CN100449182C - 一种针对液体介质实现机械密封零泄漏非接触的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种实现机械密封零泄漏非接触的方法，主要是在机械密封的动环或静环上同时开设具有一定分布位置的微观润滑腔和一定形式的宏观泵送槽。这两种造型的结合使机械密封的流体动压效应和上游泵送效应更为显著，使机械密封同时实现了零泄漏和非接触。该方法可适用于一切液体介质用机械密封，特别适用于在高参数(高温、高压、高速)的工况条件下使用的机械密封。本发明的主要优点是将微观润滑腔和宏观泵送槽相结合，从根本上解决了密封的泄漏和润滑减磨问题。

Description

一种针对液体介质实现机械密封零泄漏非接触的方法
技术领域：
本发明涉及针对液体介质的机械密封技术特别是非接触式机械密封技术领域，特指一种针对液体介质实现机械密封零泄漏非接触的方法。
背景技术：
机械密封作为最常见的旋转轴轴向端面密封装置，已广泛应用于石油化工、航空航天等领域。特别是上世纪八九十年代提出的非接触式机械密封能适用于高参数(高压、高速、高温)工况条件。其中，用于气体介质的干运行非接触气体密封，以其良好的性能和工作稳定性，已被迅速地应用到工业生产中。但是，用于液体介质的非接触式机械密封由于没有同时解决好“减少泄漏”和“提高流体膜承载能力”这两个核心问题，所以迄今为止的各类非接触机械密封都具有不同的缺陷和不足。如：①中国专利92203157.6公开了一种液体介质用圆弧槽式密封动环。这种机械密封是在密封环端面开设有圆弧槽，在密封工作过程中，会产生上游泵送效应和流体动压效应。产生的上游泵送效应能使密封环间液膜的剪切流抵抗内外径的压差流，实现泄漏量为零；而流体动压效应能使液膜具有承载能力，改善润滑。但是由于圆弧槽产生的动压效应有限，液膜所具有的承载能力也一般。②中国专利96216242.6公开了一种双环带螺旋槽机械密封。这种机械密封是在密封环中间开设有螺旋槽，在内外径处各有一个密封坝，这样可以在一定程度上增加流体膜的承载能力。后来人们还提出了多种结构的螺旋槽机械密封，如：中国专利00239203.8、01279564.X等，但始终没有突出地增加流体膜地承载能力。③以色列教授Etsion.I在Model for mechanical seals with regularmicrosurface structure.Tribology Transactions，39(3)：677-683(1996)一文中提出了表面具有微观凹腔的机械密封，通过理论计算和试验研究发现：微观凹腔有利于产生流体动压效应，所以这类机械密封在改善润滑、提高流体膜刚度方面效果明显。但是，这种微凹腔不能产生上游泵送效应，所以无法解决减少泄漏的问题。
发明内容：
本发明的目的就是为避免上述现有技术的不足而提出一种新型的、针对液体介质的、能使机械密封实现零泄漏非接触的方法，它主要是针对现有流体动压型机械密封所存在的问题：或缺乏上游泵送能力(无法达到零泄漏)，或流体动压效应不突出(承载能力一般)，而设计出一种更为理想的，能同时兼顾防止泄漏、提高承载能力、提高密封稳定性的零泄漏非接触式机械密封。
本发明为实现上述目的，主要涉及机械密封的动环或静环，其特征在于：在机械密封的动环或静环端面上同时开设微观的润滑腔和宏观的泵送槽。微观的润滑腔可均匀分布在密封环端面的非泵送槽区，也可只分布在密封坝区，也可只分布在密封堰区，其直径d为20～80um，深度h1为：5～20um，润滑腔间距离L为100～300um。沿周向分布的数个宏观泵送槽可以位于内径处，可以位于密封环中间。该泵送槽可以是普通螺旋槽，也可是Y型、“人”型螺旋槽，还可以是圆弧槽或直线槽，其深度h2为8～30um，而泵送槽的数量n为8～30个。如果润滑腔和泵送槽开设在动环上，则泵送槽的倾斜方向应与动环的旋转方向相反；反之如果润滑腔和泵送槽开设在静环上，则泵送槽的倾斜方向应与开设在动环上时的倾斜方向相反。这种密封环表面同时具有润滑腔和泵送槽的机械密封可适用于任何的液体介质。
