CN103791097A

CN103791097A - 一种自动排泄颗粒的组合流体动压槽机械密封

Info

Publication number: CN103791097A
Application number: CN201410070029.7A
Authority: CN
Inventors: 陈汇龙; 吴强波; 邹强; 刘金凤; 付杰
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2014-05-14

Abstract

本发明涉及一种自动排泄颗粒的组合流体动压槽机械密封环结构，主要是在密封动环或者静环上，由高压侧向低压侧依次设置沿旋转中心对称分布的循环外圆弧槽和泵送槽。所述的外圆弧槽设置在端面上游(高压侧)，泵送槽设置在端面下游(低压侧)，并在圆弧槽和泵送槽相接触的地方进行连通，保证进入到泵送槽内的颗粒借助泵送效应进入圆弧槽，通过介质循环返回到密封腔中，同时利用圆弧槽和泵送槽的动压效应和泵送效应保证了液膜的承载能力和低泄漏量，从而实现该组合流体动压槽机械密封良好的密封性能和自动排泄颗粒能力，防止动压槽的堵塞和降低密封端面的磨损，该密封环可以应用在含有固体颗粒介质的工况。

Description

一种自动排泄颗粒的组合流体动压槽机械密封

技术领域

本发明涉及流体机械密封技术和流体动压润滑理论，具体是指一种保证机械密封液膜承载能力和低泄漏量为前提，自动排泄进入密封端面的微颗粒，防止泵送槽堵塞而丧失泵送能力，最大程度减小泄漏、降低端面磨损和延长机械密封使用寿命。

背景技术

在现代工业应用中，为了满足航空航天、核电、石油化工等行业领域对机械密封零泄漏、低磨损、寿命长的严格要求，出现了表面改形密封技术(干气密封技术、上游泵送机械密封技术、热流体动力密封技术等)、多端面密封技术、监控密封技术、组合密封技术等。其最终目的都是为了改善机械密封的密封性能和运行稳定性。这些密封技术在输送一些无杂质的介质时，能够取得很好的效果，但是在输送含颗粒、杂质较多的石油、化工等场合，往往会因为此类机械密封把固体颗粒吸入密封端面之间而不能及时排除，使密封端面微造型堵塞失效，无法发挥动压型密封应用的作用，同时产生磨粒磨损，导致密封失效，产生严重的事故。

近几年，针对机械密封颗粒磨损失效等问题，主要的解决方法是：通过增加辅助系统，采用过滤、冲洗、分离、隔离等措施，但往往导致费用较高，结构较复杂；或在传动座外覆盖隔离套，避免弹性元件与介质直接接触，但是改变了密封端面的受力情况，费用也较高。针对机械密封端面吸入固体颗粒磨损等问题，也有研究者提出几种端面改形设计，如：中国专利2534429Y公布了一种双列同向流体动压槽上游泵送机械密封，具有较好的密封能力和防固体颗粒作用，但是一旦颗粒进入到泵送槽，造成堵塞，将使机械密封失去动压效应和泵送效应，导致密封失效；中国专利101701585A公布了一种双向自上游泵送机械密封环，简化了密封结构，延长了密封件的使用寿命，但是在颗粒吸入到端面后，没有排除杂质的机制，堵塞问题仍然存在；中国专利103133696A和102518809A公布了能自动排泄颗粒和防固体颗粒吸入型的机械密封环结构，但是没有验证改形后的端面结构是否还有较好的端面开启性能和密封能力。EP0564153A1中公开了一种具有双列螺旋槽的非接触式机械密封，具有较佳的启动性能和防固体颗粒能力，但其密封能力较低，使用范围也有限。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的就是弥补现有技术上的不足而提出的，是一种考虑此类机械密封液膜承载力的前提下，将吸入到密封端面之间的颗粒泵送到外圆弧槽，通过外圆弧槽的循环作用排出密封端面。该密封环表面改形可以有效的自动排泄被吸入到密封端面之间的颗粒，防止泵送槽堵塞，从而保证密封能力，大大减少端面的磨粒磨损，获得理想的密封效果。

为实现上述目的，本发明主要涉及密封端面表面改形问题，本发明用于颗粒介质的机械密封装置，是以常规的端面改形技术为基础进行的进一步改进，其特征在于：在机械密封动环端面或静环端面上沿周向依次开设循环外圆弧槽和流体动压泵送槽，圆弧槽位于密封端面上游(高压侧)，泵送槽位于密封端面下游(低压侧)，两者沿径向错列分布，在圆弧槽和动压槽相接触的地方进行贯通，保证泵送槽内的颗粒可以借助泵送效应通过圆弧槽排出密封端面。

