CN107110369A - 机械端面密封件 - Google Patents

Abstract

本文描述了一种机械端面密封件和使用该机械端面密封件的方法。所述机械端面密封件包括多个槽组，所述多个槽组被蚀刻到固定密封件和/或旋转密封环中。所述多个槽组中的每一个包括进给槽、收集槽、分配槽、收集器、保持腔和排出槽。所述机械端面密封件可用于减少在操作期间由固定密封件和旋转密封环产生的摩擦。另外，所述槽组协同作用，以在密封界面之间引入润滑剂并使润滑剂循环和排出，从而促进密封件的冷却。

Description

机械端面密封件

技术领域

本文公开的实施例总体上涉及机械端面密封件和用于减少所述机械端面密封件的旋转密封件和固定密封件之间的摩擦的方法。

背景技术

机械端面密封件通常用于密封两个部件，其中一个部件可以是固定密封件，另一个部件可以是旋转密封件。在这种情况下，机械端面密封件的常见故障模式是由于旋转密封件和固定密封件之间的高摩擦所导致的过热。旋转密封件和固定密封件之间的摩擦通常受诸如静态负荷和材料副(material pair)的因素的影响。理想的机械密封件的设计改进是减少对这些因素的依赖从而避免过热。

发明内容

本文所描述的实施例涉及一种机械端面密封件和通过使用所述机械端面密封件减少两个密封件之间的摩擦的方法。

通常，所述机械端面密封件包括槽组，槽组配置成从密封件的内部接收润滑剂，引导润滑剂通过槽组以抵消密封件上的压力负荷，并且将润滑剂排放到密封件的外部。使用该机械端面密封件可减少摩擦和从密封界面携带的热量。此外，本文所描述的机械端面密封件可以对润滑剂的正常流动趋势进行重定向，从而减少润滑剂从机械端面密封件的泄漏。

注意，术语“密封件的外部”是指周围环境，而术语“密封件的内部”是指：(1)与“密封件的外部”相比而言的密封件的较高压力侧；和/或(2)润滑剂源的一侧。注意，在一些实例中，润滑剂源的一侧可以具有低于“密封件的外部”的压力，例如，低于环境压力。还应注意，“密封件的内部”可以是相对于密封件的外表面而言的外侧，或相对于密封件的外表面而言的内侧，这取决于外侧和内侧中的哪一个暴露于制冷剂气体和压缩机润滑剂的压力。类似地，“密封件的内部”可以是外侧或内侧，这取决于外侧和内侧中的哪一个暴露于制冷剂气体和压缩机润滑剂的压力。

在一些实施例中，机械端面密封件在可相对于彼此旋转的两个部件之间提供密封。其中一个部件可以是固定密封件，而另一个部件可以是旋转密封件。机械端面密封件可以包括经修改形成多个槽组的表面。在一个实例中，多个槽组可被蚀刻到固定密封件和/或旋转密封件中。多个槽组中的每一个可以包括进给槽、收集槽、分配槽、收集器、保持腔和排出槽。

在一些实例中，槽组的协同效应用于将润滑剂引导至旋转密封件和固定密封件之间的界面，而不形成穿过密封件界面的泄漏通道。在一些实例中，引导在密封界面处的润滑剂产生的冷却效果通过槽组的协同作用来实现，以从旋转和固定密封件之间的界面移除润滑剂并且促进润滑剂的循环。

在一个实施方式中，槽组，即进给槽、收集槽、分配槽、收集器、保持腔和排出槽彼此流体连通。在一些实例中，在密封件正在旋转且流体动力将旋转密封件与固定密封件分离的情况下，槽组彼此流体连通。在这种情况下，在密封表面的非蚀刻部分上，流动通道可处于有限的流体连通。在一些实例中，当密封件停下来时，密封件上的预负荷可以使密封表面挤出密封表面之间的润滑剂并使密封表面彼此接触。在一些实例中，对于这一点，流动通道可以彼此不流体连通，因此，可通过中断流动通道来抑制穿过密封件的泄漏。

在一些实例中，进给槽可以包括从第一端延伸到第二端的多个流动通道。在一个实施方式中，进给槽可以配置成使得新鲜润滑剂可从密封件的内侧通过进给槽的第一端引入并且朝向进给槽的第二端引导。

在一些实例中，收集槽可以包括从第三端延伸到第四端的多个流动通道。在一个实施方式中，收集槽可以配置成使得来自进给槽的第二端的润滑剂可被收集在收集槽的第三端处。

注意，在一些情况下，当在旋转密封件和固定密封件之间存在相对运动时，流体动力可以将密封表面分离，并且润滑剂可以经由进给槽而供应到密封表面。润滑剂可从流动通道的第三端开始由流动通道采集。在一些情况下，当密封表面分离时，可迫使润滑剂离开密封件内部。在一些情况下，收集槽成形为与旋转运动配合作用，并且利用密封表面之间产生的流体动力将润滑剂流重定向为朝向润滑剂源。

在一些情况下，收集的润滑剂可以朝向收集槽的第四端引导，并且在需要润滑剂的地方分配润滑剂，例如固定密封件和旋转密封件之间的界面。在一些情况下，收集槽的每个流动通道可包括主流动通道和多个分支流动通道，分支流动通道从主流动通道分支并终止于外端。在一些实施方式中，当在侧视图中观察时，分支流动通道的深度随着分支流动通道朝向外端突出而逐渐减小，直到分支流动通道终止。

