CN107314112B - 一种仿磨盘纹理的机械密封端面结构 - Google Patents

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Abstract

一种仿磨盘纹理的机械密封端面结构，包括机械密封的动环和静环，所述的动环和静环的一侧为高压侧即上游，所述动环和静环的另一侧为低压侧即下游，所述动环和静环的至少一个密封环的端面上开设有多个沿圆周方向均匀分布的仿磨盘表面纹理的流线型槽。所述的流线型槽由基础动压槽和导流槽组成，从上游到下游逐渐变窄，深度上由深变浅；所述的基础动压槽多排平行，槽间有与其深度相等的密封堰隔断；所述导流槽贯穿各基础动压槽；所述流线型槽的下游设有密封坝。通过仿磨盘纹理的收敛型结构，本发明具有较强的导流效果，可在提高端面流体动压效应的同时降低泄漏。

Description

一种仿磨盘纹理的机械密封端面结构
技术领域
本发明属于端面机械密封结构设计技术领域，特别涉及一种具有导流槽和多条基础动压槽复合而成的深端面密封结构，适用用于各种工业用泵，釜等旋转机械轴端密封转置，适用于中低转速的液体润滑机械密封。
背景技术
机械密封在流体机械中是最常用的旋转轴密封，因其具有密封性能好，泄漏少，摩擦功耗相对低等特点已广泛应用于各种化工设备上，但因为其具有一对直接接触的摩擦端面，导致其寿命不长，尤其是在高温、高压等苛刻工况下，寿命更短。为延长普通机械密封寿命，人们研制了通过端面开织构和开槽的方式来改善端面间的润滑行为进而实现其长寿命运行。而端面开槽的方式相对开表面织构具有更好的流体动压效应，同时在端面流体膜承载能力和减摩效果上端面开槽都表现出较大的优势。早在20世纪60年代，德国的博格曼公司就开始研究和生产端面开槽流体动压型机械密封，并将其应用于高温、高压、高速场合。此类密封具有使用寿命长，减摩特性优异以及启停效果好等优势。
发明内容
为了克服端面机械密封结构中存在的密封寿命短，启停效果差以及端面流体膜承载能力有限等缺点，本发明提供一种具有较好流体动压效应且能减小端面磨损，同时延长机械密封使用寿命的仿磨盘纹理的机械密封端面结构。
本发明采用的技术方案是：
一种仿磨盘纹理的机械密封端面结构，包括机械密封的动环和静环，所述动环和静环的端面的一侧为高压侧即上游，所述动环和静环的端面的另一侧为低压侧即下游；所述动环和静环至少一个密封环的端面上开设有多个沿圆周方向均匀分布的仿磨盘表面纹理的流线型槽；所述的流线型槽由基础动压槽和导流槽组成，从上游到下游逐渐变窄，深度上由深变浅；所述的基础动压槽多排平行，槽间有与其深度相等的密封堰隔断；所述导流槽贯穿各基础动压槽；所述流线型槽的下游设有密封坝。
进一步，所述的流线型槽在圆周方向上均匀分布，其数量为8～12个。
再进一步，所述的流线型槽中的基础动压槽的个数为3～6。
更进一步，所述的基础动压槽两侧的长度有差异且槽上下游宽度和深度成线性变化，下游深度为2～10μm，上游侧深度10～30μm；所述的多条基础动压槽相邻距离为1～3mm；所述的流线型槽组中的基础动压槽与所述导流槽的角度β1为75°≤β1≤85°。所述基础动压槽两侧壁夹角α1为1°～3°。
优选的，所述的导流槽两侧壁为平面型，上下游壁面为同一轴线的圆弧曲面；且槽上下游宽度和深度成线性变化，下游侧深度为5～10μm，上游深度为15～25μm；所述导流槽两侧壁成角度α2为0.5°～1.5°；所述导流槽与一个过轴心线的密封中心平面成一定角度β2为1°～2°；所述导流槽起于上游侧，终于密封坝。
本发明的导流槽和基础动压槽的形状可为梯形，矩形，三角形，圆形等形状；但尺寸从上游到下游成线性变化，所述左右槽的侧壁线可以为直线、螺旋线等光滑型线。
本发明的工作原理：仿磨盘纹理的机械密封端面在启动时，端面的基础动压槽能快速汲取密封腔内的密封介质，并汇集于基础动压槽末端导流槽处，形成高压区，同时多个基础动压槽也能够沿着径向方向形成多个高压区，增强流体膜的动压效应，使端面顺利开启，这可消除在高压环境下端面无法打开的现象产生，并可减少在频繁启停的工况下端面间的磨损。同时导流槽和基础动压槽可储存一定的密封介质，这在密封介质供应不足或不稳时，能够保证足够的流体膜刚度，从而提高密封运行时的稳定性。此外，下游的密封坝能够在机械密封运行期间起到阻碍流体泄漏的作用。
本发明的有益效果是：1、基础动压槽将密封介质导入到密封端面中，提高频繁启停的工况条件下的开启特性；2、密封端面上位于上游的收敛型导流槽和基础动压槽可存储一定量的密封介质，可提高流体膜刚度并保证密封运行的稳定性；3、稳定运行的密封端面，减少了端面接触磨损，延长了密封件寿命；4、基础动压槽间的密封堰和流线型槽下游的密封坝增大了泄漏流体的阻滞效果，因此具有降低泄漏的功能。
附图说明
图1为本发明的端面结构示意图。
图2为流线型槽的结构示意图。
图3为图1中A部分的剖面图。
图4为图1中B部分的剖面图。
图5为本发明的导流槽错位布置的端面结构示意图。
具体实施方案
下面结合附图进一步说明本发明
实施例1
参照图1～图4，一种仿磨盘纹理的机械密封端面结构，包括机械密封的动环和静环，所述动环和静环的端面的一侧为高压侧即上游，所述动环和静环的端面的另一侧为低压侧即下游；所述动环和静环中至少一个密封环的端面上开设有多个沿圆周方向均匀分布的仿磨盘表面纹理的流线型槽1；所述流线型槽由基础动压槽2和导流槽3组成，从上游到下游逐渐变窄，深度上由深变浅；所述的基础动压槽多排平行，槽间有与其深度相等的密封堰4隔断；所述导流槽则贯穿各基础动压槽；所述流线型槽的下游设有密封坝5。
进一步，所述的流线型槽1在圆周方向上均匀分布，其数量为8～12个。
再进一步，所述的流线型槽1中的基础动压槽2的个数为3～6。
更进一步，所述的基础动压槽两侧的侧壁(21,22,23,24,25,26,27,28)长度有差异且槽上下游宽度和深度成线性变化，下游深度(211)为2～10μm，上游侧深度(212)为10～30μm；所述的多条基础动压槽相邻距离lab为1～3mm；所述的流线型槽中的基础动压槽与所述导流槽的角度为β1为75°≤β1≤85°。所述基础动压槽两侧壁夹角α1为1°～3°。
所述的导流槽两侧壁(31,32)为平面型，上下游壁面(33,34)为同一轴线的圆弧曲面；且槽上下游宽度和深度成线性变化，下游侧深度(311)为5～10μm，上游深度(312)为15～25μm；所述导流槽两侧壁成角度α2其选值范围为0.5°
～1.5°；所述导流槽与一个过轴心线的密封中心平面成角度β2为1°～2°；所述导流槽起于上游侧，终于密封坝。
实施例2
参照图5，本实施例与实施例1的不同之处在于所述流线型槽中的导流槽6有多段，导流槽数量与基础动压槽相等，且靠基础动压槽相互连接，且每段导流槽都呈现为上游深下游浅的收敛型结构，具体深度尺寸范围参考实施例1。导流槽左右侧壁皆为平面，其夹角范围可参考实施例1，导流槽上下游宽度与基础动压槽槽间间距相等。此种槽型可在导流槽区域附件产生高压区，由于导流槽位置各异，能在整体端面上增强动压效应，提高流体液膜刚度，进而减小端面磨损，提高密封的启动特性。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对本发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不当应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及于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。

