CN104165228A - 一种似含羞草型孔簇端面机械密封结构 - Google Patents

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Abstract

一种似含羞草型孔簇端面机械密封结构，包括动环、静环，所述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，所述动环或静环至少一个端面上沿周向均匀分布有由方向性毫米级孔簇组成的形似含羞草的动压型孔簇，所述似含羞草型孔簇构成环带，所述环带设在端面上游，所述环带的下游设有光滑平面的环形密封坝。本发明的有益效果有：双列周向对称分布的倾斜孔排布既适用于单向旋转机械也适用于双向旋转机械，同时其产生的流体动压效应增大了端面在低速低压下的快速开启能力；上游侧径向型孔具有导流作用和改善端面间润滑状态的作用；倾斜孔簇的上游泵送作用减小了泄漏率；毫米级孔具有吸纳大直径范围固体颗粒的优势，增加了耐磨性，确保了机械密封在恶劣工况下的长周期稳定运行。

Description

一种似含羞草型孔簇端面机械密封结构
技术领域
本发明涉及流体机械的机械密封装置，适用于航空航天、石油石化、能源电力和化工制药等领域用压缩机、泵和釜搅拌器等旋转机械转轴的轴端密封装置，尤其涉及一种似含羞草型孔簇端面机械密封结构，特别适用于液体密封场合。
背景技术
机械密封技术在航空航天、石油化工、能源电力、化工制药等领域都已经有了广泛的应用，随着科学技术的发展，对机械密封提出了更高的要求，在减小泄漏率的同时要求降低端面温度、减小热变形、增加端面的耐磨性等。非接触式机械密封相比于传统的机械密封存在很多优点，比如摩擦磨损小、端面产热少、功耗小等优点，具有更大的发展空间，另一方面端面加工工艺的改进也推动了非接触式机械密封的发展。
目前应用比较广泛的非接触式机械密封技术有在端面开设微孔、螺旋槽等各种槽型结构。中国专利200710067278.7涉及一种变分布多孔端面机械密封结构，所述微孔大小不等，在密封端面上呈中心对称分布。此机械密封可以在一定程度上增强流体膜的耐压性、耐磨性、收敛特性和阻尼，从而提高流体膜的动压效果，改善端面润滑状态，提高流体膜刚度，但是其动压效果的增强效果缓慢，尤其对于启动时干摩擦问题的改善效果甚微，高速抗干扰能力不足，而且不能产生上游泵送效应，因此无法解决减少密封泄漏的问题。美国专利US005454572A中首次提出了螺旋槽端面机械密封结构，此机械密封具有较低的摩擦功耗，动压开启力大，但是存在低速下开启特性不理想、不适合双向旋转机械，无法解决减小泄漏的问题。最近的中国专利201010583081.4发明了一种穗形排布微孔端面机械密封结构，该发明型孔的微米级尺寸决定此类密封不能产生显著的动压效应，而且在被应用于液体介质的密封时其动压效应只能依赖于微孔处有限的空化效应，在介质压力高于一定值时这种有限空化效应将不再存在，因此难以获得有效的动压效应，并确保端面的及时开启和大的液膜刚度或高稳定性；此外，端面上微米级大小的型孔无法满足长时间使用带来端面磨损颗粒的吸纳效果。鉴于上述发明的不足之处，本发明一种具有毫米级上游泵送孔的似含羞草型孔簇端面机械密封结构，以满足上述行业领域提出的高要求。
发明内容
为了克服已有密封技术中存在的动压效应有限、耐压耐磨损能力不足、低速低压下启停效果较差、泄漏率较大、不适合双向旋转等缺点，本发明提出了一种动压效应好、低速低压下启停效果好、泄漏率低、端面润滑冷却效果优异且适合双向旋转、可靠性高、使用寿命长的似含羞草毫米级上游泵送型孔簇端面机械密封结构。
本发明的技术方案是：
一种似含羞草型孔簇端面机械密封结构，包括动环、静环，所述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，所述动环或静环至少一个端面上沿周向均匀分布有由方向性毫米级孔簇组成的形似含羞草的动压型孔簇，所述似含羞草型孔簇构成环带，所述环带设在端面上游，所述环带的下游设有光滑平面的环形密封坝，所述两个似含羞草型孔簇结构周向之间的非开孔区域构成密封堰，起到限流和静密封的作用。
进一步，所述似含羞草型孔簇结构在密封端面上呈周期性对称排布。
进一步，所述似含羞草型孔簇包含径向的中轴线，所述的中轴线的端部有径向的顶部型孔，在所述的轴线两侧有对称分布的与所述的中轴线成倾斜角度的侧型孔，同侧的侧型孔沿所述的中轴线排列成行，所述顶部型孔开设在所述的中轴线的上游侧。
进一步，所述似含羞草型孔簇的侧型孔与中轴线之间的倾斜角度为30°～60°。
进一步，所述似含羞草型孔簇的顶部型孔和侧型孔的长轴和短轴之比大于1，尺寸为1～5mm。
