CN104235371B

CN104235371B - 一种闪电型槽端面机械密封结构

Info

Publication number: CN104235371B
Application number: CN201410445439.5A
Authority: CN
Inventors: 孟祥铠; 高斌超; 马学忠; 沈明学; 彭旭东
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2034-09-03
Also published as: CN104235371A

Abstract

一种闪电型槽端面机械密封结构，包括机械密封的动环、静环，动环和静环中至少一个密封环的端面上设有多个沿端面圆周均布的闪电型槽，闪电型槽位于端面高压侧即上游；每个闪电型槽包括至少一个四边形导流槽、至少一个小四边形连接槽和一个四边形或三角形尾槽，每个闪电型槽为导流槽和连接槽从上游侧至下游侧依次交替分布，端面下游侧导流槽位于上游侧导流槽迎风侧，通过连接槽连接，尾槽位于闪电型槽末端，通过连接槽与导流槽连接；闪电型槽之间沿端面周向未开槽区域形成密封堰，闪电型槽下游位置设有一连续环形密封坝。本发明有益效果是：沿端面径向形成多个高压区，将密封端面分开并形成稳定的流体膜，减小端面摩擦程度，减小泄漏量，延长寿命。

Description

一种闪电型槽端面机械密封结构

技术领域

本发明涉及一种闪电型槽端面机械密封结构，特别适用于各种压缩机、泵和釜用搅拌器等旋转流体机械的轴端液体密封装置。

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。近年来利用表面微织构的减磨耐磨作用提高密封端面的耐磨性和使用寿命的表面纹理技术得到了较快的发展。EtsionI最先发明了一种多(微)孔端面密封应用于泵类液体轴端密封装置。目前国内外已有多项此类专利，比如01102213.2“可双向旋转的螺旋槽端面密封装置”和200610049841.7“耐磨型机械端面密封结构”，但是由于目前专利中所设计表面织构的流体动压效应有限，使机械密封流体膜的承载能力或端面保持非接触的能力有限，容易发生端面的接触磨损，很大程度上抵消了表面织构的减磨优势，造成启停效果差、端面磨损和使用寿命短。

发明内容

为了克服已有技术中密封的流体动压效应以及流体膜的承载能力有限、启停效果差的缺点，本发明提供一种能减小密封端面的磨损程度，增强表面织构的减磨优势，减小泄漏量，延长机械密封的闪电型槽端面机械密封结构。

本发明所述的一种闪电型槽端面机械密封结构，包括机械密封的动环、静环，其特征在于：所述的动环和静环中至少一个密封环的端面上设有多个沿端面圆周均布的闪电型槽，所述的闪电型槽位于端面高压侧即上游；每个所述的闪电型槽包括至少一个四边形导流槽、至少一个小四边形连接槽和一个四边形或三角形尾槽，每个所述的闪电型槽排布为导流槽和连接槽从上游侧至下游侧依次交替分布，端面下游侧的导流槽位于上游侧导流槽的迎风侧，通过连接槽进行连接，并且尾槽位于闪电型槽的末端，通过连接槽与导流槽连接；每个所述的闪电型槽均沿端面径向排列，并且位于末尾的尾槽与端面圆心的距离最近；所述的导流槽、连接槽和尾槽有两条侧壁线和两条圆弧线，所述的导流槽、连接槽和尾槽上游侧和下游侧的圆弧线为与内外径轮廓线为同心圆的圆弧线，所述的尾槽下游侧的圆弧线长度大于等于零；所述的闪电型槽之间沿端面周向未开槽区域形成用于限流和静密封的密封堰，所述的闪电型槽下游的位置设有一连续的环形密封坝。

进一步，所述的导流槽、连接槽和尾槽的侧壁型线为螺旋线或圆弧线或直线。

进一步，所述的闪电型槽的最大周向弧长对应的圆心角θ₁与相邻密封堰的最大周向弧长对应的圆心角θ₂之比θ₁/θ₂＝0.5～2，优选范围为0.8～1.5。

进一步，所述的导流槽、连接槽和尾槽的深度h＝2～50μm，优选范围为5～30μm；所述的导流槽和尾槽的深度沿径向相等或从端面上游至下游递减。

进一步，所述的导流槽的径向宽度l_dd＝0.5～2mm，优选范围为0.8～1.5mm；所述的导流槽的最大周向弧长l_dc＝1～4mm且沿径向从上游侧至下游侧逐渐减小，优选范围为2～3mm。

进一步，所述的连接槽的径向宽度l_ld＝0.1～0.4mm，优选范围为0.1～0.3mm；所述的连接槽的最大周向弧长l_lc＝0.2～0.5mm，优选范围为0.25～0.4mm；所述的连接槽迎风侧和背风侧深度沿径向与所连接导流槽的深度相等。

进一步，所述的尾槽径向宽度l_wd＝0.2～1mm，优选范围为0.3～0.8mm；所述的尾槽的最大周向弧长l_wc＝0.4～1mm，优选范围为0.5～0.8mm。

