CN1067753C - 双环带螺旋槽端面密封 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双环带螺旋槽端面密封，其特征是：在非补偿环的密封端面上设置一组螺旋槽，在螺旋槽的外侧和内侧各有一平面环带；补偿环端面的外径大于螺旋槽的外径，其内径小于螺旋槽的内径，从而形成带有双环带的螺旋槽端面密封。其主要优点是：具有更佳的防颗粒性能和停车密封性能，密封平衡比的选择余地更大。该密封可与浮环密封组合在一起成为浮环-螺旋槽端面组合密封。该密封可以用于各种旋转轴的轴端密封。

Description

双环带螺旋槽端面密封
本发明涉及一种旋转轴的轴端密封装置，尤其是用于各种压缩机、泵、反应釜搅拌器等旋转机械的非接触式双环带螺旋槽端面密封装置。
到目前为止，文献中已有的单向螺旋槽端面密封，其密封端面上都只有一个不开槽的平面环带，该环带或者位于螺旋槽的内径侧，或者位于螺旋槽的外径侧。在中国专利CN1082154A“改进的机械端面密封系统”中公开了一种内径加压的机械端面密封件，该发明中在与主环密封表面对峙的配合环密封表面(即本发明中的非补偿环密封端面)上的螺旋槽的外径侧有一不开槽的平面环带，即与外径相邻的密封堰；虽然在螺旋槽内径侧也有一不开槽的环形带，它提供了一个平滑的表面，但是，它不是与主环(即本发明中的补偿环)相贴合的密封堰，而是保证与该平滑表面相接触的O形圈能有效的进行密封的平滑表面。因此，实质上该发明在补偿环和非补偿环之间形成的密封端面上只有一道密封堰。
图1为平面环带在内侧的单向螺旋槽端面密封的旋转非补偿环视图，其旋向为顺时针方向。这是一种流体动静压结合型螺旋槽端面密封，主要用作干式气体密封(见USA.Patant 4,212,475)。
图2也是平面环带在内径侧的单向螺旋槽端面密封的旋转非补偿环视图，不过其旋向与图1相反，为逆时针方向。这是一种纯流体动压型螺旋槽端面密封(见Journal ofLubrication Technology,April,1968,P.450)。
图3所示为平面环带位于螺旋槽外侧的单向螺旋槽端面密封的旋转非补偿环视图，其旋向为逆时针方向。这种密封是流体动静压结合型的上游泵汲螺旋槽端面密封(见USA.Patant 4,290,611)。
图4所示也是平面环带位于螺旋槽外侧的单向螺旋槽端面密封的旋转非补偿环视图，不过其旋向与图3相反，为顺时针方向。这是一种纯流体动压型单向螺旋槽端面密封(见Journal of Lubrication Technology,April,1968,p.450)。
以上所述文献中已有的单向螺旋槽端面密封都只有一个平面环带，它或者位于螺旋槽的内径侧，或者位于螺旋槽的外径侧。在纯流体动压型密封中，该平面环带起防止二次泄漏和停车密封作用；在流体动静压结合型密封中，该平面环带起节流和停车密封作用。这些密封的不足之处是：第一，密封流体中若存在尺度小于螺旋槽深度h1与端面间隙h2之和h0，但大于端面间隙h2的颗粒杂质(见图5)，则会造成密封端面的磨粒磨损；第二，对于纯流体动压型单向螺旋槽端面密封而言，密封平衡比b的选择受到停车密封性能的限制(b=(R3 2-Rb 2)/(R3 2-R0 2)，见附图6和附图7)。
本发明的目的在于提出一种新型螺旋槽端面密封，以克服上述密封的缺点，从而具有更佳的防颗粒性能和停车密封性能，密封平衡比的选择余地更大。
本发明的目的是这实现的：
