CN103697169A

CN103697169A - 一种变截面自紧式旋转轴密封圈

Info

Publication number: CN103697169A
Application number: CN201310680690.5A
Authority: CN
Inventors: 邹龙庆; 祝娟; 付海龙; 陈桂娟; 彭敏; 王玥; 崔晓华; 唐友福; 苑晓静; 王金生
Original assignee: Northeast Petroleum University
Current assignee: Northeast Petroleum University
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2014-04-02

Abstract

本发明公开了一种变截面自紧式旋转轴密封圈，包括直的磨砺阻隔边界，带有唇部的波形流体动压密封边界，密封圈本体、密封沟槽、密封润滑剂、环境介质和旋转轴，所述磨砺阻隔边界和所述带有唇部的波形流体动压密封边界同时与旋转轴所述接触，形成波形接触区，所述密封圈本体安装于所述密封槽内。本发明提供的变截面自紧式旋转轴密封圈，基于流体动压效应设计，提高了轴向密封工作寿命、密封面间的相对运动速度和工作密封压差。

Description

一种变截面自紧式旋转轴密封圈

技术领域

本发明涉及各种动力机械中旋转轴密封技术领域，尤其涉及一种变截面自紧式旋转轴密封圈。

背景技术

在石油石化设备中大量采用流体动密封。从安全性和可靠性角度考虑，许多机器设备的关键部件之一是旋转轴类密封。一般常用的密封有填料密封、旋转轴弹性体密封。这些密封都是靠强力来实现密封机理的，其结果是密封效果好了，轴与密封件之间的润滑状况变差，导致摩擦增大、过热、及密封件材料的磨损。

变截面自紧式旋转轴密封圈技术正是在保留常规旋转密封优点的基础上，利用流体动压效应研制的新型旋转流体动压密封结构。流体动压柔性旋转密封是利用流体动压效应，依靠特殊的密封截面几何形状，在动密封面之间形成一层能避免相对运动表面直接接触的流体动压油膜，由于密封圈在油膜上运行，从而大大降低了磨损和摩擦热。唇形边的结构在密封压力的作用下产生自紧功能。

流体动压密封技术是利用流体动压效应，在动密封面之间形成一层能避免相对运动表面直接接触的动压油膜。由于密封圈在油膜上运行，从而大大降低了磨损和摩擦热。从理论上讲，动密封面间相对运动速度越高，形成的动压油膜越厚，因而这种结构对高转速的适应性很好。

旋转轴弹性体密封包括唇形密封（油封）和挤压型弹性体密封（如O形圈等），普通的旋转轴弹性体密封一般只适于用在低压、低速的场合使用。普通油封的工作压力一般≤0.3MPa；挤压型弹性体密封圈，如O形圈，在高压下密封是靠强力来实现密封的，结果是密封效果好了，轴与密封件之间的润滑状况变差，导致摩擦增大、过热、及密封件材料的磨损。

美国Kalsi Engineering Inc.1986年在美国专利US4610319中首次提出了一种井下钻头流体动压密封圈。目前该公司已经生产以Kalsi命名的系列旋转轴弹性体密封圈，该密封产品适用于高速、高压的旋转轴动密封。

目前国内还没有类似的产品。上世纪90年代李春山和胡湘炯的文献“弹性流体动力密封的设计与试验”，石油大学学报，1992,16（4），pp:28-31，提出了一种新型的旋转轴动密封结构，用于试验研究。该密封圈在内圆柱面上切制了周期性的三角形槽，能安装在与普通O型密封圈相同大小的密封槽内。这种新型密封圈能显著降低摩擦扭拒，从而延长密封寿命，提高可靠性。

现有密封产品在高速、高压的旋转动密封中，密封产品的润滑条件变差，密封圈磨损大寿命降低。普通的油封承压范围十分有限。一般最高可以承受1MPa压力。O型密封圈主要用于静密封和往复运动密封。用于旋转运动密封时，仅限于低速回转密封装置。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于流体动压效应设计的密封圈，提高轴向密封工作寿命，并且提高密封面间的相对运动速度和工作密封压差。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种变截面自紧式旋转轴密封圈，基于流体动压效应设计，提高轴向密封工作寿命、密封面间的相对运动速度和工作密封压差。

为实现上述目的，本发明提供了一种变截面自紧式旋转轴密封圈，包括直的磨砺阻隔边界，带有唇部的波形流体动压密封边界，密封圈本体、密封沟槽、密封润滑剂、环境介质和旋转轴，所述磨砺阻隔边界和所述带有唇部的波形流体动压密封边界同时与旋转轴所述接触，形成波形接触区，所述密封圈本体安装于所述密封槽内。