进一步，所述的尾槽下游侧型线的长度大于等于零。

进一步，所述的导流槽的个数n的取值范围为：2≤n≤30，优选范围为：8≤n≤20。

进一步，上游侧导流槽的进液角θ₃＝10～70°，优选范围为10°～45°。

进一步，n个所述的导流槽的面积为相等或从端面上游至下游递减。

利用本发明所述的一种闪电型槽机械密封端面结构仅适用于单方向旋转机械。

本发明的工作原理：闪电型槽密封端面在启动阶段能够快速汲取密封腔内的密封介质进入导流槽，在导流槽末端产生高压区，将密封端面分开并形成稳定的流体膜，避免了启动阶段的剧烈磨损。闪电型槽具有多个导流槽，能够沿径向形成多个高压区，增强了流体膜的动压效应，增大密封开启力，保证密封运行的稳定性。导流槽与导流槽之间由连接槽进行连接，通过连接槽将上游的高压介质引入下游的导流槽。导流槽可吸纳进入密封端面的较大颗粒的磨料，避免磨料对密封端面的磨损。同时，位于上游的导流槽可存储大量的密封介质，在密封腔介质供应不稳定或不足时，为下游的导流槽提供充足的密封介质，保证足够的流体膜刚度，提高密封运行的稳定性，避免运行中密封端面的直接接触和剧烈磨损。位于下游的尾槽则起到对上游泄漏介质进行存储的作用，避免大量的流体泄漏，同时在尾槽末端形成高压区。另外，位于下游的密封坝能够在运行过程中和停车阶段起到阻碍流体泄漏的作用。

本发明的有益效果是：

1.闪电型槽密封端面在启动阶段能够快速汲取密封腔内的密封介质进入导流槽，在导流槽末端产生高压区，将密封端面分开并形成稳定的流体膜，避免了启动阶段的剧烈磨损；

2.闪电型槽具有多个导流槽，能够沿径向形成多个高压区，增强了流体膜的动压效应，增大密封开启力，保证密封运行的稳定性；

3.导流槽可吸纳进入密封端面的较大颗粒的磨料，避免磨料对密封端面的磨损；

4.位于上游的导流槽可存储大量的密封介质，在密封腔介质供应不稳定或不足时，为下游的导流槽提供丰富的密封介质，保证足够的流体膜刚度，提高密封运行的稳定性，避免运行中密封端面的直接接触和剧烈磨损；

5.位于下游的尾槽则起到对上游泄漏介质进行存储的作用，避免大量的流体泄漏，同时在尾槽末端形成高压区。

附图说明

图1是本发明实施例1的端面结构示意图。

图2是本发明实施例1的闪电型槽结构示意图。

图3是本发明实施例1的导流槽结构示意图。

图4是本发明实施例1的连接槽结构示意图。

图5是本发明实施例1的尾槽结构示意图。

图6是本发明实施例2的端面结构示意图(其中A、C代表下游侧，B、D代表上游侧)。

图7是本发明实施例3的导流槽和尾槽深度变化示意图。

图8是本发明实施例4的端面结构示意图。

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1参照图1、图2、图3、图4和图5，一种闪电型槽机械密封端面结构，包括机械密封的动环、静环，所述的动环和静环中至少一个密封环的端面上设有多个沿端面圆周均布的闪电型槽，所述的闪电型槽位于端面高压侧即上游；每个所述的闪电型槽包括至少一个四边形导流槽1、至少一个小四边形连接槽2和一个四边形或三角形的尾槽3，每个所述的闪电型槽排布为导流槽1和连接槽2从上游侧至下游侧依次交替分布，端面下游侧的导流槽位于上游侧导流槽的迎风侧，通过连接槽2进行连接，并且尾槽3位于闪电型槽的末端，通过连接槽2与导流槽1连接；每个所述的闪电型槽均沿端面径向排列，并且位于末尾的尾槽与端面圆心的距离最近；所述的导流槽1、连接槽2和尾槽3有两条侧壁线(11、12、21、22、31、32)和两条圆弧线(13、14、23、24、33、34)，所述的导流槽1、连接槽2和尾槽3上游侧圆弧线(13、23、33)和下游侧圆弧线(14、24、34)为与内外径轮廓线为同心圆的圆弧线，所述的尾槽3下游侧圆弧线34的长度为大于零；所述的闪电型槽之间沿端面周向未开槽区域形成用于限流和静密封的密封堰4，所述的闪电型槽下游的位置设有一连续的环形密封坝5。

所述的导流槽1、连接槽2和尾槽3的侧壁型线(11、12、21、22、31、32)为直线。

所述的闪电型槽的最大周向弧长对应的圆心角θ₁与相邻密封堰的最大周向弧长对应的圆心角θ₂之比θ₁/θ₂＝0.5～2，优选范围为0.8～1.5。

所述的导流槽1、连接槽2和尾槽3的深度h＝2～50μm，优选范围为5～30μm；所述的导流槽1和尾槽3的深度沿径向相等。

所述的导流槽1的径向宽度l_dd＝0.5～2mm，优选范围为0.8～1.5mm；所述的导流槽1的最大周向弧长l_dc＝1～4mm且沿径向从上游侧至下游侧逐渐减小，优选范围为2～3mm。