本发明的效果主要是：在机械密封的动环(或静环)上开设微观润滑槽与宏观泵送槽相结合的形貌，通过泵送槽来产生上游泵送效应和流体动压效应，通过润滑腔来加强这种流体动压效应，从而使这种新型机械密封的流体动压效应和上游泵送效应更为显著。这样，在达到零泄漏的同时，大大增强了机械密封的运行稳定性，延长了其使用寿命(即真正实现非接触)。
附图说明：
附图1为润滑腔均匀分布在非槽区的润滑腔与泵送槽结合型机械密封动环结构示意图。
附图2为润环腔只分布在密封环密封坝区的密封环结构示意图。
附图3为润滑腔只分布在密封环的密封堰区的密封环结构示意图。
附图4为泵送槽为于内径处时三种不同的润滑腔分布示意图。
附图5为可采用的“人”型槽结构示意图。
附图6为可采用的直线槽结构示意图。
附图7为可采用的螺旋型槽结构示意图。
附图8为润滑腔的剖面图。
附图9为螺旋型泵送槽的剖面图。
1-润滑腔        2-螺旋型泵送槽       3-密封堰        4-密封坝
5-直线型泵送槽  6-“人”型泵送槽     7-螺旋型泵送槽
d-润滑腔直径    h1-润滑腔深度        h2-泵送槽深度
L-润滑腔间距离  D1-螺旋泵送槽外径    D2-螺旋泵送槽内径
具体实施方式：
本发明可采用激光加工方式来实现密封环表面的设计方案。激光加工柔性好，易控制，可实现对所需形貌的加工。
实施例在机械密封动环上开设均匀分布于非泵送槽区的微润滑腔(1)和处于密封环中间的泵送槽(2)，见图1。润滑腔(1)和泵送槽(2)的开设可分两步走。第一步，在密封环的所有区域设置微观的润滑腔(1)，这些润滑腔(1)的直径d为20～80um，深度h1为：5～20um，润滑腔(1)间距离L是100～300um，如图7。第二步，在密封环的中间区域内开设泵送槽(2)，泵送槽(2)的深度h2略大于润滑腔(1)的深度h1，这样在有泵送槽(2)的区域，泵送槽(2)会覆盖了预先设置的微观润滑腔，这样实现了润滑腔(1)和泵送槽(2)的交错结合。泵送槽(2)沿密封环周向分布，泵送槽(2)个数n为8～30，深度h2为：8～30um。由于开设在密封动环上，泵送槽(2)的倾斜方向和动环的旋转方向相反，如图1所示。密封环是这样工作的：在工作条件下，带有一定压力的粘性流体进入密封动环或静环的端面间，由于泵送槽(2)的存在，流体产生动压效应和上游泵送效应，润滑腔(1)产生动压效应。这样，两者的结合是动压效应和上游泵送效应都显著体现，上游泵送效应产生的剪切流抵抗内外压差流，防止了密封介质的向外泄漏；流体动压效应使流体膜产生轴向的承载力，此承载力将两端面分离，实现了非接触，即完全流体润滑。
本实施例为说明本发明，其槽型形状和分布位置，润滑腔分布位置都不受限制，可以是发明内容中所提到的一切情形。

Claims (3)

1.一种针对液体介质实现机械密封零泄漏非接触的方法，其特征在于：在机械密封的动环或静环端面上同时开设直径d在20～80um之间、深度h1在5～20um之间和润滑腔(1)间距离L在100～300um之间的润滑腔(1)和8～30个深度h2为8～30um的泵送槽(2)。
2.根据权利要求1所述的一种针对液体介质实现机械密封零泄漏非接触的方法，其特征在于：润滑腔(1)或均匀分布在非泵送槽区域，或分布在密封堰(3)区域，或分布在密封坝(4)区域；泵送槽(2)或分布在密封环的中间，或位于密封环内径处；密封动环上泵送槽(2)的倾斜方向和动环旋转方向相反，密封静环上的泵送槽(2)的倾斜方向与开设在动环上时的倾斜方向相反。
3.根据权利要求1所述的一种针对液体介质实现机械密封零泄漏非接触的方法，其特征在于所述的泵送槽(2)是螺旋型(7)、直线型(5)、圆弧型、Y型或“人”型(6)。
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