在一些情况下，一些分支流动通道定向为朝向旋转方向。在这种情况下，分支流动通道的外端用于从密封界面表面收集润滑剂并将润滑剂引导至主收集槽流动通道。

在一些其它情况下，一些分支流动通道定向为远离旋转方向。在这种情况下，润滑剂可以积聚在外端处，并且在密封件的表面形成流体压力梯度。在密封件的表面所形成的压力梯度可以抵抗密封件的正常闭合力，从而导致密封端面分离。当密封表面分离时，可以在密封表面之间提供润滑剂。密封端面的分离可以有利地减少摩擦。此外，润滑剂所提供的润滑减少了摩擦，同时润滑剂的循环可将热量从密封界面移除。

在一些实例中，分配槽可以包括从第五端延伸到第六端的多个流动通道。在一个实施方式中，分配槽可以配置成使得来自收集槽的第四端的润滑剂可被收集在分配槽的第五端处并且朝向分配槽的第六端引导。在一些情况下，分配槽的每个流动通道可以包括主流动通道和多个分支流动通道，分支流动通道从主流动通道分支并终止于外端。在一些实施方式中，当在侧视图中观察时，分支流动通道的深度随着分支流动通道朝向外端突出而逐渐减小，直到分支流动通道终止。在一些情况下，槽可成形为朝向密封界面采集或分配润滑剂。

在一些实例中，收集器从第七端延伸到第八端并且可以配置成从进给槽的第二端采集新鲜润滑剂，并将新鲜润滑剂朝向收集槽的第三端引导。在一些实例中，收集器有助于从供给点采集机械端面密封件的最远范围内的润滑剂，并且将润滑剂重定向为朝向收集槽，其中润滑剂可以适当地分配在密封表面上。

在一些实例中，保持腔可以配置成从密封表面采集润滑剂并且朝向供给方向引导润滑剂，而不是使润滑剂从密封界面流失。

在一些实例中，排出槽可以包括多个流动通道，该多个流动通道从第九端延伸到第十端并且定位成邻近于进给槽。在一些情况下，排出槽的流动通道的图案可类似于进给槽的流动通道的图案，使得排出槽的槽图案沿着中心轴线与进给槽的槽图案呈镜像，该中心轴线平行于排出槽的从第九端延伸到第十端的流动通道和进给槽的从第一端延伸到第二端的流动通道。排出槽可以配置成收集已经由固定密封件和旋转密封件之间的摩擦加热的润滑剂，并且将温热的润滑剂朝向第九端引导，从而将温热的润滑剂排放回(例如)密封件的外侧。

通过参考详细的描述和附图，本发明的其它方面将变得显而易见。

附图说明

图1示出了根据一个实施例的冷藏箱的侧面透视图，其中可使用本文所描述的机械端面密封件。

图2A是根据一个实施例的包括在图1的冷藏箱中的运输制冷单元(transportrefrigeration unit,TRU)的剖面侧视图的示意图。

图2B是根据一个实施例的包括在图2A所示的TRU中的组件的示意图，该组件包括压缩机、轴密封件和发动机飞轮。

图3A示出了根据一个实施例的密封环的俯视图。图3B示出了图3A中的密封环的一部分的分解俯视图。在图3B中，润滑剂源位于密封环的外侧上。图3C示出了根据另一个实施例的槽组的可替换配置。在图3C中，润滑剂源位于密封环的内侧上。

图4示出了根据一个实施例的图3A所示的密封环的一部分的分解俯视图。

图5A示出了根据一个实施例的进给槽和排出槽的分解俯视图。图5B示出了根据一个实施例的图5A中的进给槽和排出槽的剖面侧视图。

图6A示出了根据一个实施例的收集槽的分解俯视图。图6B示出了根据一个实施例的图6A所示的分支流动通道的剖面侧视图。图6C示出了根据一个实施例的图6A所示的主通道的剖面侧视图。图6D示出了根据一个实施例的排出槽和进给槽的流动通道的剖面侧视图。图6E示出了根据一个实施例的排出槽和进给槽的流动通道的透视图。

图7A示出了根据一个实施例的收集器和保持腔的俯视图。图7B示出了根据一个实施例的图7A所示的收集器的剖面侧视图。图7C示出了根据一个实施例的图7A所示的保持腔中的一个的剖面侧视图。

具体实施方式

本文所描述的实施例涉及一种机械端面密封件和用于减少机械端面密封件的旋转密封件和固定密封件之间的摩擦的方法。

在一些实施例中，本文所描述的机械端面密封件可用于例如冷藏箱。术语“冷藏箱”通常是指，例如空气调节的拖车、集装箱、有轨车或其它类型的运输单元等。图1示出了可使用本文所述的机械端面密封件的冷藏箱100的一个实例。冷藏箱100包括运输单元105和运输制冷系统(TRS)110。术语“运输制冷系统”或“TRS”是指用于控制冷藏箱的空气调节空间的制冷的制冷系统。TRS 110包括连接至电源120的运输制冷单元(TRU)115。运输单元105可以设置在船、火车、卡车等上。TRU 115定位成邻近于运输单元105的前侧107并且被封闭在壳体135中。TRS 110配置成在内部空间130和外部环境之间传递热量。在一些实施例中，TRS 110是多区域系统，其中，根据存储在特定区域中的货物来控制内部空间130的不同区域或面积，以满足不同的制冷要求。

