CN103470770A - 带进气槽微孔端面机械密封结构 - Google Patents

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白少先
马春红
彭旭东
孟祥铠
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Abstract

带进气槽微孔端面机械密封结构，包括用于机械密封的两个端面，即动环和静环，其中一个端面由高压侧向低压侧依次设置依照旋转中心对称分布的微孔组和环形密封坝；端面高压侧分布多列微孔组，微孔组包括直线状的进气槽和多个椭圆形的微孔，微孔的中心位于进气槽上，各个微孔的长轴与进气槽的夹角相同，微孔迎向气流的一端位于端面的高压侧；进气槽所在的直线位于端面的半径上；端面的低压侧设置光面的环形密封坝。本发明的有益效果是：1、提升高压频繁启停工况下的开启性能；2、消除因气体负压效应导致端面动压效应较弱的问题；3、充分发挥微孔防固体颗粒的能力和优势；4、增强动压效应和抗扰动性，延长使用寿命，提高端面的稳定性。

Description

带进气槽微孔端面机械密封结构
技术领域
本发明涉及一种带进气槽微孔端面机械密封结构。
背景技术
由于微孔端面优异的减磨性能及其在易气化结晶、固体颗粒含量较高等场合优异的摩擦学性能，使其应用日益广泛。国内外相继有圆形微孔、方向性微孔、双列倾斜方向性微孔、变分布微孔、穗形排布微孔、螺旋槽辅助微孔等多种微孔密封端面结构，以便充分利用微孔结构的防固体颗粒能力、提升其动压效应，延长密封端面的使用寿命。但在高压工况机器启停频繁的场合，气体不易进入封闭的孔区导致端面开启性能较差，容易导致密封端面磨损失效；在高速工况下，孔区易产生负压效应从而削弱了端面的动压效应，上述工况影响了密封的可靠性和使用寿命。
发明内容
为了解决非接触式干气密封在高压频繁启停工况下密封介质不易进入密封端面及高速工况下孔区负压效应导致的端面动压效应削弱的问题，本发明提供一种可用于高压频繁启停、高速及含有固体颗粒等工况，改善密封端面开启问题，提升端面动压效应的带进气槽微孔端面机械密封结构。
本发明所述的带进气槽微孔端面机械密封结构，包括用于机械密封的两个端面，即动环和静环，其特征在于：所述的其中一个端面由高压侧向低压侧依次设置依照旋转中心对称分布的微孔组和环形密封坝；所述的端面高压侧分布多列微孔组，所述的微孔组包括直线状的进气槽和多个椭圆形的微孔，所述的微孔的中心位于所述的进气槽上，各个微孔的长轴与进气槽的夹角相同，所述的微孔迎向气流的一端位于端面的高压侧；所述的进气槽所在的直线位于端面的半径上；所述的端面的低压侧设置光面的环形密封坝。
进一步，所述的进气槽的侧壁为直线形、斜线形或者螺旋形；所述的进气槽的深度大于等于微孔组的深度，进气槽的深度h2取值2～50μm。
进一步，每个所述微孔组设置多个动压型微孔；所述的动压型微孔深度为2～10μm。
进一步，所述的动压型微孔为方向型椭圆微孔、棱形孔、三角形孔。
或者，所述的动压型微孔为为无方向型圆形微孔或者规则四边形。
进一步，所述的动压型微孔为方向型椭圆微孔时，所述的微孔深度h1取值范围为2～10μm，微孔长轴和短轴长度比的取值范围为1～50；微孔短轴长度范围为10～1000μm，微孔的面积密度范围为0.05～0.5。
进一步，所述的密封坝是未加工过的光面，其径向宽度的取值范围为0.1～10mm。
工作原理：端面高压侧的进气槽将密封介质导入密封端面间，使端面顺利开启，可消除高压下介质不能进入端面导致端面无法打开现象的产生，并改善频繁启停工况下，端面的开启性能减少端面的磨损；随着转速升高，在切向剪切力的作用下，部分气体导入微孔区域，并沿着椭圆微孔长轴方向流动、累积，产生明显的动压效应，从而消除微孔区域由于转速升高产生的负压效应对动压效应的影响。同时，微孔组可以很好的阻止固体颗粒进入密封端面，当有颗粒进入端面后，微孔可以起到很好的吸纳作用，有效发挥微孔的防固体颗粒的能力。
