一種波箔型箔片端面氣膜密封結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利說明】
(-)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械端面密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種波箔型箔片端面氣膜密封結(jié)構(gòu)，特別適用于各種高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸的軸端密封裝置。
(二)
【背景技術(shù)】
[0002]端面氣膜密封又稱干氣密封，是一種新型的機(jī)械密封形式，目前干氣密封以其低泄漏、低功耗、長壽命等顯著的性能優(yōu)勢在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸端密封上獲得廣泛應(yīng)用，如壓縮機(jī)、泵、反應(yīng)釜及風(fēng)機(jī)等軸端密封。隨著石化行業(yè)與航天航空的快速發(fā)展，要求干氣密封向高參數(shù)(如高速、高溫、高壓等)發(fā)展，且具有更高的穩(wěn)定性和可靠性以及更長的使用壽命。然而在高轉(zhuǎn)速或變工況條件下，普通干氣密封很容易發(fā)生失穩(wěn)，在高介質(zhì)溫度工況下，干氣密封端面變形嚴(yán)重，易導(dǎo)致干氣密封端面動(dòng)壓槽磨損而發(fā)生干摩擦，這些情況都容易造成干氣密封的失效，嚴(yán)重甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)機(jī)組發(fā)生不可修復(fù)的破壞，從而引發(fā)嚴(yán)重事故。
[0003]針對(duì)上述問題，研宄者們提出自適應(yīng)可控機(jī)械密封的概念，然而目前國內(nèi)這方面的研宄主要集中在根據(jù)膜厚、端面溫度等反饋信號(hào)，通過一定的執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整控制端面膜厚、密封相態(tài)及端面比壓等上，而對(duì)從結(jié)構(gòu)方面來提高機(jī)械密封的自適應(yīng)能力的研宄甚少。
[0004]箔片結(jié)構(gòu)作為一種自適應(yīng)結(jié)構(gòu)早在1928年就出現(xiàn)在徑向軸承的設(shè)計(jì)中，由于箔片軸承具有動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性高、耐高溫、耐沖擊振動(dòng)且對(duì)轉(zhuǎn)子同心度要求低等優(yōu)點(diǎn)而快速發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用，相對(duì)箔片徑向軸承，箔片止推軸承出現(xiàn)較晚，直到20世紀(jì)70年代才陸續(xù)出現(xiàn)幾種箔片止推軸承，包括螺旋槽型、管支承型、懸臂型、波箔型等，目前懸臂型與波箔型推力軸承應(yīng)用最廣，在航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)、透平膨脹機(jī)、渦輪增壓器、渦輪制冷器、高速離心泵、高速風(fēng)機(jī)等高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械中均有應(yīng)用，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
[0005]借鑒箔片推力軸承相關(guān)原理，在國外已提出動(dòng)壓型箔片端面密封的概念，并已出現(xiàn)相關(guān)報(bào)導(dǎo)，如美國專利US0207158 “Hydrodynamic foil face seal”，盡管該專利所設(shè)計(jì)的密封結(jié)構(gòu)具有一定的自適應(yīng)能力，能有效提高干氣密封高速運(yùn)行穩(wěn)定性，但泄漏率很難控制，且要進(jìn)一步提高干氣密封應(yīng)對(duì)變工況條件下的自適應(yīng)能力還有待進(jìn)一步研宄，這也極大的限制了箔片端面密封的推廣應(yīng)用。
(三)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要克服現(xiàn)有干氣密封與現(xiàn)有箔片端面密封的缺陷或不足，提供一種高速動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性好、泄漏率低，支承剛度大的波箔型箔片端面氣膜密封結(jié)構(gòu)。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0008]一種波箔型箔片端面氣膜密封結(jié)構(gòu)，包括氣膜密封的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)；其特征在于:
[0009]所述動(dòng)環(huán)或靜環(huán)中至少一個(gè)密封環(huán)的密封端面是波箔型箔片端面，所述的波箔型箔片端面包括圓環(huán)狀的環(huán)本體、平箔片、波箔片，環(huán)本體外側(cè)低下、形成圓形凹面，環(huán)本體內(nèi)側(cè)高起、形成圓環(huán)臺(tái)階，所述圓環(huán)臺(tái)階的上表面形成密封壩；
[0010]若干個(gè)波箔片首尾相接地鋪設(shè)在所述的密封壩與環(huán)本體的高壓側(cè)之間，所述的波箔片呈波浪狀，每個(gè)波箔片的上面都蓋有一個(gè)平箔片；所述的平箔片和波箔片都是一端固定，另一端自由，所述的平箔片和波箔片從固定端到自由端沿圓周方向被分割為若干小塊，所述的平箔片和波箔片的固定端到自由端的圓周方向均與氣流的周向方向一致；
[0011]所述平箔片固定端的上表面低于密封壩，所述平箔片自由端的上表面高出密封壩；
[0012]在所述的環(huán)本體上與所述的平箔片和波箔片的固定端對(duì)應(yīng)的位置開有垂直于環(huán)本體端面的縫隙，所述的縫隙連通一個(gè)安裝腔；所述的平箔片和波箔片的固定端的延伸段均插入所述的縫隙；釘緊螺釘通過定位塊將所述的平箔片和波箔片的固定端的延伸段壓緊在在所述的安裝腔的頂部。
[0013]進(jìn)一步，所述平箔塊固定端上表面低于密封壩1.1?10 μπι，優(yōu)化范圍為3?8 μ m，所述平箔塊自由端上表面高于密封壩0.1?10 μ m，優(yōu)化范圍為0.5?3.5 μ m。
[0014]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0015]本發(fā)明提供的波箔型箔片端面氣膜密封結(jié)構(gòu)，采用了波箔片作為彈性支承，通過分割平箔片與所分割的波箔片對(duì)應(yīng)形成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的作用單元，從而減小溫度分布不勻引起的熱變形，并使之具有更佳的自適應(yīng)能力，通過控制波箔片上各波箔塊的結(jié)構(gòu)剛度，從而協(xié)調(diào)各獨(dú)立作用單元的變形，同時(shí)平箔片和波箔片可適應(yīng)氣膜壓力的變化做出相應(yīng)的變形，一方面箔片的變形會(huì)影響膜壓的重新分布，兩者相互作用達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，從而提高干氣密封高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性；另一方面箔片的變形產(chǎn)生了箔片本身的彈性阻尼以及平箔與波箔之間、波箔與密封環(huán)之間的庫倫摩擦阻尼，這些阻尼可有效吸收干氣密封的渦動(dòng)能量，并抑制流體膜產(chǎn)生自激振蕩，進(jìn)一步提高了干氣密封運(yùn)行穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)的干氣密封相比，波箔型箔片端面氣膜密封具有更優(yōu)越的可靠性、耐高溫與抗高壓能力，以及更長的使用壽命O
(四)
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明波箔型箔片端面氣膜密封結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明波箔型箔片端面氣膜密封結(jié)構(gòu)中密封環(huán)的示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明的平箔片的示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明的波箔片的示意圖。
[0020]圖5a、圖5b為本發(fā)明的波箔片箔拱排布方式示意圖。
[0021]圖6為本發(fā)明的平箔片和波箔片安裝方式示意圖。
[0022]其中:
[0023]1-密封壩；2_平箔片；3_波箔片；4_定位塊；5_密封環(huán)；6_緊釘螺釘；7_箔拱；8-平箔塊；9_波箔塊；10- “T”形槽。
(五)
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)