CN107327576A - 一种环槽‑空化织构组合型低泄漏机械密封端面结构 - Google Patents

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江莹莹
马学忠
沈明学
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Abstract

一种环槽‑空化织构组合型低泄漏机械密封端面结构，包括机械密封的动环、静环，动环或静环端面的一侧为高压侧即上游，动环或静环端面的另一侧为低压侧即下游，动环或静环中至少有一个密封端面的下游侧开有空化织构，上游侧开有螺旋槽，螺旋槽与空化织构间开有环形深槽。空化织构由多条交错布置的三角形织构带组成，织构带中三角形织构沿圆周方向首尾相连，并沿润滑液膜流动方向呈发散布置。本发明可在低压侧产生周向的低压空化区，使泄漏液体抽吸回密封端面，达到减漏的效果，螺旋槽的动压效果可增大开启力减少磨损，提高液膜的承载力，同时深带环槽将高压区和低压区隔开，利于空化织构区的液膜空化。

Description

一种环槽-空化织构组合型低泄漏机械密封端面结构
技术领域
本发明涉及一种三角形械密封端面结构，适应于低压工况下的轴端液体介质的密封，如低压工况下离心泵设备的轴端密封。
背景技术
通常情况下，在非接触式机械密封中，泄漏量比接触式机械密封大，为了改善这一性能，一般采用上游泵送的方法减小泄漏。Etison等认为激光加工多孔端面机械密封(LST-MS)的动压承载能力主要是由端面液膜的空化效应产生的，但在防泄漏方面没有明显的效果。
发明内容
为了克服机械密封已有技术中泄漏量大的不足，本发明基于液膜空化理论，提供了一种在低压工况下端面泄漏率低、承载性能好的环槽-空化织构组合型低泄漏机械密封端面结构。
本发明的技术方案是：
一种环槽-空化织构组合型低泄漏机械密封端面结构，包括机械密封的动环、静环，所述动环或静环端面的一侧为高压侧即上游，所述动环或静环端面的另一侧为低压侧即下游。所述的动环或静环中至少有一个密封端面的下游侧开有空化织构，所述上游侧开有螺旋槽，所述螺旋槽与空化织构间开有环形深槽。所述空化织构由多条交错布置的三角形织构带组成，所述织构带中三角形织构沿圆周方向首尾相连，并沿润滑液膜流动方向呈发散布置。
进一步，所述三角形织构带为2～4条，且在周向交错分布。
再进一步，所述三角形织构沿密封旋转方向逆向布置。以利于空化的产生。
更进一步，所述三角形织构带的一条边或一条中线沿圆周方向连成一同心圆。
优选的，所述的同心圆结构中，同心圆间距为0.2～1mm。
单个三角形织构圆周方向长为0.5～1mm，径向方向宽为0.1～0.5mm。
三角形空化织构的深度为3～10μm，环形深槽的深度为0.1～0.5mm。
本发明的工作原理：密封动环的旋转运动使流体泵送到螺旋槽中，在螺旋槽末端形成高压区，从而使得液膜产生较强的承载能力而保持密封端面的非接触。在密封环下游侧，由于三角形织构带沿液膜流动方向呈逆向分布，液膜在三角形织构内产生间断或连续的空化区，该空化区内压力低于下游侧泄漏介质液体压力，在密封压差的作用下，泄漏液体将被空化区抽吸泵送回密封端面，从而降低了液体的泄漏。螺旋槽与空化织构带间的环形深槽隔断了螺旋槽末端的高压区，使下游侧织构带更容易产生空化，增大了泄漏的控制能力。
本发明的有益效果：
(1)密封环端面上特有的逆向三角形空化织构带，可在密封端面下游侧形成连续的或间断的低压液膜空化区，可将泄漏液体从下游侧抽吸回密封端面，从而有效的减小泄漏。
(2)由于上游侧螺旋槽等槽型的流体动压效应，可保证密封端面的全膜润滑，降低摩擦磨损，延长使用寿命。
(3)由于环型深槽的存在，将空化区和高压区隔开，更利于三角形空化织构产生空化。
附图说明
图1是本发明的机械密封开槽端面几何结构示意图，图中标示：1为螺旋槽；2为环槽；3为空化织构。
图2是开槽端面几何结构角度参数定义示意图；
图3是开槽端面几何结构深度参数定义示意图；
图4是本发明实例二机械密封开槽端面几何结构示意图；
图5是本发明实例三机械密封开槽端面几何结构示意图。
具体实施方案
下面结合附图对本发明做进一步说明。
实施例1
参照图1～图3，一种环槽-空化织构组合型低泄漏机械密封端面结构，包括机械密封的动环、静环，所述动环或静环端面的一侧为高压侧即上游，所述动环或静环端面的另一侧为低压侧即下游。所述的动环密封端面的下游侧开有空化织构3，所述上游侧开有螺旋槽1，所述螺旋槽1与空化织构3间开有环形深槽2。所述空化织构3由多条交错布置的三角形织构带组成，所述织构带中三角形织构3沿圆周方向首尾相连，并沿润滑液膜流动方向呈发散布置。
进一步，所述三角形织构带为2～4条，且在周向交错分布。
再进一步，所述三角形织构沿密封旋转方向逆向布置，以利于空化的产生。
更进一步，所述三角形织构带的一条内边沿圆周方向连成一同心圆。
所述同心圆结构中，同心圆间距ε为0.2～1mm。
所述单个三角形织构圆周方向长l为0.5～1mm，径向方向宽b为0.1～0.5mm。
所述三角形空化织构的深度h3为3～10μm，环形深槽的深度h2为0.1～0.5mm。
参照图1，所述动环密封端面的下游侧开有空化织构3，所述上游侧开有螺旋槽1，所述螺旋槽与空化织构间开有环形深槽2。动环旋转方向如图1所示，密封动环的旋转运动使流体泵送到螺旋槽1中，在螺旋槽1末端形成高压区，从而使得液膜产生较强的承载能力而保持密封端面的非接触。在密封环下游侧，由于三角形织构带3沿液膜流动方向呈逆向分布，液膜在三角形织构3内产生间断或连续的空化区，该空化区内压力低于下游侧泄漏介质液体压力，在密封压差的作用下，泄漏液体将被空化区抽吸泵送回密封端面，从而降低了液体的泄漏。螺旋槽1与空化织构带3间的环形深槽2隔断了螺旋槽末端的高压区，使下游侧织构带更容易产生空化，增大了泄漏的控制能力。
实施例2
参考图4，本实施例与实施例1的不同之处在于所述空化织构三角形织构带的一条外边沿圆周方向连成一同心圆，其余结构和实施方式与实施例1相同。
实施例3
参考图5，本实施例与实施例1的不同之处在于所述三角形织构带的一条中线沿圆周方向连成一同心圆，其余结构和实施方式与实施例1相同。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，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式，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所能够想到的等同技术手段。