图2A示出了TRU 115的示意性前视图。TRU 115包括下隔室217和冷凝器隔室222。下隔室217通常定位在冷凝器隔室222的下方。下隔室217可容纳压缩机228、压缩机发动机232、电池237、空气过滤器241和/或消声器243。冷凝器隔室222可容纳冷凝器252。在一个实例中，本文所述的机械端面密封件例如可以用作压缩机228中的轴密封件。

图2B示出了可包括在TRU 115中的组件253。组件253包括压缩机主体254、曲轴255、轴密封组件256、压缩机盖板257、防尘密封件258、压缩机联轴器259、螺栓260、垫圈261、另一螺栓、衬套264、干销(dry pin)265以及飞轮263。

现将详细描述所述机械端面密封件。通常，所述机械端面密封件在可相对于彼此旋转的两个部件之间提供密封。其中一个部件可以是固定密封环，而另一个部件可以是旋转密封环。

通常，密封系统一般可能要求固定环和旋转环的表面非常平坦，例如，在2个氦光带或560nm之内。有利的是，本文所描述的机械端面密封件包括多个槽组，多个槽组定向成促进旋转和固定密封环的界面的润滑和冷却，同时在机械端面密封件的一侧上保持加压和/或润滑，并且不允许加压气体或润滑剂穿过由机械端面密封件限定的边界而泄漏。在一个实例中，可以在固定密封环和/或旋转密封环中蚀刻多个槽组，使得密封环包括有槽和无槽表面的离散图案。

图3A示出了本发明的机械端面密封件的密封环中的一个密封环的实例(参见密封环300)。图3A示出了密封环300的俯视图。密封环300具有径向延伸的密封端面312。密封环300具有外侧302和内侧304。密封环300的形状和尺寸设计成与第二密封环(未示出)的相对密封端面的端面相对。密封环300可以是固定环或旋转环。图3A将密封件的形状示出为环，但是应当认识到，密封件可以是适于在主密封件和配合密封件之间提供密封的任何形状或尺寸。

参照图3A、图3B和图4，密封环300可以包括多个槽组320。每个槽组320可以包括进给槽331、收集槽336、分配槽345、收集器347、保持腔351和排出槽357。

通常，槽组320，即进给槽331、收集槽336、分配槽345、收集器347、保持腔351和排出槽357配置成使得润滑剂可以通过进给槽331进入，流过收集槽336和分配槽345，并且通过排出槽357排出。

在一些实例中，当在旋转密封环和固定密封环之间存在相对运动时，槽组320可以彼此流体连通。在一些实例中，在旋转密封环的旋转期间，流体动力将旋转密封环与固定密封环分离。在这种情况下，槽组320可以在密封表面的非蚀刻部分上处于有限的流体连通。在一些实例中，当密封件停下来时，密封件300上的预负荷可以使密封表面挤出密封表面之间的润滑剂并且使密封表面彼此接触。在一些实例中，对于这一点，槽组320的流动通道可以彼此不流体连通，因此，可以通过槽组320的流动通道来抑制穿过密封件300的泄漏。

流过进给槽331的任何润滑剂均可以由收集器347来收集。在一些实例中，当在旋转密封件和固定密封件之间存在相对运动时，收集器347可以成形为使得其可以将润滑剂重定向成朝向初始润滑剂源并将润滑剂引入到保持腔351中。保持腔351可以将润滑剂重定向成朝向收集槽336。图4中的箭头示出了润滑剂的常规流动路径。

通常，来自设置在密封环300的外侧302上的供应源(未示出)的新鲜润滑剂通过进给槽331进入密封环300。在一些实例中，新鲜润滑剂经由压力源引入。

在一些情况下，槽组320的图案可以使得润滑剂和气体压力位于密封环300的“内部”，并且使得大气压力位于环的“外部”。在这种情况下，密封端面上的润滑特征的流体动力学相互作用用于将润滑剂泵送至密封环300的整个端面，这与气体压力迫使润滑剂离开密封界面的自然趋势相反。图中示出了这个原理，例如，其中排出槽357将润滑剂引回到图4中的外侧302，外侧302的气体压力高于环“内部”上的大气压力。排出槽357还可以抵抗由密封环300所保持的气体压力而将润滑剂泵送回上述源。

注意，术语“密封环300的外部”是指周围环境的一侧，而术语“密封环300的内部”是指：(1)与“密封环300的外部”相比而言的密封环300的高压侧；和/或(2)润滑剂源的一侧。注意，“密封环300的内部”可以是密封环300的外侧302或内侧304，这取决于外侧302和内侧304中的哪一个暴露于制冷剂气体和润滑剂的压力。在图3A和3B中，密封环300的“内部”是外侧302，因为在这种情况下，外侧302暴露于制冷剂气体和压缩机润滑剂的压力。密封环300的“外部”是内侧304。注意，在一些实例中，“密封环300的内部”可以是润滑剂源的一侧，并且具有低于“密封环300的外部”的压力，例如，低于环境压力。