一种双环带螺旋槽端面密封，包括补偿环、非补偿环、副密封圈、弹簧、防转销、静密封圈、轴套、壳体；补偿环与非补偿环相互对峙安装，其对峙的二个面均为密封端面，在非补偿环密封端面上有一组螺旋槽；螺旋槽与密封端面边缘之间有一个不开槽的平面环带，其特征是：在所述非补偿环的密封端面上还设有一个不开槽的平面环带，所述平面环带位于螺旋槽的外径侧和内径侧；补偿环密封端面的外径大于螺旋槽的外径，补偿环密封端面的内径小于螺旋槽的内径，从而形成带有双环带的螺旋槽端面密封。
端面上的螺旋槽是单向螺旋槽，或者是人字螺旋槽。
端面上螺旋槽的型线是现有的平面曲线或直线，该线的螺旋角α的范围为0°＜α＜90°。
内环带或外环带的径向宽度范围为0.1～15mm。
该密封与浮环密封组合在一起成为浮环-螺旋槽端面组合密封。
与已有的单环带单向螺旋槽端面密封相比，本发明有以下几个优点：
第一，双环带中的一个环带可以起防颗粒坝的作用，防止尺度小于螺旋槽深度h1与端面间隙h2之和h0，但大于端面间隙h2的颗粒杂质进入密封端面之间而引起磨粒磨损。第二，停车密封效果更佳。第三，由于停车密封性能的改进，密封端面平衡比b选取的余地更大，特别是对纯流体动压型密封来说这一点更为重要。第四，纯流体动压型的双环带螺旋槽端面密封与浮环密封组合在一起之后，可以发挥各自的优势，实现高速、高压、微泄漏、微磨损和长寿命。第五，本发明密封的适用范围更广：既可以是纯流体动压型的，又可以是流体动静压结合型；既可以是由内侧向外侧泵汲，又可以由外侧向内侧泵汲；既可以上游泵汲，又可以下游泵汲；既可以液体润滑，又可以气体润滑。
现对附图说明如下：
图1是单环带在内侧的流体动静压结合型单向螺旋槽端面密封的密封端面视图。
图2是单环带在内侧的纯流体动压型单向螺旋槽端面密封的密封端面视图。
图3是单环带在外侧的流体动静压结合型上游泵汲单向螺旋槽端面密封的密封端面视图。
图4是单环带在外侧的纯流体动压型单向螺旋槽端面密封的密封端面视图。
图5是螺旋槽深度与端面间隙示意图。
图6是双环带螺旋槽端面密封结构视图。
图7是浮环-双环带螺旋槽端面组合密封结构视图。
图8是双环带单向螺旋槽端面密封的非补偿环端面视图。
图9是双环带人字螺旋槽端面密封的非补偿环端面视图。
图10是螺旋槽型线示意图。
在以上附图中，符号含义如下：
h1-螺旋槽深度。
h2-端面间隙。
h0-螺旋槽深度h1与端面间隙h2之和，
h0=h1+h2。
Rb-密封平衡半径。
R1-螺旋槽内半径。
R2-螺旋槽外半径。
Rh-人字螺旋槽中正反螺旋槽交汇半径。
R0-补偿环端面内半径。
R3-补偿环端面外半径。
α-螺旋角
b-密封平衡比，
b=(R3 2-Rb 2)/(R3 2-R0 2)。
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
图6是实施本发明的双环带螺旋槽端面密封的结构视图。该密封包括非补偿环1、补偿环2、副密封圈3、弹簧4、推环5、防转销6、壳体7、轴套8、旋转轴9和静止密封圈10。补偿环2与非补偿环1相互对峙地安装，二个对峙面都是圆环形平面(参见图8.图9)，而且垂直于非补偿环的内孔中心线，该二面均为密封端面，在非补偿环1上与补偿环2相配合的密封端面上加工一组螺旋槽。本发明的特征在于：在非补偿环的密封端面上的螺旋槽的内径侧以及外径侧各有一个不开槽的平面环带。补偿环密封端面的内半径R0小于螺旋槽的内半径R1，补偿环密封端面的外半径R3大于螺旋槽的外半径R2。R1与R0之间的平面环带为内环带，R3与R2之间的平面环带为外环带。当该密封作为下游泵汲的流体动静压结合型密封而工作时，密封流体被由外向内泵汲，此时内环带起节流和停车密封作用，外环带则主要起防颗粒的作用兼起停车密封作用。
