较好的集束螺旋槽端面机械密封结构。

本实用新型的技术方案是：

一种气体润滑集束螺旋槽端面机械密封结构，它包括机械密封的动环和静环，所述动环和静环端面的一侧为高压侧即上游，所述动环和静环端面的另一侧为低压侧即下游，所述动环或静环中至少一个密封环的端面上设有多个沿端面圆周对称分布的集束螺旋槽，所述集束螺旋槽由多个螺旋角不等的微小型螺旋槽沿端面周向组合而成，且位于同一集束螺旋槽中的各微小型螺旋槽在高压侧由不开槽的密封堰隔断，在低压侧其槽根相互叠加贯通为一体，所述集束螺旋槽的下游设有密封坝。

进一步，所述同一集束螺旋槽中微小型螺旋槽的个数N_w的选值范围为：2≤N_w≤20，优选值范围为3≤N_w≤8；

所述集束螺旋槽中单个微小型螺旋槽在外径r_o处的圆弧夹角θ₁与同一集束螺旋槽中高压侧相邻两个微小型螺旋槽之间的密封堰在外径r_o处的圆弧夹角θ₂之比θ₁/θ₂的选值范围为θ₁/θ₂＝0.1～1.0，优选值范围为θ₁/θ₂＝0.3～0.6；

所述同一集束螺旋槽中各微小型螺旋槽的螺旋角顺着转速方向逐渐减小，即满足β_n<β_i(1<i<N_w)<β₁，其中β₁为顺转速方向第一个微小型螺旋槽的螺旋角，β_n为顺转速方向最后一个微小型螺旋槽的螺旋角，β_i为中间任意微小型螺旋槽的螺旋角；

所述集束螺旋槽的径向开槽宽度l₁＝(r_o-r_g)与下游密封坝的径向宽度l₂＝(r_g-r_i)之比l₁/l₂的选值范围为l₁/l₂＝0.2～4，优选值范围为l₁/l₂＝0.5～1.5；

所述集束螺旋槽的槽深选值范围为0.1～30μm，优选值范围为2～10μm，且所述同一集束螺旋槽中各微小型螺旋槽在相同半径处的深度逆着转速方向逐渐变浅。本实用新型的工作原理是：