另一方面，图3C示出了润滑剂源位于内侧304上的布置。也就是说，内侧304暴露于制冷剂气体和压缩机润滑剂的压力。因此，图3C中的密封环300的“内部”是内侧304，而图3C中的密封环300的“外部”是密封环300的外侧302。

本文中，术语“新鲜润滑剂”是指由密封件内部的润滑剂供应源提供的润滑剂。可使用的润滑剂可以是适于机械密封的任何润滑剂。润滑剂可以是但不限于：矿物油(诸如基于萘乙烯的油、基于石蜡的油或其混合物)、多元醇酯油、烷基苯、聚乙二醇、二元酸酯、新戊酯、有机硅、硅酸酯和聚乙烯醚。

在一些实例中，新鲜润滑剂可在被引入密封环300之前冷却。在一个实例中，新鲜润滑剂可以通过在油槽内稀释来冷却，其中新鲜的油流可以从油槽循环到密封环300。在一些实例中，在油进入密封腔之前，可以通过使油供应源通过热交换器来冷却油。在一些实例中，与油混合的制冷剂可在进入密封环300之前从油中闪蒸出，从而冷却油。

在一些实例中，已被冷却的新鲜润滑剂可以沿着大致朝向密封环300的内侧304的方向通过进给槽331而引入到密封环300中。在一些实例中，进给槽331的几何形状构造成使得固定密封件和旋转密封件之间的相对运动引起进给槽331和密封表面之间的界面处的局部流体压力。该局部流体压力可以抵抗密封环300的静态负荷，并且可以导致固定密封环和旋转密封环的稍微分离。在密封表面分离之后，可以允许非常薄的润滑剂层润湿密封界面的表面。当收集槽336移动穿过润湿表面时，可以通过收集槽336和分配槽345的协作来收集和重定向润滑剂。该动作通常可以向密封界面提供润滑，并且减小两个表面(两个表面之间存在相对运动)之间的摩擦阻力。

本文中，术语“密封界面”是指两个密封件(例如，固定密封件和旋转密封件)之间的界面。

设置在密封界面处的润滑剂通常由于两个密封件之间的摩擦而变温。然后，温热的润滑剂可引导至排出槽357，其中温热的润滑剂被排放到密封环300的外侧302而返回到润滑剂的供应源。温热的润滑剂然后可被冷却并通过进给槽331而引回到密封件中。通常，沿径向向内方向流过进给槽331的任何润滑剂或密封界面的内周上的任何润滑剂可被收集器347采集并重定向到保持腔351中。保持腔351可以使润滑剂径向向外地返回朝向可被收集槽336采集的润滑剂的初始供给方向。

以下将描述从密封环300的外侧302供应新鲜润滑剂的实施例。然而，在一些其它实施例中，如上所述，可从机械密封环的内侧304供应新鲜润滑剂。在这种情况下，密封环可以设置有槽组，其中每个槽组与如图3C所示的每个槽组320呈镜像。在这种情况下，会从内侧304将新鲜润滑剂提供到对应的进给槽，并且会通过对应的排出槽将温热的润滑剂朝向内侧304排出。对应的收集器、保持腔、收集槽和排出槽357可以具有与以下描述基本相同的形状和功能，不同之处在于它们可以配置成防止泄漏到外侧302而不是内侧304。

注意，旋转密封环和固定密封环之间的相对运动可以是顺时针或逆时针。在一些实例中，在旋转密封环和固定密封环之间的相对运动是顺时针或逆时针的情况下，槽组320的布置均提供了相似的效果。

在一些实例中，槽组320的功能操作可以在密封环300的使用期间改变，使得，例如进给槽331可以具有排出槽357的功能。在其它实例中，收集槽336的功能可具有分配槽345的功能。在一些情况下，当旋转密封环和固定密封环仅沿相对于彼此的一个方向操作时，图案的进一步优化可以确保减少摩擦、润滑循环和防止泄露。

现将依次详细描述进给槽331、收集槽336、分配槽345、收集器347、保持腔351和排出槽357中的每一个。

参照图4、图5A和图5B，进给槽331可以包括从第一端333延伸到第二端335的多个流动通道331a、331b、331c、331d、331e、331f和331g，并且通常配置成允许新鲜润滑剂进入密封环300并朝向第二端335流动。图5A的左侧是进给槽331的俯视图。图5B的左侧是沿着A-A截取的进给槽331的剖面侧视图。在图5A中，示出了进给槽331的七个流动通道。然而，流动通道的数量可以是适于允许润滑剂进入密封环300并朝向第二端335流动的任何数量。另外，在图5B中，每一个流动通道331a、331b、331c、331d、331e、331f和331g均被示为杯形。然而，应当认识到，每个流动通道331a、331b、331c、331d、331e、331f和331g的形状可以是适于允许润滑剂进入密封环300并朝向第二端335流动的任何形状，并且不对称边缘处理可以促进润滑剂在配合表面上的分布或收集。

参照图4、图6A、图6B和图6C，收集槽336可以包括从第三端340延伸到第四端341的多个流动通道338。在一些实例中，收集槽336的每个流动通道338可包括主流动通道342和多个分支流动通道343，分支流动通道343从主流动通道342分支并终止于外端344。图6A示出了收集槽336的一部分的分解俯视图。图6B示出了沿着B-B截取的其中一个分支流动通道343的剖面侧视图。图6C示出了大致沿C-C截取的主流动通道342的剖面侧视图。

