CN108223799A - 一种可双向旋转的流体动压型机械密封结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可双向旋转的流体动压型机械密封结构，该机械密封结构的前端面即密封面是由外环(1)、内环(2)、密封堰区(3)、密封坝区(4)及动压型槽(5)组成；它们都位于该机械密封结构的前端面即密封面上的不同位置；本发明沿密封端面周向均匀分布的动压槽，无需要求特定的旋转方向，即可以双向旋，运行时动压槽有效地提高了流体动压效应，减小了因机械密封端面不平度引起的副作用，提高了机械密封的工作效能；整个型槽具有一定的流体静压效应，使得机械密封在流体静压作用下，静止时有一定的开启力；可以有效避免小膜厚、小压差的极端工况下的碰磨失效，实现了密封的非接触、提高耐磨损，延长了使用寿命，提高了密封的可靠性。

Description

一种可双向旋转的流体动压型机械密封结构
技术领域
本发明提供一种可双向旋转的流体动压型机械密封结构，具体地说，是一种在动环或静环的端面上开设一定数量的动压型槽，属于流体密封中的旋转轴密封技术领域。
背景技术
机械密封是一种依靠弹性元件对动、静环端面密封副的预紧和介质压力与弹性元件压力的压紧而达到密封的轴向端面密封装置，故又也称为端面密封。机械密封广泛地应用于离心泵、离心机、反应釜和压缩机等设备上。随着工业领域的快速发展，实际应用中要求机械密封能适应在高压、高速，突变工况等较极端的工况条件，这样就对机械密封的性能提出了更高的要求。现有机械密封的报道也很多如中国专利CN1364987A、CN1206801A、CN201496542U。国外专利EP0499370A1、E632219A1、US6446976、US65750和US6726213。但都存在大量的不足之处，如传统的接触式机械密封端面间无法形成稳定的液膜、端面的磨损、密封环的热裂等都容易导致密封的失效。而非接触式密封如目前应用较为广泛的螺旋槽机械密封，主要是在动或静环的端面上进行改形(深槽型、浅槽型以及织构型)，这些结构在一定程度上提高了机械密封性能，但是泄漏量大于相同规格的普通端面机械密封，同时工作中排屑的性能较差，易造成颗粒的堆积。对于织构型都存在抗压能力差、端面间流体膜厚不足，或者流体膜刚度不足以抵抗外界干扰，导致密封系统不正常稳定运行，同时也存在排屑能力差的问题。据此，设计一种机械密封结构端面构型，能够同时产生流体静压力、流体动压力、减少密封端面的接触，可以有效地避免密封的失效，同时保持较小的端面间隙以控制泄漏量。
发明内容
(一)目的
为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种可双向旋转的流体动压型机械密封结构，它是一种开启力大、抗压及抗干扰能力强、高参数下具有较小泄漏量、启停过程流体动压效果好、正常运行时流体承载力充足的新型机械密封结构。
(二)技术方案
现有的机械密封结构的动环或静环(如图1所示)都是一个圆柱体:由后端面、圆柱面、前端面组成，一般作为密封面的是前端面。所述机械密封的动环或静环，如图6所示，所述动环或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，所述的动环或静环至少有一个环的密封端面上开设有多个沿周向均匀分布的流体动压形型槽。
本发明是一种可双向旋转的流体动压型机械密封结构，其特征(如图2所示)在于：该机械密封结构的前端面即密封面是由外环1、内环2、密封堰区3、密封坝区4及动压型槽5组成；它们都位于该机械密封结构的前端面即密封面上的不同位置；
所述的外环1，是该机械密封结构密封面的外圆面；
所述的内环2，是该机械密封结构密封面的内圆面；
所述的密封堰区3，是两动压型槽5之间未开槽的部分；
所述的密封坝区4，是动压型槽5的末端(如图2中的点画线位置)与内环2之间所设的光滑圆环形平面部分；
所述的动压型槽5，开设在该机械密封结构的前端面即密封面上，该动压型槽5共有(6～10)个，其个数随该机械密封结构的大小而改变；各个动压型槽5沿该机械密封结构端面周向均匀分布；
该动压型槽5，如图4、5所示，是由引流槽52和分流槽51组成；分流槽51是折线形型槽是以引流孔52为中心两侧对称分布，分流槽51的折角个数为(1～3)个，如图5所示，分流槽51的折线槽宽度D1为0.5～1.5mm，其折角θ1＝θ2＝2*θ3，θ1为60°～100°；引流槽52是个直槽，其宽度D2＝D3为1～3mm；整个动压型槽5的深度为1～2mm；
整个机械密封结构(如图3所示)，其内径为外径为机械密封结构的轴向厚度为L；整体毛胚由铸造而成然后进行激光机加工出动压型槽5，前端面即密封面进行精密的形貌处理。
(三)优点及功效
本发明的有益效果是：(1)沿密封端面周向均匀分布的动压槽，无需要求特定的旋转方向，即可以双向旋，运行时动压槽有效地提高了流体动压效应，减小了因机械密封端面不平度引起的副作用，提高了机械密封的工作效能。(2)因动压槽的引流槽开口是朝向高压区也就是密封腔，这样整个型槽具有一定的流体静压效应，使得机械密封在流体静压作用下，静止时有一定的开启力。(3)型槽的存在也有助于密封端面的散热，同时也可以有效防止密封流体中颗粒的堆积，密封坝区4的存在可以实现轴静止时的静密封。(4)可以有效避免小膜厚、小压差的极端工况下的碰磨失效，实现了密封的非接触、提高耐磨损，延长了使用寿命，提高了密封的可靠性。
附图说明
图1为现有机械密封结构示意图。
图2为本发明机械密封结构的主视图。
图3为本发明机械密封结构的轴侧图。
图4为动压型槽的放大视图。
图5为动压型槽的几何尺寸图。
图6为本发明机械密封结构的旋转方向示意图。
图7为本发明的实施例的另一种结构示意图。
图1中的序号、代号说明：
后端面，圆柱面，前端面(密封面)
图2中的序号，代号说明：
1为外环，2为内环，3为密封堰区，4为密封坝区、5为动压型槽。
图3中的序号，代号说明：
为整个机械密封结构的内径，为整个机械密封结构的外径，L为机械密封结构轴向厚度。
图4中的序号，代号说明：
51为分流槽、52为引流槽。
图5中的序号，代号说明：
D1为分流槽的宽度，D2、D3是引流槽的宽度，θ1、θ2是分流槽的折角，θ3是分流槽始端与引流槽的夹角。
图6中的序号，代号说明：
高压侧(密封腔)、低压侧(密封泄漏侧)、旋转方向(旋转轴的转动方向)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作具体说明：
本发明实施例的结构如图1～图7所示。包括外环1、内环2、密封堰区3、密封坝区4、动压型槽5。如图2所示，都是位于机械密封结构的前端面(密封面)上的不同位置。整个机械密封结构的内径为外径为机械密封结构的轴向厚度为L(如：为100mm、为50mm及L为10mm等)。机械密封结构的前端面(密封面)上开有八个动压型槽5,其型槽个数随机械密封结构的大小而改变，动压型槽沿机械密封结构的周向均匀分布。动压型槽5包括分流槽51、引流槽52。分流槽51的槽宽D1为1.5mm、槽深为1mm、折角θ1为90°、折角θ2为90°、与引流槽夹角θ3为45°，引流槽52是直槽，槽宽D2为1.5mm、D3为1.5mm、槽深为1mm。
参照图7，本发明的另一种实施例是在上述实施例的基础上，将引流槽52的末端通过一个圆环凹槽连接起来，这样使得静压开启力提高更加显著，适用于更高工况参数的场合。
本发明一种可双向旋转的流体动压型机械密封结构的引流槽开口朝向高压侧也就是密封腔，这样使得高压侧流体在流体静压力的作用下可以进入密封端面，在转轴旋转之前将动、静环分开，以避免旋转时端面密封坝区的磨损。当机械密封结构开始旋转时，由于分流槽的存在，形成明显的流体动压效应，并且由于型槽的对称性，沿旋转方向流体压力不断累积，产生富集效应；密封启动阶段可以使端面更快分开；在停车阶段可以有效避免端面的过度摩擦而引起密封的失效；同时在动态扰动存在时，小膜厚下端面膜承载力的增加可以有效地避免端面的接触引起的磨损，提高了密封的抗干扰能力。
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)

