CN104019237B - 深槽环带动压型端面机械密封结构 - Google Patents

深槽环带动压型端面机械密封结构 Download PDF

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Abstract

一种深环节流槽动压型端面机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，动环和静环的端面的一侧为高压侧即上游，另一侧为低压侧即下游，所述的动环或静环其中一个端面上，设置依照旋转中心对称分布的动压槽和深环节流槽，动压槽设置在端面上游，深环节流槽设置在动压槽的下游的末端，深环节流槽由2个以上环形深槽沿径向同心密集排布组成，动压槽与深环节流槽间设置光滑平面的第一环形密封坝，深环节流槽和密封环内径间设置光滑平面的第二环形密封坝。

Description

深槽环带动压型端面机械密封结构
(一)技术领域
本发明属于端面机械密封结构设计技术领域，特别涉及适应于各种压缩机、泵和釜等旋转机械转轴的轴端密封装置，尤其涉及一种深环节流槽动压型端面机械密封结构。
(二)背景技术
机械密封是防止旋转式流体机械轴端泄漏的主要手段，随着石油石化、核能发电等行业操作工况的不断扩展，要求机械密封有更高的稳定性、可靠性以及更长的使用寿命，并且严格控制介质流体的泄漏量。现有螺旋槽等型槽端面非接触式机械密封以其非接触、磨损低等特点，已被广泛应用于离心压缩机和泵类转轴的轴端密封装置上。但是，螺旋槽等动压槽型端面在提高端面动压效应的同时，其方向性槽型结构所产生的泵送作用，增加端面泄漏，造成密封性能有限。
(三)发明内容
为了克服现有动压型端面密封泄漏率高的问题，本发明提供一种能应用于各种条件的介质，利用深环节流槽结构的节流效应，增强密封端面阻尼作用，降低泄漏率的非接触式机械端面密封结构。
本发明的技术方案是：
种深环节流槽动压型端面机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，动环和静环的端面的一侧为高压侧即上游，另一侧为低压侧即下游，其特征在于：所述的动环或静环其中一个端面上，设置依照旋转中心对称分布的动压槽和深环节流槽，动压槽设置在端面上游，深环节流槽设置在动压槽的下游的末端，深环节流槽由2个以上环形深槽沿径向同心密集排布组成，动压槽与深环节流槽间设置光滑平面的第一环形密封坝，深环节流槽和密封环内径间设置光滑平面的第二环形密封坝。
环形深槽的截面为矩形，槽深和槽宽之比取值范围为：0.5～10，相邻深槽间壁面厚度取值范围为100～700μm，动压槽深度为2～10μm。
所述动压槽设置在端面上游，提供密封端面动压开启力，动压槽依照旋转中心对称分布，可以是螺旋槽、斜线槽、T形槽等形状，深度为2～10μm；
所述动压槽与深环节流槽间有一环形非开孔区形成第一环形密封坝，同时深环节流槽和密封环内径间也存在一环形非开孔区形成第二环形密封坝，环形密封坝的径向宽度范围为：0.1～10mm。
本发明的工作原理：
密封随旋转轴转动过程中，上游高压产生的压力流在切向转速剪切作用下进入动压槽后，动压槽形成的动压开启力可保证密封端面顺利开启。流体介质进入深环节流槽区域后，一方面，部分流体继续沿动压槽型方向流动，由于深环节流槽的槽深与槽宽比值较大形成的密封间隙尺寸突变效应，使得进入深环节流槽的密封介质产生涡流现象，涡流的产生增加介质的流动阻力，同时造成介质能量转变，由动能、压力能转化以热能的形式耗散，从而显著增大密封端面的阻尼作用，产生节流效应，降低泄漏；另一方面，深环节流槽的环向导流作用，使得部分介质在深环节流槽内沿端面周向方向流动，进一步增强了端面的阻尼效应，降低泄漏，从而提高密封的密封性能。
因此，该密封特别适合于易燃、易爆、有毒介质，要求高密封性、高可靠性的场合。