参照图6B，在一些实例中，当在侧视图中观察时，每个分支流动通道343的深度D随着分支流动通道343朝向外端344突出而逐渐减小，直到分支流动通道343终止于外端344。

参照图4，分配槽345可以包括从第五端349延伸到第六端355的多个流动通道346。分配槽345的流动通道346可以类似于收集槽336的流动通道338。在一些实例中，分配槽345的每个流动通道346可以包括主流动通道348和多个分支流动通道352，这些通道类似于如图6A、图6B和图6C所示的收集槽336的流动通道。在一些情况下，如图4所示，收集槽336的每个主流动通道342在第四和第五端341、349处与分配槽345的对应主流动通道348直接连接，使得主流动通道342、348是连续的。在一些实施方式中，如图4所示，收集槽336的槽图案沿着中心轴线1-1与分布槽345的槽图案呈镜像。

在一些实例中，根据密封环300的相对旋转，分支流动通道343或352配置成使得，当润滑剂在外端被收集并保持在密封界面附近时，在每个外端处形成局部压力梯度，并且形成的多个局部压力梯度可以协同作用以抵消至少一个密封件上的大的静态压力负荷。

在一些实例中，分支流动通道343和/或352定向成远离密封环300的旋转方向。在这种情况下，分支流动通道343和/或352的深度朝旋转方向减小。在一些实例中，当分支流动通道343和/或352定向成远离旋转方向时，润滑剂可以积聚并形成流体压力梯度。在一些实例中，压力梯度可以抵抗密封件300的正常闭合力而导致密封表面分离。在一些情况下，当密封表面分离时，润滑剂可以施加在密封表面之间。在一些实例中，密封表面的分离可减少摩擦。

在一些实例中，分支流动通道343和/或352可以定向成朝向密封环300的旋转方向。在这种情况下，分支流动通道343和/或352的深度朝旋转方向增大。在一些实例中，当分支流动通道343和/或352定向成朝向旋转方向405时，分支流动通道343和/或352可用于从密封界面表面收集润滑剂并将润滑剂引导至主收集槽336。

注意，在上述实例中，分支流动通道343的深度通常示为是倾斜的。然而，应当认识到，分支流动通道343可以根据密封环300的具体设计要求而以不同的方式来配置。例如，分支流动通道343可以具有恒定的深度和/或在槽上具有边缘，该边缘可以是弯曲的、呈倒角的和/或具有尖锐台阶(sharp step)。

将参照图6D和图6E进一步详细描述局部压力梯度。

参照图6D，图6D示出了流动通道338的剖面侧视图，图中示出了流动通道338a、338b、338c和338d。箭头402表示由润滑剂的流体动力和密封环300的密封界面表面408产生的压力梯度。箭头405示出了密封环300的旋转方向。

在一些情况下，流动通道338的形状可以改变。在一些实例中，流动通道338的一个或两个上边缘的形状可以改变。例如，如图6D中的流动通道338a所示，流动通道338a的上边缘410可以基本上是弯曲的，而流动通道338a的相对上边缘412可以是直的，从而使流动通道338a的上边缘410、412是不对称的。在一些实例中，设置有基本弯曲的上边缘，例如上边缘410，这可以使由流体动力产生的压力梯度最大化。在该实例中，每个箭头402的长度表示由润滑剂和密封件界面引起的流体压力场的相对量级和大小。

在一些其它实例中，流动通道338的形状可以改变。例如，流动通道338的形状可以是锥形的，如图6D中的流动通道338b所示。在一些实例中，设置有锥形的流动通道，这可导致流体动力所产生的压力梯度相对增加。

在流动通道338的上边缘是直的情况下，如图6D中的流动通道338c和338d所示，由流体动力产生的压力梯度可被最小化并且可以用于例如从表面刮擦和重定向润滑剂。

注意，任何槽组320的流动通道的形状均可以改变，例如，从而实现与上述类似的效果。

作为示例，图6E示出了显示排出槽357a、357b和进给槽331a、331b、331c的流动通道的透视图。流动通道338d、338e和338f中的每一个均具有一个圆形的上边缘415，而另一个上边缘416是直的，使得流动通道338d、338e、338f、338g和338h的上边缘415、416是不对称的。箭头417、421表示润滑剂的流动方向。

在一些实例中，当在两个密封表面之间存在相对运动时，进给槽331和排出槽357能够根据槽331、357的流动通道的形状来建立流体压力场。在一些情况下，该场的较高压力和较大表面积可导致密封表面分离，并且可以在密封表面之间供给润滑剂。在一些情况下，流动通道的形状的变化可用于将润滑剂从表面刮除并将其返回到供应源。当槽331、357的流动通道的上边缘例如不对称(如图6E所示)时，进给槽331可以将润滑剂分布到密封界面的表面。当将润滑剂施加到界面时，新鲜润滑剂可被吸入进给槽331中以补充施加到界面的润滑剂。在一些实例中，每个收集槽336上的尖锐边缘可用于从密封界面剪切润滑剂。在一些实例中，当润滑剂收集在槽组320中时，槽组320内的压力增加至超过润滑源处的压力，润滑剂因此返回到润滑剂源。