在本发明的较佳实施方式中，所述带有唇部的波形流体动压密封边界和所述直的磨砺阻隔边界组成Y形边，所述波形流体动压密封边界和所述直的磨砺阻隔边界同时与所述旋转轴的表面接触，形成密封“唇部”。

在本发明的另一较佳实施方式中，在所述环境介质一侧的密封圈本体和所述旋转轴的边缘采用直边结构。

在本发明的较佳实施方式中，所述密封圈整体采用橡胶制造。

本发明提供的变截面自紧式旋转轴密封圈，基于流体动压效应设计，由于Y形边的特殊结构在密封压力的作用下产生自紧功能，在动密封面之间形成一层能避免相对运动表面直接接触的动压油膜，密封圈在油膜上运行，从而大大降低了磨损和摩擦热，提高了密封圈的寿命。动密封间相对运动速度越高，形成的动压油膜越厚，因而对高转速的适应性较好。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例变截面自紧式旋转轴密封圈的轴测图；

图2是本发明的一个较佳实施例变截面自紧式旋转轴密封圈的剖视图；

图3是本发明的一个较佳实施例变截面自紧式旋转轴密封圈的安装示意图。

具体实施方式

如图1示，一种变截面自紧式旋转轴密封圈，包括直的磨砺阻隔边界1，带有唇部的波形流体动压密封边界2，密封圈本体3、密封沟槽4、密封润滑剂5、环境介质6和旋转轴7。

磨砺阻隔边界1和带有唇部的波形流体动压密封边界2同时与旋转轴所述7接触，形成一波形接触区，形成特殊的密封“唇部”。密封圈本体3的截面轮廓在圆周方向随波形边呈周期性变化。密封圈本体3与普通密封圈同样采用过盈装配于密封槽内，最初形成静密封。密封圈本体3安装在密封槽内，波形边与轴表面接触，形成一波形接触区。当轴旋转时，其独特的几何形状在与被密封介质接触一侧产生了一波动的液力边界，形成一相对速度，使得轴与密封结合面之间形成了一层油膜，避免了轴与密封面的直接接触。在环境介质一侧，密封边缘形状经过设计可以防止磨砺性物质进入密封内表面。速度分量产生流体动力润滑作用，稳定速度下使得整个密封接触区都处于完全流体动力润滑状态。

使用时在密封压力作用下，唇形边产生自封作用，形成静密封。当轴旋转时，在密封润滑剂5一侧，产生一流体动力密封边界2，形成一相对速度，使得轴与密封结合面之间形成了一层油膜，避免了轴与密封面的直接接触。在环境介质6一侧，密封圈本体3与旋转轴7边缘上是一锐利的直角边，可以避免因流体动压效应而致使外界磨砺侵入密封面间；由于流体动压润滑作用会使少量润滑剂从外侧边缘漏出，在运转过程中这一少量的、有控制的泄漏将直到清洗作用以阻止磨粒侵入动密封面之间；当动密封面间可能出现轴向运动时，其锐利的直角边还可以产生和刮擦作用，同样可避免磨粒侵入。

密封圈两边为Y形边依靠张开的唇边贴于装配件，无内压时，仅仅因为唇尖的变形而产生很小的接触压力。在密封的情况下与密封介质接触的每一点上均有与介质压力相等的法向压力，所以唇形圈底部将受到轴向压力，唇部受到周向压缩，与装配件的接触面变宽，当内压再升高时接触压力的分布形状和大小进一步改变，密封面与轴的接触更紧密，所以密封性能更好这就是Y形圈的“自封作用”。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种变截面自紧式旋转轴密封圈，包括直的磨砺阻隔边界（1），带有唇部的波形流体动压密封边界（2），密封圈本体（3）、密封沟槽（4）、密封润滑剂（5）、环境介质（6）和旋转轴（7），其特征在于，所述磨砺阻隔边界（1）和所述带有唇部的波形流体动压密封边界（2）同时与旋转轴所述（7）接触，形成波形接触区，所述密封圈本体（3）安装于所述密封槽（4）内。

2.如权利要求1所述的变截面自紧式旋转轴密封圈，其中，所述带有唇部的波形流体动压密封边界（2）和所述直的磨砺阻隔边界（1）组成Y形边，所述波形流体动压密封边界（2）和所述直的磨砺阻隔边界（1）同时与所述旋转轴（7）的表面接触，形成密封“唇部”。

3.如权利要求1所述的变截面自紧式旋转轴密封圈，其中，在所述环境介质（6）一侧的密封圈本体（3）和所述旋转轴（7）的边缘采用直边结构。

4.如权利要求1所述的变截面自紧式旋转轴密封圈，其中，所述密封圈整体采用橡胶制造。