CN105202190A - 一种浅槽机械密封 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种浅槽机械密封，其特征是在动环的密封端面上，或者在静环的密封端面上设有浅槽，浅槽的底面是曲面，该曲面是由一圆周在密封环上按运动规律运动时所形成的光滑连续曲面，曲面的最低点在密封端面内周边和外周边之内，该浅槽在密封端面的外周边和内周边都没有开口，或者开口于密封端面的外周边，或者开口于密封端面的内周边。与浅槽开口于密封端面周边，且平底等深的或浅槽最低点位于密封端面周边上的浅槽机械密封相比，具有更小的泄漏率和更优良的防止固体颗粒进入密封间隙的能力。与多孔端面密封相比，流体动压效应更强，耐压能力更高，寿命更长。

Description

一种浅槽机械密封

技术领域

本发明属于机械密封领域，涉及一种浅槽机械密封，特别涉及一种在密封端面设有槽底为曲面的浅槽机械密封，适用于各种形式的泵、压缩机、分离机、膨胀机、汽轮机、发动机、反应釜等的密封。

背景技术

非接触式机械密封广泛应用于泵、压缩机、分离机、膨胀机、汽轮机、发动机、反应釜等设备。公知的非接触式机械密封，还存在不足。例如，在平的密封端面开设螺旋槽、直线槽、T型槽、U型槽、曲面槽等结构的浅槽机械密封，由于浅槽开口于密封端面的周边，槽底为平面或浅槽最低点位于密封端面的周边上，存在泄漏偏大问题，而过大的泄漏率会限制其在有毒、易燃、易爆介质等工况下的应用。此外在含有高固体颗粒场合，介质中的固体颗粒比较容易从浅槽开口处进入密封间隙，造成密封端面的磨损，影响密封的可靠性和稳定性，缩短密封的使用寿命。例如，在平的密封端面开设多孔阵列的多孔端面密封虽然具有较好的防固体颗粒进入密封间隙的能力，但是流体动压效应较差、耐压能力较低。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种在密封端面设有槽底面为曲面的浅槽机械密封。

本发明采用如下技术方案来实现：

1.一种浅槽机械密封，包括动环和静环，在动环的密封端面上，或者在静环的密封端面上设有浅槽，浅槽的底面是曲面，所述的曲面是由一圆周在密封环上按运动规律运动时所形成的光滑连续曲面，所述的曲面的最低点在密封端面内周边和外周边之内，工作时两个密封环的密封端面近乎贴合，间隙中有密封介质，转动轴带动动环相对于静环转动，密封介质通过两密封端面间的间隙泄漏。

所述的曲面的高斯曲率为正。

所述的浅槽在密封端面的外周边和内周边都没有开口。

所述的浅槽开口于密封端面的外周边。

所述的浅槽开口于密封端面的内周边。

所述的浅槽具有从内径侧向外径侧逐渐变深然后逐渐变浅的形状。

所述的浅槽还具有陡立的侧壁。

所述的浅槽具有沿周向逐渐变深然后逐渐变浅的形状。

所述的浅槽具有沿周向逐渐变深的形状。

所述的圆周的半径的范围为25~500毫米，所述的曲面最低处的深度的范围为0.5~200微米，所述的浅槽的数量的范围为2～200个。

所述的密封端面设有一组相同的、沿圆周方向按规律分布的浅槽，或者包含若干组不同的浅槽，每组沿圆周方向均匀分布。

进一步，在密封端面上还设有T型槽或圆弧槽、螺旋槽、矩形槽等常规结构形式的流槽来增强动压效应，或者还设有环槽来抑制泄漏，或者还设有导流槽来增强密封流体的流动。

本发明的有益效果主要表现在：与浅槽开口于密封端面周边，且平底等深的或浅槽最低点位于密封端面周边上的浅槽机械密封相比，具有更小的泄漏率和更优良的防止固体颗粒进入密封间隙的能力；与多孔端面密封相比，流体动压效应更强，耐压能力更高，寿命更长。