在图4中，当在俯视图中观察时，收集槽336和分配槽345示出为形成弧，其中该弧具有内侧407和外侧409。弧的内侧407面向机械端面密封件300的外侧302，以便引导润滑剂远离密封环300的内侧304。然而，应当认识到，收集槽336和分配槽345可以具有适于引导润滑剂远离密封环300的内侧304的任何形状或图案。

在一个实施方式中，收集槽336和/或分配槽345可以配置成使得润滑剂分配到需要润滑剂的地方，例如固定密封件和旋转密封环之间的界面。

参照图4、图7A和图7B，收集器347可以从第七端361延伸到第八端363，并且通常可以配置成从进给槽331的第二端335采集新鲜润滑剂。在一些实例中，收集器347还可以配置成将新鲜润滑剂朝向收集槽336的第三端340引导。图7B示出了沿着D-D截取的侧视图中观察的收集器347的剖视图。图4和图7A示出了在俯视图中观察时形成弧的收集器347，其中该弧具有内侧415和外侧417。内侧415面向机械端面密封件300的外侧302。图7B示出了在侧视图中观察时具有杯形的收集器。然而，收集器347可以具有适于从进给槽331的第二端335采集润滑剂的任何形状或尺寸，以便防止润滑剂进入密封环300的内侧304和/或将新鲜润滑剂朝向收集槽336的第三端340引导。

参照图4、图5A和图5B，排出槽357可包括从第九端402延伸到第十端404的多个流动通道357a、357b、357c、357d、357e、357f和357g，并且通常可以配置成通过第九端402将温热的润滑剂从密封环300排出。在一些实例中，流动通道357a、357b、357c、357d、357e、357f和357g配置成从分配槽345收集温热润滑剂。在一些其它实例中，流动通道357a、357b、357c、357d、357e、357f和357g可以配置成在密封环相对于彼此运动时从密封界面刮除润滑剂。图5A的右侧示出了排出槽357的俯视图。图5B示出了沿着A-A截取的排出槽357的剖面侧视图。在图5A中，示出了排出槽357的七个流动通道。然而，流动通道的数量可以是适于允许润滑剂流出密封环300的任何数量。另外，在图5B中，流动通道357a、357b、357c、357d、357e、357f和357g中的每一个均示出为杯形。然而，应当认识到，每个流动通道357a、357b，357c、357d、357e、357f和357g的形状可以是适于允许润滑剂通过第九端402从密封环300流出的任何形状。在一些情况下，如图4所示，排出槽357可以邻近于进给槽331。在一些其它情况下，如图5A所示，排出槽357的槽图案可以沿着轴线2-2与进给槽331的槽图案呈镜像。在其它情况下，因为可以指定特定的设计，所以进给槽331和排出槽357可以位于密封环300的不同区域中。

参照图4、图7A和图7C，保持腔351可以包括位于收集器347的第七端361和第八端363上的凹部366，并且通常可以配置成将润滑剂重定向成朝向排出槽357来防止泄漏。在一些情况下，保持腔351可以配置成积聚机械碎屑。图7C示出了沿着E-E截取的侧视图中所观察的一个保持腔351的剖视图。图4和图7A示出了在俯视图中观察时基本为圆形的保持腔351，而图7C示出了在侧视图中观察时为杯形的保持腔351。然而，保持腔351可以具有适于从进给槽331的第二端335采集润滑剂的任何形状或尺寸，以便将润滑剂重定向成朝向排出槽357，从而防止泄漏和/或积聚机械碎屑。

现将描述使用机械端面密封件减少相对于彼此旋转的两个部件之间的摩擦的方法的一个实施例。所述方法可以包括提供本文所描述的机械端面密封件。所述方法还可以包括向机械端面密封件提供新鲜润滑剂以及冷却已从机械端面密封件排出的温热润滑剂。

在一些实施例中，在一个或两个密封表面上设置一种系统，该系统可以容纳和保持碎屑，而不会对碎屑施加力而损伤密封表面。在一些情况下，所述系统是槽组320，槽组320可以容纳和保持碎屑，而不会通过如上所述允许润滑剂流入和流出密封环300来对碎屑施加力而损伤密封表面。

有利的是，所述机械端面密封件的使用可以减少摩擦和从密封界面携带的热量。此外，本文所描述的机械端面密封件可以对润滑剂的正常流动趋势进行重定向，从而减少润滑剂从机械端面密封件的泄漏。

方面

第1-22方面均可以任意地相互结合。

方面1.一种用于在可相对于彼此旋转的两个部件之间提供密封的机械密封件，包括：

多个槽组，其配置成从所述密封件的内部接收润滑剂，引导所述润滑剂通过所述槽组，从而抵消所述密封件上的压力负荷、和/或将所述润滑剂排放回所述密封件的内部。

方面2.根据方面1所述的机械密封件，其中所述密封件的所述内部是设置有润滑剂源的侧部。

方面3.根据方面1-2所述的机械密封件，其中所述多个槽组被蚀刻到所述密封件中，其中所述槽组包括进给槽、收集槽、分配槽、收集器、保持腔和排出槽，

其中，所述进给槽包括从第一端延伸到第二端的多个流动通道，所述进给槽配置成使得新鲜润滑剂可从所述密封件的所述内部通过所述进给槽的所述第一端引入并朝向所述进给槽的所述第二端引导，

