一种悬臂安装柔性丝状密封堰端面密封动环结构

本发明属于槽型自适应的端面密封动环结构，具体涉及一种悬臂安装柔性丝状密封堰端面密封动环结构。

背景技术：

1、在密封端面开设各种动静压型槽以增强流体膜的承载能力和刚度，实现密封副之间的非接触运行是气体或液体润滑机械密封的常用技术。机械密封副由随轴转动的动环和与其配对的静环组成，当动环旋转时，动环端面的动压型槽将密封腔内的流体介质泵入密封间隙，在介质压差和周向剪切的共同作用下，流体介质在型槽内朝着下游低压侧和迎风侧流动，在槽内不断被压缩，从而使迎风侧和槽根部的气膜压力升高，形成动压效应，进而在密封端面间形成一层厚度几微米的气膜，保证密封副在端面不接触的情况下运转。

2、评价干气密封的性能优劣，主要考虑开启力、泄漏量和气膜刚度等参数，槽型对干气密封的流体动压效应及成膜厚度有显著影响。传统的干气密封在加工完成后，其槽型结构在运行过程中无法改变，当其在设计工况下运行时，其气膜承载力和刚度能够满足要求，而一旦偏离设计工况，比如需频繁启停或运行工况波动的情况下，固定型槽结构干气密封往往因气膜承载力和刚度不够大、抗外界扰动能力不足而发生端面碰磨或振动失稳等失效情况。能否使密封型槽形状能根据外界转速和压力的变化而自适应改变，从而实现在不同工况条件下都能保持良好的运行性能，成为干气密封是否能在工况波动和频繁启停设备轴端密封中成功应用的关键。

3、经典干气密封端面主要由动压槽、密封堰和密封坝三部分组成，相邻动压槽周向之间的区域为密封堰，在干气密封运转过程中起着阻挡密封介质周向流动的作用，密封坝则用于阻挡密封介质的径向流动。当动环旋转时，密封介质通过动压槽被泵入密封间隙内，并因密封堰和密封坝的阻流作用而升压，从而在迎风侧壁和槽根处附近形成明显的高压区。大量理论研究和工程应用经验表明，动压槽形状对密封端面高压区的面积和峰值影响显著，且以较大气膜刚度和气膜承载力为目标设计的动压型槽优选结构与转速和介质压力等工况条件紧密相关，也即当外界工况发生变化时，在设计工况表现优异的干气密封往往会因轴向力平衡被打破而出现过量泄漏或端面磨损等失效。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种悬臂安装柔性丝状密封堰端面密封动环结构，能够有效地避免密封环碰磨现象的产生。

2、本发明提供如下技术方案：

3、一种悬臂安装柔性丝状密封堰端面密封动环结构，动环结构的一侧为高压侧，另一侧为低压侧；包括密封环基体、刷丝压紧环及柔性丝状密封堰；所述密封环基体的端面包括开槽区端面和密封坝区端面，密封坝区端面与开槽区端面之间存在高度差，一组柔性丝状密封堰沿着密封环基体的周向均匀分布，所述柔性丝状密封堰包括一簇沿着密封环基体周向紧密排列的柔性刷丝，柔性刷丝起始端被刷丝压紧环压紧于开槽区端面上形成悬臂结构，相邻两柔性丝状密封堰之间形成可供气流流通的密封槽。

4、进一步的，所述柔性丝状密封堰在相邻两个密封槽内的气流压力作用下发生变形并形成密封槽的边界。

5、进一步的，所述密封坝区端面高于开槽区端面，高度差值为1～100μm，所述柔性刷丝直径不大于该高度差值。

6、进一步的，所述密封坝区端面与开槽区端面的分界半径处设有多个沿周向均布的弧形浅槽，所述弧形浅槽底部端面与开槽区端面平齐，所述柔性刷丝末端置于弧形浅槽内实现定位。

