非接触式动密封结构的制作方法

1.本实用新型涉及动密封结构，具体涉及一种用于旋转设备的非接触式动密封结构。


背景技术：

2.旋转设备如离心式压缩机的动密封一直是其关键部件之一，尤其当设备工作介质为含有危险成分的化工工艺气体。这种条件下要求动密封实现零泄漏或者尽可能小的泄漏量。针对不同的动设备，设计合理的动密封结构非常重要。
3.常用的旋转设备动密封包括干气密封、机械密封、梳齿密封等。一般地，干气密封的密封效果最好，但造价高、成本昂贵，并且安装技术要求复杂，占用轴向尺寸较大，在设计中常常会带来转子动力学困难需要解决；机械密封一般为接触式密封，所以使用寿命有限，维护不方便；梳齿密封为非接触式密封，但传统的设计中，密封动静件一般都选用金属材料制成，由于静止件与旋转轴的硬度、强度相差不大，所以在设计中会严格避免动静摩擦，故动静间隙设计得比较大(例如半径方向0.15mm～0.30mm，甚至更大)，从而导致泄漏量较大，密封效果不好。


技术实现要素：

4.为了克服上述缺陷，本实用新型提供一种非接触式动密封结构，该密封结构中采用石墨环为密封静止件，旋转轴组件为密封转动件，利用旋转轴组件上的尖状梳齿在石墨环上自动开槽，而形成旋转轴组件与壳体之间的非接触式密封方式，能够实现非常好的动密封效果。
5.本实用新型为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.一种非接触式动密封结构，应用于旋转设备，该动密封结构包括具有主动转动功能的旋转轴组件以及静止状态的壳体，所述旋转轴组件与壳体之间设有石墨环，所述旋转轴组件上设有一段尖状梳齿，组装时，所述石墨环紧密套设于所述旋转轴组件上的尖状梳齿段，当旋转设备首次运行时，所述尖状梳齿能够在所述石墨环上开设一圈凹槽，而实现旋转轴组件与壳体之间的非接触式密封。
7.优选地，所述尖状梳齿沿着旋转轴组件圆周方向整圈布置，且该尖状梳齿具有梳齿尖和梳齿根，所述梳齿尖到梳齿根的距离为尖状梳齿的高度h。
8.优选地，所述石墨环为圆环状结构，该石墨环具有光滑的外圆表面和内圆表面，所述外圆表面与壳体上的密封函配合，内圆表面与旋转轴组件配合，所述外圆表面与内圆表面之间的距离为石墨环的厚度d，且石墨环的厚度d大于尖状梳齿的高度h，所述内圆表面为工作面，所述凹槽形成于该内圆表面上。
9.优选地，所述旋转轴组件包括旋转轴，所述尖状梳齿直接加工于所述旋转轴上。
10.优选地，所述旋转轴组件包括旋转轴和轴套，所述尖状梳齿加工于所述轴套上，所述轴套固定套设于所述旋转轴上。
11.本实用新型的有益效果是：
12.1)本实用新型包括具有旋转轴组件以及壳体，所述旋转轴组件与壳体之间设有石墨环，本实用新型中选用各向均匀性好、颗粒度小、硬度比旋转轴组件低的石墨基材加工成环状结构作为静密封件，在旋转轴组件上设有与石墨环工作面具有配合关系的尖状梳齿，当旋转设备运行时，不可避免地产生一定幅度的振动，使得设备首次运转时主轴上的梳齿切割石墨环；由于石墨环材料的物理特性，尖状梳齿在环上会自动开槽，且不伤害尖状梳齿，实现旋转轴组件与石墨环的不接触，这时在石墨环上开出的凹槽的尺寸是保证石墨环与尖状梳齿不接触的最小间隙，从而能够实现最佳的动密封效果和长寿命；因此本实用新型中利用旋转轴组件中的尖状梳齿来实现石墨环的自开槽，而保证石墨环与尖状梳齿在不接触的条件下两者之间形成最小的间隙，既保证动密封效率，两者之间不发生物质泄漏，同时石墨环与旋转轴组件又不会发生摩擦，延长了密封结构的使用寿命；
13.2)本实用新型中利用钢制尖状梳齿与石墨环的硬度差，在保证最小装配间隙的条件下，依靠旋转轴组件转动时自身的振动，尖状梳齿在石墨环上开槽，这样保证所开出的凹槽尺寸在理论上是最小的；并且这种尖状梳齿与石墨环的接触一般只在首次开车升速时存在，并且作用时间非常短，一旦开槽完成，机器运行平稳，则尖状梳齿与石墨基环不接触，因此石墨环不属于易损件，使用寿命长；
14.3)本密封结构为非接触式密封(开槽是瞬时接触，并且一般在首次升速过程中发生)，因此不受梳齿线速度的限制，目前一般用在压缩机上，已有应用案例的转轴转速最高达43000rpm(梳齿线速度可达80m/s以上)；而对于接触式密封，转轴的速度不能过高，否则梳齿的线速度过高，摩擦可磨密封环会引起局部高温甚至变形损坏，一般只能用在离型通风机或鼓风机上，转轴转速在3000rpm以下，梳齿线速度在40m/s以下。