其中，所述收集槽包括从第三端延伸到第四端的多个流动通道，所述收集槽配置成使得来自所述进给槽的第二端的润滑剂可被收集在所述收集槽的所述第三端并朝向所述收集槽的所述第四端引导，

其中，所述分配槽包括从第五端延伸到第六端的多个流动通道，所述分配槽配置成使得来自所述收集槽的所述第四端的润滑剂可被收集在所述分配槽的所述第五端并朝向所述分配槽的所述第六端引导，

其中，所述分配槽的每个流动通道包括多个分支流动通道，所述多个分支流动通道从所述流动通道中的一个分支并终止于外端，当在侧视图中观察时，所述分支通道中的每一个的深度随着所述分支流动通道朝向所述外端突出而逐渐减小，直到所述分支流动通道终止，

其中所述收集器从第七端延伸到第八端并且配置成从所述进给槽的所述第二端采集新鲜润滑剂，并将所述新鲜润滑剂引向所述收集槽的第三端，

其中所述保持腔包括凹部，所述凹部配置成引导已经由所述部件朝向所述进给槽的第二端的旋转引起的所述两个部件之间的摩擦加热的新鲜润滑剂，以及

其中，所述排出槽包括从第九端延伸到第十端的多个流动通道，所述排出槽配置成收集温热的润滑剂并将该温热的润滑剂通过所述第九端朝向所述密封环的内部排放。

方面4.根据方面3所述的机械密封件，其中所述润滑剂沿着与所述润滑剂流动通过所述进给槽的方向大致垂直的方向而供给到所述密封件中。

方面5.根据方面3-4中任一项所述的机械密封件，其中所述槽组配置成使得使用所述进给槽和/或所述排出槽将润滑剂沉积在所述密封件的表面上，并且其中所述收集槽配置成采集所述润滑剂并引导所述润滑剂朝向所述分配槽流动。

方面6.根据方面3-5中任一项所述的机械端面密封件，其中所述收集槽的所述流动通道中的每一个包括从所述一个流动通道分支并终止于外端的分支流动通道中的一个或多个，当在侧视图中观察时，所述分支流动通道中的每一个的深度随着所述分支流动通道朝向外端突出而逐渐减小，直到所述分支流动通道终止。

方面7.根据方面3-6中任一项所述的机械端面密封件，其中所述进给槽和所述排出槽彼此相邻。

方面8.根据方面3-7中任一项所述的机械端面密封件，其中所述进给槽和所述排出槽彼此分离。

方面9.根据方面3-8中任一项所述的机械端面密封件，其中所述进给槽的槽图案沿着中心轴线与所述排出槽的槽图案呈镜像。

方面10.根据方面3-9中任一项所述的机械端面密封件，其中所述进给槽的槽图案不同于所述排出槽的槽图案。

方面11.根据方面3-10中任一项所述的机械密封件，其中所述进给槽和/或所述排出槽在所述槽的前缘或后缘上具有弯曲和/或倒角边缘。

方面12.根据方面3-11中任一项所述的机械端面密封件，其中所述收集槽和所述分配槽连接，使得所述收集槽和所述分配槽形成连续的流动通道。

方面13.根据方面3-12中任一项所述的机械端面密封件，其中所述收集槽的槽图案沿着中心轴线与所述分配槽的槽图案呈镜像。

方面14.根据方面3-13中任一项所述的机械端面密封件，其中在俯视图中观察时，所述收集槽和所述分配槽形成弧，使得所述弧的内侧面向所述机械端面密封件的外侧。

方面15.根据方面3-14中任一项所述的机械端面密封件，其中所述分支流动通道配置成使得，当在操作期间润滑剂在所述分支流动通道的外端处被收集并保持在所述两个部件之间的密封界面附近时，在每一个所述外端处形成局部压力梯度，并且形成的多个局部压力梯度抵消所述部件中的至少一个部件上的静态压力负荷。

方面16.根据方面中任一项所述的机械密封件，其中所述槽组的流动通道的上边缘成形为促进所述密封件的表面处的流体动力。

方面17.根据方面1-16中任一项所述的机械密封件，其中所述槽组的流动通道的边缘配置成便于从所述密封件的相对表面移除或刮擦油膜。

方面18.根据方面1-17中任一项所述的机械端面密封件，其中所述两个部件中的一个是固定密封件，而所述两个部件中的另一个是旋转密封环。

方面19.根据方面1-18中任一项所述的机械端面密封件，其中与所述密封件的外部相比，所述密封件的内部是所述密封件的较高压力侧。

方面20.根据方面3-15中任一项所述的机械端面密封件，其中所述保持槽将润滑剂朝向所述收集槽的所述第三端引导。

方面21.一种减少旋转密封环和固定密封件之间的摩擦的方法，包括：

提供方面1-20中任一项所述的机械密封件；

将新鲜润滑剂引入所述进给槽的第一端；

使用所述收集器从所述进给槽采集所述新鲜润滑剂；

将所述新鲜润滑剂引导至所述收集槽和所述分配槽；

将所述新鲜润滑剂提供给所述旋转密封环和所述固定密封件之间的密封界面，从而在所述密封件的表面产生流体动力，其中通过所述进给槽、所述分配槽、所述分支流动通道和/或所述保持腔将所述新鲜润滑剂提供给所述密封界面；