所述的连接槽2的径向宽度l_ld＝0.1～0.4mm，优选范围为0.1～0.3mm；所述的连接槽2的最大周向弧长l_lc＝0.2～0.5mm，优选范围为0.25～0.4mm；所述的连接槽迎风侧22深度和背风侧21深度沿径向与所连接导流槽的深度相等。

所述的尾槽3径向宽度l_wd＝0.2～1mm，优选范围为0.3～0.8mm；所述的尾槽3的最大周向弧长l_wc＝0.4～1mm，优选范围为0.5～0.8mm。

所述的导流槽1的个数n的取值范围为：2≤n≤30，优选范围为：8≤_n≤20。

所述的上游侧导流槽1的进液角θ₃＝10～70°，优选范围为10°～45°。

所述的n个导流槽1的面积为相等。

实施例2

参照图6，本实施例与实施例一的不同之处在于，所述的导流槽1、连接槽2和尾槽3的侧壁型线(11、12、21、22、31、32)为螺旋线(6和7)或圆弧线(8和9)，所述的尾槽3下游侧型线34的长度等于零(6和9)或大于零(7和8)，其余结构和实施方式与实施例1相同。

实施例3

参照图7，本实施例与实施例1的不同之处在于，所述的导流槽1和尾槽3的深度从端面上游至下游逐渐递减，呈阶梯状递减或直线递减，其余结构和实施方式与实施例1相同。

实施例4

参照图8，本实施例与实施例1的不同之处在于，所述的n个导流槽1的面积从端面上游至下游逐渐递减，其余结构和实施方式与实施例1相同。

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

1.一种闪电型槽端面机械密封结构，包括机械密封的动环、静环，其特征在于：所述的动环和静环中至少一个密封环的端面上设有多个沿端面圆周均布的闪电型槽，所述的闪电型槽位于端面高压侧即上游；每个所述的闪电型槽包括至少一个四边形导流槽、至少一个小四边形连接槽和一个四边形或三角形的尾槽，每个所述的闪电型槽结构为导流槽和连接槽从上游侧至下游侧依次交替分布，端面下游侧的导流槽位于上游侧导流槽的迎风侧，并通过连接槽相连接，并且尾槽位于闪电型槽的末端，通过连接槽与导流槽连接；每个所述的闪电型槽均沿端面径向排列，并且位于末尾的尾槽与端面圆心的距离最近；所述的导流槽、连接槽和尾槽有两条侧壁线和两条圆弧线，所述的导流槽、连接槽和尾槽上游侧和下游侧的圆弧线为与内外径轮廓线为同心圆的圆弧线，所述的尾槽下游侧的圆弧线长度大于等于零；所述的闪电型槽之间沿端面周向未开槽区域形成用于限流和静密封的密封堰，所述的闪电型槽下游的位置设有一连续的环形密封坝。

2.如权利要求1所述的一种闪电型槽端面机械密封结构，其特征在于：所述的导流槽、连接槽和尾槽的侧壁型线为螺旋线或圆弧线或直线。

3.如权利要求1所述的一种闪电型槽端面机械密封结构，其特征在于：所述的闪电型槽的最大周向弧长对应的圆心角θ₁与相邻密封堰的最大周向弧长对应的圆心角θ₂之比θ₁/θ₂＝0.5～2。

4.如权利要求2所述的一种闪电型槽端面机械密封结构，其特征在于：所述的导流槽、连接槽和尾槽的深度h＝2～50μm；所述的导流槽和尾槽的深度沿径向相等或从端面上游至下游递减。

5.如权利要求4所述的一种闪电型槽端面机械密封结构，其特征在于：所述的导流槽的径向宽度l_dd＝0.5～2mm；所述的导流槽的最大周向弧长l_dc＝1～4mm且沿径向从上游侧至下游侧逐渐减小。

6.如权利要求4所述的一种闪电型槽端面机械密封结构，其特征在于：所述的连接槽的径向宽度l_ld＝0.1～0.4mm；所述的连接槽的最大周向弧长l_lc＝0.2～0.5mm；所述的连接槽迎风侧和背风侧深度沿径向与所连接导流槽的深度相等。

7.如权利要求4所述的一种闪电型槽端面机械密封结构，其特征在于：所述的尾槽径向宽度l_wd＝0.2～1mm；所述的尾槽的最大周向弧长l_wc＝0.4～1mm。

8.如权利要求5所述的一种闪电型槽端面机械密封结构，其特征在于：所述的导流槽的个数n的取值范围为：2≤n≤30。

9.如权利要求8所述的一种闪电型槽端面机械密封结构，其特征在于：上游侧导流槽的进液角θ₃＝10～70°。

10.如权利要求8所述的一种闪电型槽端面机械密封结构，其特征在于：n个所述的导流槽的面积为相等或从端面上游至下游递减。