本发明的有益效果是：1、进气槽将密封介质导入密封端面，提升高压频繁启停工况下的开启性能；2、进气槽使气流顺利进入椭圆微孔区，消除因气体负压效应导致端面动压效应较弱的问题；3、微孔组可充分发挥微孔防固体颗粒的能力和优势；4、增强的动压效应和抗扰动性，可提升密封运转的稳定性，延长了使用寿命，提高了端面的稳定性。
附图说明
图1是本发明的端面的结构示意图（箭头方向代表旋转方向）。
图2是图1的微孔组放大图（α为椭圆微孔的长轴与圆周切线323的倾斜角）。
图3是本发明的端面的结构示意图。
图4是本发明的端面的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明
参照附图：
实施例1本发明所述的带进气槽微孔端面机械密封结构，包括用于机械密封的两个端面，即动环1和静环2，所述的其中一个端面由高压侧向低压侧依次设置依照旋转中心对称分布的微孔组3和环形密封坝4；所述的端面高压侧分布多列微孔组3，所述的微孔组3包括直线状的进气槽31和多个椭圆形的微孔32，所述的微孔32的中心位于所述的进气槽31上，各个微孔32的长轴与进气槽31的夹角相同，所述的微孔32迎向气流的一端位于端面的高压侧；所述的进气槽31所在的直线位于端面的半径上；所述的端面的低压侧设置光面的环形密封坝4。
进一步，所述的进气槽31的侧壁为直线形、斜线形或者螺旋形；所述的进气槽31的深度大于等于微孔组3的深度，进气槽的深度h2取值2～50μm。
进一步，每个所述微孔组3设置多个动压型微孔；所述的动压型微孔深度为2～10μm。
进一步，所述的动压型微孔为方向型椭圆微孔、棱形孔、三角形孔。
或者，所述的动压型微孔为无方向型圆形微孔或者规则四边形。
进一步，所述的动压型微孔为方向型椭圆微孔时，所述的微孔深度h1取值范围为2～10μm，微孔长轴321和短轴长度322比的取值范围为1～50；微孔短轴322长度范围为10～1000μm，微孔32的面积密度范围为0.05～0.5。
进一步，所述的密封坝是未加工过的光面，其径向宽度的取值范围为0.1～10mm。
工作原理：端面高压侧的进气槽将密封介质导入密封端面间，使端面顺利开启，可消除高压下介质不能进入端面导致端面无法打开现象的产生，并改善频繁启停工况下，端面的开启性能减少端面的磨损；随着转速升高，在切向剪切力的作用下，部分气体导入微孔区域，并沿着椭圆微孔长轴方向流动、累积，产生明显的动压效应，从而消除微孔区域由于转速升高产生的负压效应对动压效应的影响。同时，微孔组可以很好的阻止固体颗粒进入密封端面，当有颗粒进入端面后，微孔可以起到很好的吸纳作用，有效发挥微孔的防固体颗粒的能力。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.带进气槽微孔端面机械密封结构，包括用于机械密封的两个端面，即动环和静环，其特征在于：所述的其中一个端面由高压侧向低压侧依次设置依照旋转中心对称分布的微孔组和环形密封坝；所述的端面高压侧分布多列微孔组，所述的微孔组包括直线状的进气槽和多个椭圆形的微孔，所述的微孔的中心位于所述的进气槽上，各个微孔的长轴与进气槽的夹角相同，所述的微孔迎向气流的一端位于端面的高压侧；所述的进气槽所在的直线位于端面的半径上；所述的端面的低压侧设置光面的环形密封坝。
2.如权利要求1所述的带进气槽微孔端面机械密封结构，其特征在于：所述的进气槽的侧壁为直线形、斜线形或者螺旋形；所述的进气槽的深度大于等于微孔组的深度，进气槽的深度h2取值2～50μm。
3.如权利要求2所述的带进气槽微孔端面机械密封结构，其特征在于：每个所述微孔组设置多个动压型微孔；所述的动压型微孔深度为2～10μm。
4.如权利要求3所述的带进气槽微孔端面机械密封结构，其特征在于：所述的动压型微孔为方向型椭圆微孔时，所述的微孔深度h1取值范围为2～10μm，微孔长轴和短轴长度比的取值范围为1～50；微孔短轴长度范围为10～1000μm，微孔的面积密度范围为0.05～0.5。
5.如权利要求4所述的带进气槽微孔端面机械密封结构，其特征在于：所述的密封坝是未加工过的光面，其径向宽度的取值范围为0.1～10mm。
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