1.一种可双向旋转的流体动压型机械密封结构，其特征在于：该机械密封结构的前端面即密封面是由外环(1)、内环(2)、密封堰区(3)、密封坝区(4)及动压型槽(5)组成；它们都位于该机械密封结构的前端面即密封面上的不同位置；
所述的外环(1)，是该机械密封结构密封面的外圆面；
所述的内环(2)，是该机械密封结构密封面的内圆面；
所述的密封堰区(3)，是两动压型槽(5)之间未开槽的部分；
所述的密封坝区(4)，是动压型槽(5)的末端与内环(2)之间所设的光滑圆环形平面部分；
所述的动压型槽(5)，开设在该机械密封结构的前端面即密封面上，该动压型槽(5)共有6～10个，其个数随该机械密封结构的大小而改变；各个动压型槽(5)沿该机械密封结构端面周向均匀分布；
该动压型槽(5)，是由引流槽(52)和分流槽(51)组成；该分流槽(51)是折线形型槽，是以引流孔(52)为中心两侧对称分布，分流槽(51)的折角个数为1～3个；该引流槽(52)是个直槽；
整个机械密封结构的内径为外径为机械密封结构的轴向厚度为L；整体毛胚由铸造而成，然后进行激光机加工出动压型槽(5)，前端面即密封面进行精密的形貌处理。
2.根据权利要求1所述的一种可双向旋转的流体动压型机械密封结构，其特征在于：该分流槽(51)的折线槽宽度D1为0.5～1.5mm，其折角θ1＝θ2＝2*θ3，θ1为60°～100°。
3.根据权利要求1所述的一种可双向旋转的流体动压型机械密封结构，其特征在于：该引流槽(52)的宽度D2＝D3为1～3mm。
4.根据权利要求1所述的一种可双向旋转的流体动压型机械密封结构，其特征在于：该动压型槽(5)的深度为1～2mm。
5.根据权利要求1所述的一种可双向旋转的流体动压型机械密封结构，其特征在于：
整个机械密封结构，其外径为100mm、内径为50mm、机械密封结构的轴向厚度L为10mm。
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