附图说明
15.图1为本实用新型的结构示意图；
16.图2为本实用新型中旋转轴组件的结构示意图；
17.图3为图2中a处的放大图；
18.图4为本实用新型中石墨环的背面立体图；
19.图5为本实用新型中开槽后的结构示意图；
20.图6为图5中b处的放大图；
21.图中：10-旋转轴组件，11-尖状梳齿，12-梳齿尖，13-梳齿根，20-石墨环，21-外圆表面，22-内圆表面，23-凹槽。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用
的数据在适当情况下可以互换，以使这里描述的本技术的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
24.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
25.实施例：如图1-6所示，一种非接触式动密封结构，应用于旋转设备，该动密封结构包括具有主动转动功能的旋转轴组件10以及静止状态的壳体，所述旋转轴组件10与壳体之间设有石墨环20，所述旋转轴组件10上设有一段尖状梳齿11，组装时，所述石墨环20紧密套设于所述旋转轴组件10上的尖状梳齿段，当旋转设备首次运行时，所述尖状梳齿11能够在所述石墨环20上开设一圈凹槽23，而实现旋转轴组件10与壳体之间的非接触式密封。
26.其中，所述旋转轴组件10为动密封件，所述石墨环20为静密封件，石墨环被安装于壳体上并加以固定，本实用新型中选用各向均匀性好、颗粒度小、硬度比旋转轴组件低的石墨基材加工成环状结构作为静密封件，在旋转轴组件上设有与石墨环工作面具有配合关系的尖状梳齿11，理论上可以实现石墨环与尖状梳齿的零间隙配合，实际操作中石墨环与尖状梳齿之间仅需留有最小的装配间隙(一般不超过0.05mm，因旋转轴组件径向尺寸不同而异)能实现安装即可。当旋转设备运行时，不可避免地产生一定幅度的振动(径向和轴向)，使得设备首次运转时主轴上的梳齿切割石墨环。如图5-6所示，由于石墨环材料的物理特性，尖状梳齿在环上会自动开槽，且不伤害尖状梳齿，因为旋转轴组件的空间位置具有明确的限定范围(包含静止时和运转时)，所以石墨环上的开槽是有限和明确的，一定程度后即可完成石墨环开槽工作，实现旋转轴组件与石墨环的不接触，这时在石墨环上开出的凹槽的尺寸(一般指宽度和深度)是保证石墨环与尖状梳齿不接触的最小间隙，从而能够实现最佳的动密封效果和长寿命。
27.如图2和图3所示，所述旋转轴组件10上沿其轴向设有一段尖状梳齿11，所述尖状梳齿11沿着旋转轴组件10圆周方向整圈布置，且该尖状梳齿11具有梳齿尖12和梳齿根13，所述梳齿尖12到梳齿根13的距离为尖状梳齿的高度h如图3所示。
28.如图4所示，所述石墨环20为圆环状结构，该石墨环具有光滑的外圆表面21和内圆表面22，所述外圆表面21与壳体上的密封函配合，内圆表面22与旋转轴组件10配合，所述外圆表面21与内圆表面22之间的距离为石墨环的厚度d，且石墨环的厚度d大于尖状梳齿的高度h，所述内圆表面22为工作面，所述凹槽23形成于该内圆表面22上。安装时，在保证石墨环与尖状梳齿段同心的条件下，将两者轴向安装到位，形成密封配合；石墨环可以为一体成型件，也可以为若干端弧形结构再拼接为一个整体的环状的石墨环。
29.所述旋转轴组件10包括旋转轴，所述尖状梳齿11直接加工于所述旋转轴上。在一实施例中，旋转轴组件为旋转轴，因此尖状梳齿直接加工在旋转轴表面。
30.所述旋转轴组件10包括旋转轴和轴套，所述尖状梳齿加工于所述轴套上，所述轴套固定套设于所述旋转轴上。在另一实施例中，尖状梳齿加工在轴套上，然后轴套紧密套设于所述旋转轴上，根据实际使用需求来选择不同的旋转轴组件。
31.使用案例：本实用新型被应用于国内某化工企业制造的离心式压缩机中，介质为空气，最高工作压力约为3.8mp(g)，该压缩机采用四段四级齿式等温压缩，四级轴封全部采用该自开槽非接触式动密封。从投运至今已有一年多时间，密封效果良好，机组运行平稳，并且在停机检修时发现，轴封基本不存在异常磨损，使用效果和寿命得到用户认可。
32.应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。