图7是本发明浮环-双环带螺旋槽端面组合密封的结构视图。浮环密封位于大气侧，起节流作用。双环带螺旋槽端面密封位于被密封气体侧，它是作为由内向外上游泵汲的纯流体动压型密封而工作的，其内环带起停车密封和防止二次泄漏的作用，外环带则主要起防颗粒作用兼起停车密封作用。该组合密封的优点是可以实现高速、高压、微泄漏、微磨损和长寿命。
在本发明双环带螺旋槽端面密封中，螺旋槽既是单向旋转槽(见图8)，或者是人字螺旋槽(见图9)。
在本发明的双环带螺旋槽端面密封中，螺旋槽的型线是平面曲线或直线，例如：等角螺旋线(即对数螺旋线)、阿基米德螺旋线、圆弧线、斜直线，该线的螺旋角α的范围为0°＜α＜90°。螺旋角的定义(参照图10)如下：设曲线(或直线)从内径R1处的A点(或A′点)开始，到外径R2处的B点(或B′点)为止，在R1与R2之间的任意半径R处的同心圆与该曲线相交于P点(或P′点)，在该点曲线的切线(或直线本身)与同心圆的切线之间的夹角α即定义为螺旋角。从密封性能方面看，等角螺旋线是最佳的；从制造方面看，斜直线是最简单的。但是密封端面上非补偿环外圆的同心圆(此线的螺旋角α=0°)和通过非补偿环圆心的径向直线(此线的螺旋角α=90°)不包括在本发明中。
在本发明双环带螺旋槽端面密封中，非补偿环可以是旋转的，也可以是静止的。密封的总体布局除上述的浮环-双环带螺旋槽端面组合密封之外，还可以有多种方式：单端面密封、双端面密封、两级串联密封和三级串联密封等。从工作原理来看，本发明的密封既可以是纯流体动压型的，又可以是流体动静压结合型的；既可以上游泵汲，又可以下游泵汲；既可以由内向外泵汲，又可以由外向内泵汲；既可以液体润滑，又可以气体润滑。本发明可用于各种压缩机、泵、反应釜搅拌器等旋转轴的轴端密封。

Claims (8)

1．一种双环带螺旋槽端面密封，包括补偿环、非补偿环、副密封圈、弹簧、防转销、静密封圈、轴套、壳体；补偿环与非补偿环相互对峙安装，其对峙的二个面均为密封端面，在非补偿环密封端面上有一组螺旋槽；螺旋槽与密封端面边缘之间有一个不开槽的平面环带，其特征是：在所述非补偿环的密封端面上还设有一个不开槽的平面环带，所述平面环带位于螺旋槽的外径侧和内径侧；补偿环密封端面的外径大于螺旋槽的外径，补偿环密封端面的内径小于螺旋槽的内径，从而形成带有双环带的螺旋槽端面密封。
2．根据权利要求1所述的双环带螺旋槽端面密封，其特征是：密封端面上的螺旋槽是单向螺旋槽。
3．根据权利要求1所述的双环带螺旋槽端面密封，其特征是：密封端面上的螺旋槽是人字螺旋槽。
4．根据权利要求1所述的双环带螺旋槽端面密封，其特征是：密封端面上螺旋槽的型线是平面曲线，该线的螺旋角α的范围为0°＜α＜90°。
5．根据权利要求1所述的双环带螺旋槽端面密封，其特征是：密封端面上螺旋槽的型线是直线，该线的螺旋角α的范围为0°＜α＜90°。
6．根据权利要求1所述的双环带螺旋槽端面密封，其特征是：内环带的径向宽度范围为0.1～15mm。
7．根据权利要求1所述的双环带螺旋槽端面密封，其特征是：外环带的径向宽度范围为0.1～15mm。
8．根据权利要求1所述的双环带螺旋槽端面密封，其特征是：该密封可与浮环密封组合在一起成为浮环-螺旋槽端面组合密封。
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