附图说明

图1是本发明给出的一种浅槽机械密封中，一种典型浅槽形状示意图。

图2是图1所示形状的俯视图。

图3是图1所示浅槽形成示意图。

图4是图3的俯视图。

图5是图3的局部放大图。

图6是本发明给出的一种浅槽机械密封中，另一种典型浅槽形状示意图。

图7是图6所示形状的俯视图。

图8是本发明给出的一种浅槽机械密封中，另一种典型浅槽形状示意图。

图9是图8所示形状的俯视图。

图10是本发明给出的一种浅槽机械密封中，另一种典型浅槽形状示意图。

图11是图10所示形状的俯视图。

图12是本发明给出的一种浅槽机械密封中，另一种典型浅槽形状示意图。

图13是图12所示形状的俯视图。

图14是本发明给出的一种浅槽机械密封中，另一种典型浅槽形状示意图。

图15是图14所示形状的俯视图。

图16是本发明给出的一种浅槽机械密封中，另一种典型浅槽形状示意图。

图17是图16所示形状的俯视图。

图18是本发明给出的一种浅槽机械密封中，另一种典型浅槽形状示意图。

图中：1密封端面外周边；2密封端面内周边；3浅槽；4圆周。

上述各三维图中，为了更直观描述浅槽形状以及其形成，放大了密封端面轴向尺寸，轴向尺寸值仅为示意性目的。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

实施例一：请参阅图1、图2、图3、图4和图5。

一种浅槽机械密封，包括动环和静环，在动环的密封端面上，或者在静环的密封端面上设有浅槽，浅槽的底面是曲面，所述的曲面是由一个直径为175毫米、与密封环平的密封端面倾斜角度为0.04弧度的圆周在密封环上按运动规律运动时所形成的光滑连续曲面，工作时两个密封环的密封端面近乎贴合，间隙中有密封介质，转动轴带动动环相对于静环转动，密封介质通过两密封端面间的间隙泄漏。所述的运动规律是倾斜于密封端面的圆周做由一个平行于密封端面的直线运动和一个垂直于密封端面的直线运动构成的复合运动。所述的曲面的高斯曲率为正。所述的曲面的最低点在密封端面中径圆周附近。所述的浅槽在密封端面的外周边和内周边都没有开口。所述的浅槽具有从内径侧向外径侧逐渐变深然后逐渐变浅的形状。所述的浅槽具有沿周向逐渐变深然后逐渐变浅的形状。

本实施例中，所述的浅槽最低处的深度为5微米，在密封端面设有一组沿圆周方向均布的、相同的浅槽，浅槽的数量为9个，这些浅槽彼此不连接，相隔一定距离。该浅槽关于密封环的径向线是大体对称的，适用于可双向旋转的机械密封。由于该浅槽在密封端面内外周边都没有开口，具有更小的泄漏率和更优良的防止固体颗粒进入密封间隙的能力。浅槽的深度在迎风侧沿周向是逐渐减小的，对密封介质有更强的压缩能力，因此动压效应更大，耐压能力更高，寿命更长。

实施例二：请参阅图6和图7。

与实施例一的区别在于浅槽的形状不同，本实施例中浅槽开口于密封端面的外周边，工作时形成径向收敛通道，能够产生静压效应，开启特性好；浅槽底面的最低点与外周边的距离为4毫米，浅槽开口处较浅，固体颗粒不容易从浅槽开口处进入密封间隙，泄漏也较小，因此具有优良的综合性能。

实施例三：请参阅图8和图9。

与实施例一的区别在于浅槽的形状不同，本实施例中浅槽开口于密封端面的内周边。

实施例四：请参阅图10和图11。

与实施例二的区别在于浅槽的形状不同。本实施例中浅槽关于密封环的径向线是明显不对称的，所述的运动规律是由倾斜于密封端面的圆周做由一个平行于密封端面的直线运动、一个垂直于密封端面的直线运动和一个绕密封环轴线的转动构成的复合运动。

实施例五：请参阅图12和图13。

与实施例一的区别在于浅槽的形状不同。本实施例中浅槽为实施例一中浅槽的一半，所述的浅槽还具有陡立的侧壁，所述的浅槽具有沿周向逐渐变深的形状。本实施例所述的浅槽机械密封在旋转轴正向旋转时侧壁在收敛区的前侧，不存在发散区，是一种无发散区的浅槽，因此单个浅槽占用周向空间减少，但动压效应没有明显变化，这样就可以通过增加槽数量来增强总的动压效应，在相同的条件下其流体膜的厚度或刚度更大，泄露更低，可靠性更高。