上述结构中所说的圆弧槽还可以采用斜角槽、叶型槽等，其截面形状可以是矩形、圆形、三角形等，槽深分为浅槽和深槽，根据密封介质和工况的不同而不同，当开设浅槽时，槽深为6-20μm，利用浅槽产生的流体动压效应来实现端面的开启；当开设深槽时，槽深为1-2mm，密封旋转时，由于流体压力、温度以及约束情况产生的力变形、热变形使密封端面在周向形成波度，产生动压效应，在径向形成锥度，产生静压效应来实现密封。无论圆弧槽槽深是浅槽还是深槽，槽深都应大于泵送槽槽深，一是能够保证堵塞在泵送槽的颗粒可以进入到圆弧槽，并排出密封端面；二是在密封端面径向形成一个类似雷列台阶，由内外压差流形成动压效应，保证液膜承载能力。泵送槽的槽型可以是螺旋线型、圆弧线型、斜线型、T字型、人字型，或不同线型的组合，其槽开在端面下游，槽深为3～8μm，槽数为6～20个，槽深可沿周向呈线性收敛或呈台阶型变化。圆弧槽外圆弧和泵送槽末端贯通的弧长为泵送槽宽的0.2～0.8。圆弧槽宽为泵送槽槽宽的0.3～0.6。

本发明的效果主要是：(1)利用泵送槽和圆弧槽的动压效应和泵送效应，实现端面的非接触和最大程度降低泄漏量，改善密封端面的摩擦润滑状态。(2)在圆弧槽外圆弧和泵送槽末端相接触的地方进行贯通，保证泵送槽内的颗粒可以进入到圆弧槽，而圆弧槽可以使密封液强制地通过密封端面，以带走颗粒，达到冷却和降低端面磨损的效果。(3)当圆弧槽为深槽时，受力变形、热变形后在周向形成波度，在径向形成锥度，产生流体动压效应和静压效应，增强流体膜承载能力。(4)由于泵送槽槽深小于圆弧槽，因此在径向形成一个类似雷列台阶，也可以增强流体膜承载能力，在未开槽区域形成密封坝，在停车时密封面贴合起到密封作用。

具体的槽型参数、槽型组合可以根据密封介质和工况的不同，进行多目标的优化，实现最优的密封性能。

附图说明

图1密封环端面槽型结构示意图

图2密封环端面槽型结构A-A剖面示意图

图3密封环端面槽型结构B-B剖面示意图

图4密封环端面槽型结构三维示意图

具体实施方式

本发明中的组合动压槽开在机械密封动环，端面改形可以采用电火花、电化学腐蚀、激光加工等工艺加工。

在机械密封动环上开设沿旋转中心对称分布的圆弧槽(1)和泵送槽(2)，如图1所示，泵送槽型为螺旋线，螺旋角θ=18°，槽深h₄=3μm，槽长h₃=6mm，槽堰宽比γ=1，槽数N_g=12个，θ₂=30°，圆弧槽型为圆形，槽宽=2mm，槽深h₁=8μm，外圆弧宽度h₂=3.25mm，θ₁=27°，密封坝(4)宽h₅=0.5mm，密封端面开槽周围区域为密封堰(3)，圆弧槽(1)外圆弧和螺旋槽(2)末端贯通的弧长为螺旋槽槽宽的0.4。

以上所述，仅仅是对本发明构思的实现形式的列举，并非对本发明作任何形式的限制，本发明的保护范围包括本领域技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段，凡依据本发明对以上实施例作任何的等同变化的更改、修饰和演变等，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种自动排泄颗粒的组合流体动压槽机械密封，其特征在于：在机械密封动环端面或静环端面上，依次设置沿旋转中心对称分布的外圆弧槽和泵送槽，圆弧槽开设在密封端面上游，泵送槽开设在密封端面下游，其中圆弧槽外圆和泵送槽末端相接触的地方进行连通。

2.根据权利要求1所述的自动排泄颗粒的组合流体动压槽机械密封，其特征在于泵送槽的槽型可以是螺旋线型、圆弧线型、斜线型、T字型、人字型，或不同线型的组合，其槽开在端面下游，槽深为3～8μm，槽数为6～20个，槽深可沿周向呈线性收敛或呈台阶型变化。

3.根据权利要求1所述的自动排泄颗粒的组合流体动压槽机械密封，其特征在于圆弧槽可以是斜角槽、叶型槽等，其截面形状可以是矩形、圆形、三角形等。槽深分为两种，浅槽深为6-20μm，深槽深为1-2mm，浅槽和深槽的选择根据密封介质和工况的不同而不同，但圆弧槽槽深必须大于泵送槽槽深。

4.根据权利要求1所述的自动排泄颗粒的组合流体动压槽机械密封。其特征在于圆弧槽和泵送槽贯通的弧长为泵送槽宽的0.2～0.8。圆弧槽槽宽为泵送槽槽宽的0.3～0.6。