CN101514752A - 一种内部带有扇形深槽的壳体状机械密封环 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种能有效减少机械密封环热变形的新型密封环结构，其特征在于：在机械密封的动环和静环外圆端面(圆柱面)沿径向开设多个扇形凹槽，使密封环成为空心壳体结构；扇形凹槽大小一致且沿周向均布，槽与槽之间形成轴向平板加强筋，槽开口向外，槽底与密封环内圆表面形成弧形加强筋。构成扇形凹槽的所有边壁(加强筋等)均为等厚度a。所述的扇形凹槽不少于12个且随密封环外径的增大而增加。本发明能够使密封环的冷却问题得到有效地改善，同时提高密封环的刚度，减少热、力变形，增强机械密封的工作稳定性和延长使用寿命，可适用于一切液体、气体介质的机械密封应用领域，尤其适用于高参数(高温、高压、高速)的工况条件。

Description

一种内部带有扇形深槽的壳体状机械密封环
技术领域：
本发明涉及机械密封技术领域，是一种在动环和静环外圆端面(圆柱面)沿径向开设一定数量扇形凹深槽，密封端面变形减小的机械密封。
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。随着科学技术的快速发展，对机械密封的性能要求日益提高，特别是上世纪八九十年代，为了适用于高参数(高压、高速、高温)工况条件，人们提出了非接触式机械密封。目前，对于机械密封的研究主要是通过密封面的改形来达到“减少泄漏”和“提高流体膜承载能力”，并取得了明显的成效。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(圆环面)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(圆环面)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 regular microsurface structure.TribologyTransactions，39(3)：677-683(1996)一文中提出了表面(圆环面)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。可见，上述机械密封虽然在“减少泄漏”和“提高流体膜承载能力”方面取得了明显进展，但仍不尽如人意，尤其是对于密封环不可避免的因受热、受力变形，从而影响密封端面形状及端面改形作用的正常发挥，甚至出现恶性循环，导致密封失效的问题，没有得到充分考虑。
发明内容：
本发明的目的就是弥补上述现有技术的不足而提出的一种能有效减少密封环变形的新型密封环结构。它主要是针对机械密封无法避免的发热且受热不均问题，通过密封环结构的改进，提高冷却效果，减少热变形，避免热裂，增强密封工作稳定性，更好发挥端面改形作用，获得更为理想的机械密封。
本发明为实现上述目的，主要涉及密封环结构的改进问题，其特征在于：在机械密封的动环和静环外圆端面(圆柱面)沿径向开设多个扇形凹槽，使密封环成为空心壳体结构；扇形凹槽大小一致且沿周向均布，槽与槽之间形成轴向平板加强筋，槽开口向外。构成扇形凹槽的所有边壁(加强筋等)均为等厚度a。所述的扇形凹槽不少于12个且随密封环外径的增大而增加。这种密封环结构适用于气体、液体介质的机械密封。
本发明的效果主要是：(1)在密封环外圆端面沿径向开设一定数量、大小相同的扇形凹槽，避免了实体密封环因受热不均匀导致变形甚至热裂的问题，同时，介质进入凹槽起到更好的冷却作用，尤其是动环，随着密封环的旋转介质将在凹槽中形成旋涡流动，使密封环得到良好的热交换和冷却作用；(2)根据材料力学原理，壳体结构的刚度明显优于实体结构，均匀的厚度又能使受力更均衡，密封环的刚度将得到大大增强，降低受力变形量；(3)与实体密封环相比，壳体结构将节省一半以上的制作材料，降低密封件成本。这样的结构，应用到现有非接触机械密封上，将更好地发挥密封端面改形的优势，明显增强密封润滑效果及稳定性，大大延长其使用寿命。
附图说明：
图1本发明的密封环结构图
图2结构图1的A-A向剖视图
图中参数、标号说明如下：
a——加强筋厚度或密封环壁面厚度；
b——密封环轴向宽度；
D1——密封环内径；
D2——密封环外径。
1——扇形凹槽
2——轴向平板加强筋
具体实施方式：
本发明的密封环结构可在密封环制作过程中一次烧结而成，只需在制作模具上作相应改进即可，烧结完成后即按常规密封环进行加工。
实施例：对于D2＝50mm，D1＝36mm，b＝20mm的密封环，可开设16个凹槽，形成16个轴向加强筋，a值可取为2mm，槽深为5mm，各表面特别是密封端面要考虑加工余量，据此制作模具；根据此模具制作并烧结得到密封环毛坯；对毛坯按密封环技术要求进行加工；然后进行密封端面形貌加工，得到高性能密封环。密封件组装时，应使凹槽露出，以便介质能够循环流通，达到预期的效果。
对于不同大小的密封环，凹槽的多少及加强筋厚度a可根据实际情况确定。

Claims (4)

1.一种内部带有扇形深槽的壳体状机械密封环，其特征是在机械密封的动环和静环外圆端面沿径向开设多个扇形凹槽(1)，形成空心壳体结构的密封环。
2.根据权利要求1所述的一种内部带有扇形深槽的壳体状机械密封环，其特征是扇形凹槽大小一致且沿周向均布，槽与槽之间形成轴向平板加强筋(2)，槽开口向外。
3.根据权利要求1所述的一种内部带有扇形深槽的壳体状机械密封环，其特征是构成扇形凹槽的加强筋厚度及密封环壁面厚度均为等厚度a。
4.根据权利要求1所述的一种内部带有扇形深槽的壳体状机械密封环，其特征是所述的扇形凹槽(1)为12个以上且随密封环外径的增大而增加。
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