CN104235381A - 一种带有储液槽的动静压结合机械密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明是一种将流体动压与静压相结合的机械密封端面结构，包括动环和静环，所述动环或静环密封端面上开设有周向对称分布的动压槽和储液槽，在密封环上开设引流孔，将密封腔内介质引入储液槽内。该机械密封端面结构可以减少动压型机械密封缓冲液的使用，省去缓冲液补给装置和二级密封装置，降低机械密封使用成本，同时动静压的结合可以产生较大的开启力，形成稳定液膜，大大改善其密封润滑性能，满足变工况下的密封要求。

Description

一种带有储液槽的动静压结合机械密封结构

技术领域

本发明涉及流体机械密封技术，具体的说是一种带有储液槽的动静压结合机械密封结构。

背景技术

在现有技术中，为了实现机械密封的非接触和零泄漏，出现了各种利用流体动静压效应和泵送效应的机械密封，其中包括干气密封和上游泵送机械密封。其中，“上游泵送机械密封”概念由约翰克兰公司在1968年第十一届国际泵讨论会上提出，其工作原理是在密封动环端面开设流体动压槽，动压槽型多为螺旋线型、圆弧线型、直线型、T字型、人字型等，流体动压槽在旋转条件下将低压侧泄露液体或缓冲液体泵送至上游高压侧，并利用动压效应来使端面分离开。中国专利101985981A公布了一种动静压结合的斜直线槽机械密封结构，利用动静压效应形成足够厚度的液膜。美国专利US4212475公布了一种单列螺旋槽的流体动静压结合型非接触式机械密封。中国专利102927287A公布了一种具有组合流体型槽结构的机械端面密封，适用于流体粘度范围较宽的工况。中国专利103267132A提出了一种自泵送流体动压型机械密封，具有良好的自润滑、自冲洗、抗同体颗粒干扰能力。

上述专利动压槽型的设计皆未考虑压差流和黏性剪切流所造成的泄漏量差值问题。这是因为上游泵送机械密封在工作时，在外径与内径压力差的作用下，高压被密封液体产生方向由外向内的压差流Qp，而流体动压槽动压效应所产生的粘性剪切流Qs的方向由内径指向外径，与压差流Qp的方向相反。当Qp＝Qs时，可实现零泄漏，这是理想状态下的工作情况。更多情况下，Qp一般不等于Qs，当Qp＞Qs时，将发生泄漏，动压槽不符合设计要求，需要重新设计。当Qp＜Qs时，低压侧流体将被泵送至高压侧，若低压侧没有缓冲液，则不能形成稳定的液膜。为此，上游泵送机械密封在工作时，常需要增设缓冲液和二级密封装置，这时就增加了密封成本。而且在一些特殊场合下，如化工制药业等，对密封液纯度有着较高的要求，这就要求不能将外界缓冲液泵入到密封腔内，这些原因制约着上游泵送机械密封的生产应用。

发明内容

本发明的目的就是弥补现有技术上的不足而提出的一种合理提供缓冲液，增大开启力，在密封端面形成稳定液膜的流体动静压结合机械密封结构。

本发明为实现上述目的，主要涉及密封环的端面改型问题，其特征在于：在机械密封环上依次开设动压槽1、储液槽2、引流孔3。其中，动压槽1槽型可以是螺旋线型、圆弧线型、直线型、T字型、人字型或不同线型的组合，动压槽1槽深为3～8μm，槽数为6～20个。储液槽2位于动压槽1的槽根处，储液槽2可以采用连续的圆环槽或间断的圆弧槽，槽底截面形状可以是矩形、圆形、三角形等，槽深为0.5～10mm。储液槽2底部与引流孔3相连通，引流孔3孔当量孔径为0.1～5mm，孔型为圆形、椭圆形、三角形、四边形及多边形或者它们间的组合，引流孔3另一端与密封腔相连通。通过引流孔3，密封腔内液体被送入到储液槽2内，同时还可以为动压槽1提供泵送液，使动静环间能形成稳定液膜，保证密封的稳定性。

本发明的效果主要是：(1)在停车状态时，密封介质可以通过引流孔3直接注入到机械密封端面间，利用密封介质的静压效应使得密封端面分离，从而减少开停车时引起的端面摩擦磨损。(2)该机械密封端面结构的使用，可以为动压槽1提供稳定的缓冲液，省去外界提供的缓冲液和装置以及二级辅助密封装置，简化密封结构，降低密封成本以及减少缓冲液对密封液的稀释或污染。此外，动静压效应结合能够产生较大的开启力，形成稳定厚度的液膜，从而大大改善密封润滑性能，延长机械密封的使用寿命。

附图说明

图1本发明的机械密封端面槽型结构示意图

图2本发明的密封环端面槽型结构A-A剖面示意图

1-动压槽；2一储液槽；3一引流孔。

具体实施方式

本发明中的带有储液槽的动静压结合机械密封结构，其中动压槽1和储液槽2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动压槽1和储液槽2，如图1所示。动压槽1槽型为对数螺旋线，槽深为3μm，个数为8个，储液槽2为连续的圆弧槽，分布在动压槽1的泵入端，槽深为5mm，引流孔3孔径为1.5mm，个数为16个，分别分布在动压槽的槽根两侧，引流孔3一端与储液槽2底部相连，另一端与密封腔相连通，具体结构如图2所示。

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 (4)

1.一种带有储液槽的动静压结合机械密封结构，其特征是在机械密封动环或静环端面上依次开设动压槽1和储液槽2，在相应的动环或静环背部或侧面开设引流孔3，与储液槽2连通，引流孔3将密封腔内液体引入储液槽2内，为动压槽1提供缓冲液，有助于形成稳定的液膜。

2.根据权利要求1所述的带有储液槽的动静压结合机械密封结构，其特征在于：动压槽1槽型可以是螺旋线型、圆弧线型、直线型、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所述的带有储液槽的动静压结合机械密封结构，其特征在于：储液槽2开设在动环或静环密封端面上，位于动压槽1泵入端，槽型为连续的圆环槽或间断的圆弧槽，槽深为0.5～10mm，槽底截面形状可以是矩形、圆形、三角形等。

4.根据权利要求1所述的带有储液槽的动静压结合机械密封结构，其特征在于：引流孔3一端与储液槽2相连通，另一端与密封腔相连通，可将密封液引入储液槽2内，孔型为圆形、椭圆形、三角形、四边形及多边形或者它们间的组合，孔当量直径为0.1～5mm，与储液槽2宽度相等，引流孔3数量为1～100个。