Claims (7)

1.一种环槽-空化织构组合型低泄漏机械密封端面结构，包括机械密封的动环、静环，所述动环或静环端面的一侧为高压侧即上游，所述动环或静环端面的另一侧为低压侧即下游，其特征在于：所述的动环或静环中至少有一个密封端面的下游侧开有空化织构，所述上游侧开有螺旋槽，所述螺旋槽与空化织构间开有环形深槽。所述空化织构由多条交错布置的三角形织构带组成，所述织构带中三角形织构沿圆周方向首尾相连，并沿润滑液膜流动方向呈发散布置。
2.如权利要求1所述的一种环槽-空化织构组合型低泄漏机械密封端面结构，其特征在于：所述三角形织构带为2～4条，且在周向交错分布。
3.如权利要求1或2所述的一种环槽-空化织构组合型低泄漏机械密封端面结构，其特征在于：所述三角形织构沿密封旋转方向逆向布置。
4.如权利要求1或2所述的一种环槽-空化织构组合型低泄漏机械密封端面结构，其特征在于：所述三角形织构带的一条边或一条中线沿圆周方向连成一同心圆。
5.如权利要求4所述的一种环槽-空化织构组合型低泄漏机械密封端面结构，其特征在于：所述的同心圆结构中，同心圆间距为0.2～1mm。
6.如权利要求1或2所述的一种环槽-空化织构组合型低泄漏机械密封端面结构，其特征在于：单个三角形织构圆周方向长为0.5～1mm，径向方向宽为0.1～0.5mm。
7.如权利要求1或2所述的一种环槽-空化织构组合型低泄漏机械密封端面结构，其特征在于：所述三角形空化织构的深度为3～10μm，环形深槽的深度为0.1～0.5mm。
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