实施例六：请参阅图14和图15。

与实施例二的区别在于浅槽的形状不同。本实施例中浅槽为实施例二中浅槽的一半，所述的浅槽还具有陡立的侧壁，所述的浅槽具有沿周向逐渐变深的形状。

实施例七：请参阅图16和图17。

与实施例三的区别在于浅槽的形状不同。本实施例中浅槽为实施例三中浅槽的一半，所述的浅槽还具有陡立的侧壁，所述的浅槽具有沿周向逐渐变深的形状。

实施例八：请参阅图18。

本实施例中密封端面开设了两组浅槽，一组为实施例六所述的浅槽，另一组为实施例七所述的浅槽。

实施例一至实施例八中，每组浅槽都示意性地开设9个，实际上，根据不同的密封压力和泄漏量要求，在密封端面上开设浅槽的数量可为2~200个，或更多。当然，根据密封尺寸的不同，所述的浅槽的数量一般也有所不同，通常尺寸越大则数量越多。

本说明书所述的一个垂直于密封端面的直线运动，只是用于说明目的，本领域技术人员可以将其变形为一个与密封端面倾斜的直线运动。本说明书所述的一个平行于密封端面的直线运动，也只是用于说明目的，本领域技术人员可以将其变形为一个与密封端面倾斜的直线运动。

可以理解的是，采用同一运动规律时，通过改变圆周半径、各轴联动关系、各轴初始位置和各轴终止位置，可以改变所形成的浅槽形状，即采用同一种运动规律形成的浅槽可能有多种形状，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状，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通过改变圆周半径、各轴联动关系、各轴初始位置和各轴终止位置所能够得到的各种形状。

可以理解的是，采用不同运动规律时，通过选择适当的圆周半径、各轴联动关系、各轴初始位置和终止位置，形成的浅槽可能有相似的形状，本发明的保护范围不应当被视为某种浅槽形状只能由一特定的运动规律实现。

可以理解的是，本说明书所述的运动规律的具体实现形式仅仅是对发明构思实现形式的举例，只是用于说明目的，本发明的保护范围不应当被视为所陈述的具体实现形式，本领域技术人员还可以通过运动的增加、简化或者变形得到更多的实现形式，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通过运动的合成、简化或者变形得到的其它实现形式。

可以理解的是，本发明的浅槽机械密封适用于各种形式的机械密封，例如内流式密封、外流式密封或者上游泵送机械密封。

Claims (10)

1.一种浅槽机械密封，包括动环和静环，在动环的密封端面上，或者在静环的密封端面上设有浅槽，浅槽的底面是曲面，工作时两个密封环的密封端面近乎贴合，间隙中有密封介质，转动轴带动动环相对于静环转动，密封介质通过两密封端面间的间隙泄漏，其特征在于：所述的曲面是由一圆周在密封环上按运动规律运动时所形成的光滑连续曲面，所述的曲面的最低点在密封端面内周边和外周边之内。

2.根据权利要求1所述的浅槽机械密封，其特征在于，所述的曲面的高斯曲率为正。

3.根据权利要求1或2所述的浅槽机械密封，其特征在于，所述的浅槽在密封端面的外周边和内周边都没有开口。

4.根据权利要求1或2所述的浅槽机械密封，其特征在于，所述的浅槽开口于密封端面的外周边。

5.根据权利要求1或2所述的浅槽机械密封，其特征在于，所述的浅槽开口于密封端面的内周边。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的浅槽机械密封，其特征在于，所述的浅槽具有从内径侧向外径侧逐渐变深然后逐渐变浅的形状。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的浅槽机械密封，其特征在于，所述的浅槽还具有陡立的侧壁。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的浅槽机械密封，其特征在于，所述的浅槽具有沿周向逐渐变深然后逐渐变浅的形状。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的浅槽机械密封，其特征在于，所述的浅槽具有沿周向逐渐变深的形状。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的浅槽机械密封，其特征在于，在密封端面上还设有T型槽或圆弧槽、螺旋槽、矩形槽等常规结构形式的流槽来增强动压效应，或者还设有环槽来抑制泄漏，或者还设有导流槽来增强密封流体的流动。