Claims (5)

1.一种仿磨盘纹理的机械密封端面结构，包括机械密封的动环和静环，所述动环和静环的端面的一侧为高压侧即上游，所述动环和静环的端面的另一侧为低压侧即下游；其特征在于：所述动环和静环至少一个密封环的端面上开设有多个沿圆周方向均匀分布的仿磨盘表面纹理的流线型槽；所述的流线型槽由基础动压槽和导流槽组成，从上游到下游逐渐变窄，深度上由深变浅；所述的基础动压槽多排平行，槽间有与其深度相等的密封堰隔断；所述导流槽贯穿各基础动压槽；所述流线型槽的下游设有密封坝。
2.如权利要求1所述的仿磨盘纹理的机械密封端面结构，其特征在于：所述的流线型槽在圆周方向上均匀分布，其数量为8～12个。
3.如权利要求1或2所述的仿磨盘纹理的机械密封端面结构，其特征在于：所述的流线型槽中的基础动压槽的个数为3～6。
4.如权利要求1或2所述的仿磨盘纹理的机械密封端面结构，其特征在于：所述的基础动压槽两侧的长度有差异且槽上下游宽度和深度成线性变化，下游深度为2～10μm，上游侧深度10～30μm；所述的多条基础动压槽相邻距离为1～3mm；所述的流线型槽中的基础动压槽与所述导流槽的角度β1为75°≤β1≤85°；所述基础动压槽两侧壁夹角α1为1°～3°。
5.如权利要求1或2所述的仿磨盘纹理的机械密封端面结构，其特征在于：所述的导流槽两侧壁为平面型，上下游壁面为同一轴线的圆弧曲面；且槽上下游宽度和深度成线性变化，下游侧深度为5～10μm，上游深度为15～25μm；所述导流槽两侧壁成角度α2为0.5°～1.5°；所述导流槽与一个过轴心线的密封中心平面成角度β2为1°～2°；所述导流槽起于上游侧，终于密封坝。
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