7、进一步的，所述刷丝压紧环上设有可供柔性刷丝穿过的安装槽。

8、进一步的，所述安装槽为斜槽结构，安装槽的中心线与密封环基体径向线之间的夹角为5～85°。

9、进一步的，所述密封槽的数量为4～30。

10、进一步的，所述柔性刷丝的形状为曲线或直线中的一种。

11、通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

12、1)本发明密封环端面的柔性丝状密封堰结构能够有效地根据运行工况的变化而改变，从而保证干气密封在设备启停阶段和变工况下运行时维持稳定的气膜承载力，有效地避免密封环碰磨现象的产生；

13、2)柔性刷丝的排列方式可以根据槽型结构进行调整，通过设计合理的密封槽、密封堰和密封坝的结构形式，以及施加合理的约束条件，可实现干气密封对不同介质和工况条件的自适应。

技术特征：

1.一种悬臂安装柔性丝状密封堰端面密封动环结构，动环结构的一侧为高压侧，另一侧为低压侧；其特征在于：包括密封环基体、刷丝压紧环及柔性丝状密封堰；所述密封环基体的端面包括开槽区端面和密封坝区端面，密封坝区端面与开槽区端面之间存在高度差，一组柔性丝状密封堰沿着密封环基体的周向均匀分布，所述柔性丝状密封堰包括一簇沿着密封环基体周向紧密排列的柔性刷丝，柔性刷丝起始端被刷丝压紧环压紧于开槽区端面上形成悬臂结构，相邻两柔性丝状密封堰之间形成可供气流流通的密封槽。

2.根据权利要求1所述的一种悬臂安装柔性丝状密封堰端面密封动环结构，其特征在于所述柔性丝状密封堰在相邻两个密封槽内的气流压力作用下发生变形并形成密封槽的边界。

3.根据权利要求1所述的一种悬臂安装柔性丝状密封堰端面密封动环结构，其特征在于所述密封坝区端面高于开槽区端面，高度差值为1～100μm，所述柔性刷丝直径不大于该高度差值。

4.根据权利要求1所述的一种悬臂安装柔性丝状密封堰端面密封动环结构，其特征在于所述密封坝区端面与开槽区端面的分界半径处设有多个沿周向均布的弧形浅槽，所述弧形浅槽底部端面与开槽区端面平齐，所述柔性刷丝末端置于弧形浅槽内实现定位。

5.根据权利要求1所述的一种悬臂安装柔性丝状密封堰端面密封动环结构，其特征在于所述刷丝压紧环上设有可供柔性刷丝穿过的安装槽。

6.根据权利要求5所述的一种悬臂安装柔性丝状密封堰端面密封动环结构，其特征在于所述安装槽为斜槽结构，安装槽的中心线与密封环基体径向线之间的夹角为5～85°。

7.根据权利要求1所述的一种悬臂安装柔性丝状密封堰端面密封动环结构，其特征在于所述密封槽的数量为4～30。

8.根据权利要求1所述的一种悬臂安装柔性丝状密封堰端面密封动环结构，其特征在于所述柔性刷丝的形状为曲线或直线中的一种。

技术总结
一种悬臂安装柔性丝状密封堰端面密封动环结构，属于槽型自适应的端面密封动环结构技术领域。动环结构的一侧为高压侧，另一侧为低压侧；包括密封环基体、刷丝压紧环及柔性丝状密封堰；密封环基体的端面包括开槽区端面和密封坝区端面，密封坝区端面与开槽区端面之间存在高度差，一组柔性丝状密封堰沿着密封环基体的周向均匀分布，柔性丝状密封堰包括一簇沿着密封环基体周向紧密排列的柔性刷丝，柔性刷丝起始端被刷丝压紧环压紧于开槽区端面上形成悬臂结构，相邻两柔性丝状密封堰之间形成可供气流流通的密封槽。本发明密封环端面的柔性丝状密封堰结构能够有效地根据运行工况的变化而改变，从而保证干气密封在设备启停阶段和变工况下运行时维持稳定的气膜承载力，有效地避免密封环碰磨现象的产生。

技术研发人员：彭旭东,潘振威,江锦波,赵文静,孟祥铠
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12