使用所述收集槽和所述排出槽在所述密封界面处收集所述润滑剂；以及

将已经由所述旋转密封环的旋转引起的所述旋转密封环和所述固定密封件之间的摩擦加热的新鲜润滑剂通过所述第九端朝向所述密封环的内部排出。

方面22.一种系统，其包括设置在固定密封件和旋转密封件中的一个或两个上的工程设计表面特征，其中所述表面特征配置成容纳和/或保持碎屑，而不会对碎屑施加力而损伤密封表面。

关于前述描述，应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以在细节上做出修改，特别是在所采用的构造材料以及部件的形状、尺寸和布置方面。说明书和所述实施例旨在仅被视为是示例性的，本发明的真实范围和精神由权利要求的广泛含义来指出。

Claims (15)

1.一种用于在可相对于彼此旋转的两个部件之间提供密封的机械密封件，包括：

多个槽组，其配置成从所述密封件的内部接收润滑剂，引导所述润滑剂通过所述槽组，从而抵消所述密封件上的压力负荷、和/或将所述润滑剂排放回所述密封件的内部。

2.根据权利要求1所述的机械密封件，其中所述密封件的所述内部是设置有润滑剂源的侧部。

3.根据权利要求1所述的机械密封件，其中所述多个槽组被蚀刻到所述密封件中，其中所述槽组包括进给槽、收集槽、分配槽、收集器、保持腔和排出槽，

其中，所述进给槽包括从第一端延伸到第二端的多个流动通道，所述进给槽配置成使得新鲜润滑剂可从所述密封件的所述内部通过所述进给槽的所述第一端引入并朝向所述进给槽的所述第二端引导，

其中，所述收集槽包括从第三端延伸到第四端的多个流动通道，所述收集槽配置成使得来自所述进给槽的第二端的润滑剂可被收集在所述收集槽的所述第三端并朝向所述收集槽的所述第四端引导，

其中，所述分配槽包括从第五端延伸到第六端的多个流动通道，所述分配槽配置成使得来自所述收集槽的所述第四端的润滑剂可被收集在所述分配槽的所述第五端并朝向所述分配槽的所述第六端引导，

其中，所述分配槽的每个流动通道包括多个分支流动通道，所述多个分支流动通道从所述流动通道中的一个分支并终止于外端，当在侧视图中观察时，所述分支通道中的每一个的深度随着所述分支流动通道朝向所述外端突出而逐渐减小，直到所述分支流动通道终止。

其中所述收集器从第七端延伸到第八端并且配置成从所述进给槽的所述第二端采集新鲜润滑剂，并将所述新鲜润滑剂朝向所述收集槽的第三端引导，

其中所述保持腔包括凹部，所述凹部配置成引导已经由所述部件朝向所述进给槽的所述第二端旋转引起的所述两个部件之间的摩擦加热的新鲜润滑剂，以及

其中，所述排出槽包括从第九端延伸到第十端的多个流动通道，所述排出槽配置成收集温热的润滑剂并将该温热的润滑剂通过所述第九端朝向所述密封环的内部排放。

4.根据权利要求3所述的机械密封件，其中所述润滑剂沿着与所述润滑剂流动通过所述进给槽的方向大致垂直的方向而供给到所述密封件中。

5.根据权利要求3所述的机械密封件，其中所述槽组配置成使得使用所述进给槽和/或所述排出槽将润滑剂沉积在所述密封件的表面上，并且其中所述收集槽配置成采集所述润滑剂并引导所述润滑剂朝向所述分配槽流动。

6.根据权利要求3所述的机械端面密封件，其中所述收集槽的所述流动通道中的每一个包括从所述流动通道中的一个分支并终止于外端的分支流动通道中的一个或多个，当在侧视图中观察时，所述分支流动通道中的每一个的深度随着所述分支流动通道朝向外端突出而逐渐减小，直到所述分支流动通道终止。

7.根据权利要求3所述的机械端面密封件，其中所述进给槽和所述排出槽彼此相邻。

8.根据权利要求3所述的机械端面密封件，其中所述进给槽和所述排出槽彼此分离。

9.根据权利要求3所述的机械端面密封件，其中所述进给槽的槽图案沿着中心轴线与所述排出槽的槽图案呈镜像。

10.根据权利要求3所述的机械端面密封件，其中所述进给槽的槽图案不同于所述排出槽的槽图案。

11.根据权利要求3所述的机械密封件，其中所述进给槽和/或所述排出槽在所述槽的前缘或后缘上具有弯曲和/或倒角边缘。

12.根据权利要求3所述的机械端面密封件，其中所述收集槽和所述分配槽连接，使得所述收集槽和所述分配槽形成连续的流动通道。

13.根据权利要求3所述的机械端面密封件，其中所述收集槽的槽图案沿着中心轴线与所述分配槽的槽图案呈镜像。

14.根据权利要求3所述的机械端面密封件，其中在俯视图中观察时，所述收集槽和所述分配槽形成弧，使得所述弧的内侧面向所述机械端面密封件的外侧。

15.根据权利要求3所述的机械端面密封件，其中所述分支流动通道配置成使得，当在操作期间润滑剂在所述分支流动通道的外端处被收集并保持在所述两个部件之间的密封界面附近时，在每一个所述外端处形成局部压力梯度，并且形成的多个局部压力梯度抵消所述部件中的至少一个部件上的静态压力负荷。