本发明的工作原理：静压工况下，密封流体从高压侧进入密封端面，径向型孔具有的导流作用将密封流体迅速引入端面，动环开始旋转后，被密封流体在速度剪切和压差的共同作用下进入密封端面的顶部型孔中，当流体从开槽区进入非开槽区时由于流体挤压效应，在开槽边界处压力迅速升高，毫米级型孔将因空化效应和泵汲效应而产生强流体动压效应，迅速产生大开启力确保端面及时打开并在端面间维持微米级流体薄膜，同时似含羞草型孔簇的富集效应使上述强流体动压效应得到叠加。倾斜侧型孔的泵送作用将运动到下游端面的密封流体泵送回端面上游，因此大大减小了密封流体的泄漏。
本发明的有益效果主要表现在：(1)双列周向对称分布倾斜侧型孔排布既适用于单向旋转机械也适用于双向旋转机械；(2)顶部的径向型孔具有的导流作用改善了启停阶段端面间的润滑状态，避免了端面的摩擦磨损，延长了使用寿命；(3)倾斜侧型孔的上游泵送作用减小了端面之间流体的泄漏，因此具有优异的密封效果；(4)双列周向对称分布倾斜侧型孔将因空化效应和泵汲效应而产生强流体动压效应，迅速产生大开启力确保端面及时打开并在端面间维持微米级流体薄膜，有利于端面在低速低压下的快速开启，与此同时似含羞草型孔簇的富集效应使上述强流体动压效应得到叠加，使密具有优异稳定性；(5)型孔具有防吸纳较大直径范围固体颗粒的优势，增加了耐磨性，确保了机械密封在恶劣工况下的长周期稳定运行。
附图说明
图1是本发明的端面结构示意图。
图2是本发明的顶部型孔和侧型孔的结构放大图。
图3是本发明的实施案例中密封结构示意图。
图4是本发明的菱形孔、三角形孔、矩形孔和斜直线圆弧槽等不同的侧型孔组合端面结构示意图。
具体实施方案
一种似含羞草型孔簇端面机械密封结构，包括动环7、静环8，所述动环7和静环8的端面的一侧为高压侧即上游，另一侧为低压侧即下游，所述动环7或静环8至少一个端面上沿周向均匀分布有由方向性毫米级孔簇组成的形似含羞草的动压型孔簇2、4组成的形似含羞草的动压型孔簇结构1，所述似含羞草型孔簇1构成环带，所述环带设在端面上游，所述环带的下游设有光滑平面的环形密封坝6，所述两个似含羞草型孔簇结构周向之间的非开孔区域构成密封堰5，起到限流和静密封的作用。
进一步，所述似含羞草型孔簇1在密封端面上呈周期性对称排布。
所述似含羞草型孔簇包含径向的中轴线，所述的中轴线的端部有径向的顶部型孔3，在所述的轴线两侧有对称分布的与所述的中轴线成倾斜角度的左侧型孔21、右侧型孔41，同侧的左侧型孔21或右侧型孔41沿所述的中轴线排列成行，所述顶部型孔3开设在所述的中轴线的上游侧。顶部型孔3的长轴位于所述的中轴线上。
进一步，所述似含羞草型孔簇的左侧型孔21和右侧型孔41与中轴线之间的倾斜角度为30°～60°。
进一步，所述似含羞草型孔簇的型孔(包括顶部型孔和侧型孔)的长轴和短轴之比大于1，尺寸大小为1～5mm，所述型孔包括径向型孔3和倾斜侧型孔21、41。
进一步，所述似含羞草型孔簇1中型孔的形状可以为椭圆形9、长方形12、菱形10、斜直线圆短边形11等规则图形。
左侧型孔21或右侧型孔41合称为侧型孔。本发明所述的侧型孔与中轴线成倾斜角度，是指侧型孔的长轴与所述的中轴线成倾斜角度。
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想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.一种似含羞草型孔簇端面机械密封结构，包括动环、静环，所述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，所述动环或静环至少一个端面上沿周向均匀分布有由方向性毫米级孔簇组成的形似含羞草的动压型孔簇，所述似含羞草型孔簇构成环带，所述环带设在端面上游，所述环带的下游设有光滑平面的环形密封坝，所述两个似含羞草型孔簇结构周向之间的非开孔区域构成密封堰，起到限流和静密封的作用。
2.根据权利要求1所述的一种似含羞草型孔簇端面机械密封结构，其特征在于：所述似含羞草型孔簇结构在端面上呈周期性对称排布。
3.根据权利要求2所述的一种似含羞草型孔簇端面机械密封结构，其特征在于：所述似含羞草型孔簇包含径向的中轴线，所述的中轴线的端部有径向的顶部型孔，在所述的轴线两侧有对称分布的与所述的中轴线成倾斜角度的侧型孔，同侧的侧型孔沿所述的中轴线排列成行，所述顶部型孔开设在所述的中轴线的上游侧。
4.根据权利要求3所述的一种似含羞草型孔簇端面机械密封结构，其特征在于：所述的侧型孔与中轴线之间的倾斜角度为30°～60°。
5.根据权利要求4所述的一种似含羞草型孔簇端面机械密封结构，其特征在于：所述的顶部型孔和侧型孔的长轴和短轴之比大于1，尺寸大小为1～5mm。
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