本发明所述的非接触式机械端面密封结构的有益效果主要表现在：l、密封端面上独特的深环节流槽结构，使流体介质处于涡流状态，增加端面阻尼作用，产生节流效应，大大降低了端面的泄漏量，使得密封在保证端面较强动压效应的同时，提高密封性能；2、通过设置深环节流槽槽深与槽宽的比值，可以应用于液体介质和气体介质；3、动压槽形成的流体动压效应实现了密封的非接触、耐磨损，延长了使用寿命，提高了密封的可靠性。
(四)附图说明
图1是本发明的端面结构示意图；
图2是本发明的密封实施结构示意图；
图3是本发明的密封原理示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参见图1-3：一种深环节流槽动压型端面机械密封结构，包括机械密封的动环7和静环6，动环7和静环6的端面的一侧为高压侧即上游，另一侧为低压侧即下游，动环7或静环6其中一个端面上，由高压侧向低压侧依次设置依照旋转中心对称分布的螺旋槽1和深环节流槽3，螺旋槽1设置在端面上游，深环节流槽3由2个以上环形深槽4沿径向密集排布组成，设置在螺旋槽1的下游的末端，螺旋槽1与深环节流槽3间设置光滑平面的第一环形密封坝2，深环节流槽3内侧和密封环内径间设置光滑平面的第二环形密封坝5。
所述的一种深环节流槽动压型端面机械密封结构，深环节流槽3深度方向的尺寸突变，使得流体介质在深环节流槽3内部形成涡流流动，涡流的产生造成流体的能量耗散，极大程度增强端面阻尼作用，起到节流效应，从而降低端面泄漏，增强密封性能。
所述的深环节流槽3设置在螺旋槽1下游末端，深环节流槽3由环形深槽沿径向密集排布组成，提供端面节流效应与阻尼作用，降低密封泄漏，环形深槽4的截面是矩形，槽深和槽宽之比大于0.5，取值范围为：0.5～10，相邻深槽间壁面厚度取值范围为：100～700μm；
所述螺旋槽1设置在端面上游，提供密封端面动压开启力，螺旋槽1依照旋转中心对称分布，深度为2～10μm；
所述深环节流槽3与螺旋槽1间有一环形非开孔区形成密封坝2，同时深环节流槽3内侧和密封环内径间也存在一环形非开孔区形成密封坝5，环形密封坝的径向宽度范围为：0.1～10mm。
密封工作时，上游高压产生的压力流在切向转速剪切作用下进入螺旋槽1后，沿着螺旋槽1的螺旋方向流动和压缩，形成明显的动压开启力，促使端面分离。当介质继续进入深环节流槽3区域后，部分流体将沿着动压槽型方向流动，由于深环节流槽3的槽深与槽宽比值较大形成的密封间隙尺寸突变效应，使得进入深环节流槽3的密封介质产生涡流现象11，涡流的产生造成介质能量转变，由动能和压力能转化以热能的形式耗散，从而显著增大密封端面的阻尼作用，产生节流效应，降低泄漏；此外，由于深环节流槽3的环向导流作用，使得部分介质在深环节流槽3内沿端面周向方向流动，进一步增强了阻尼效应，从而显著降低端面泄漏。因此该密封在保证端面足够开启力以形成非接触密封同时，完全可以解决现有机械密封技术所面临的泄漏量大的问题，实现高密封性、高可靠性。
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及于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 (2)

1.一种深环节流槽动压型端面机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，动环和静环的端面的一侧为高压侧即上游，另一侧为低压侧即下游，其特征在于：所述的动环或静环其中一个端面上，设置依照旋转中心对称分布的动压槽和深环节流槽，动压槽设置在端面上游，深环节流槽设置在动压槽的下游的末端，深环节流槽由2个以上环形深槽沿径向同心密集排布组成，动压槽与深环节流槽间设置光滑平面的第一环形密封坝，深环节流槽和密封环内径间设置光滑平面的第二环形密封坝；环形深槽的截面为矩形，槽深和槽宽之比取值范围为：0.5～10，相邻深槽间壁面厚度取值范围为100～700μm，动压槽深度为2～10μm。
2.如权利要求1所述的密封结构，其特征在于：动压槽是下列形状之一：螺旋槽、斜线槽、T形槽。
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