CN109058156A - 一种似梳子动静压组合型机械密封端面结构 - Google Patents

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孟祥铠
江莹莹
马学忠
彭旭东
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/12—Shaft sealings using sealing-rings
    • F04D29/126—Shaft sealings using sealing-rings especially adapted for liquid pumps

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Abstract

一种似梳子动静压组合型机械密封端面结构，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上游锥面侧开有梳型组合沟槽，所述下游平端面侧开有圆型织构；所述梳型组合沟槽沿圆周方向周期排列，所述梳型组合沟槽由一沿径向的大深度矩形沟槽和多条垂直于径向方向的较浅矩形沟槽带组成，并朝向润滑液膜流动方向。本发明不仅可以在密封运行初期避免端面接触减少磨损，而且具有较强的流体动压效应。

Description

一种似梳子动静压组合型机械密封端面结构
技术领域
本发明涉及一种似梳子动静压组合型机械密封端面结构，适应于旋转机械轴端液体介质的密封，如离心泵设备的轴端密封。
背景技术
为了改善机械密封端面摩擦副的性能，人们将流体动压润滑技术应用于密封环端面，在密封端面上各种流体动压沟槽来改善机械密封的性能，为提高机械密封的动压开启力，减小密封端面摩擦温升，并防止密封端面早期磨损，需开发具有更有性能的密封端面型槽结构。
发明内容
为了克服机械密封已有技术中的不足，本发明基于液膜润滑理论，提供了一种动静压组合型的机械密封，不仅可以在密封运行初期避免端面接触减少磨损，而且具有较强的流体动压效应。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种似梳子动静压组合型机械密封端面结构，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上游锥面侧开有梳型组合沟槽，所述下游平端面侧开有圆型织构；所述梳型组合沟槽沿圆周方向周期排列，所述梳型组合沟槽由一沿径向的大深度矩形沟槽和多条垂直于径向方向的较浅矩形沟槽带组成，并朝向润滑液膜流动方向。
进一步，径向矩形沟槽沿半径方向，并与密封上游侧相通，且织构深度为0.1～0.3mm。
再进一步，矩形沟槽带为6～12条，且垂直于径向，沟槽深度为3～12μm。
更进一步，矩形沟槽带单个沟槽的长度方向长为0.6～3mm，宽度方向宽为0.1～0.5mm，且长宽比为6～10。
本发明的工作原理是：流体由于内外径压差作用从外径侧沿着径向收敛间隙流向内侧流动，使端面打开，保证密封端面在运行初期和低转速下非接触。同时密封动环的旋转运动使流体沿着圆周方向流动，径向大深度矩形沟槽将上游侧流体引入密封端面，在多条垂直于径向方向的矩形织构带尾端形成一片高压区，从而进一步增大承载能力而保持密封端面的非接触。在密封环下游侧，圆形织构也可增强密封的动压效应，进一步减少端面磨损，提高液膜承载能力。
本发明的有益效果主要表现在：
(1)密封环端面上特有的梳型组合织构，可抑制空化，在密封端面上游侧形成连续的高压区，增大液膜承载力，并且深矩形沟槽也可储油起良好的润滑效果。
(2)由于上游锥面侧的收敛型间隙，可使该密封在转速较低时端面打开，避免端面接触，减少磨损。
(3)由于下游侧圆形织构的流体动压效应，可进一步保证密封端面的全膜润滑，降低摩擦磨损，延长使用寿命。
附图说明
图1是本发明的机械密封开织构端面几何结构示意图，图中标示：1为圆形织构；2为径向矩形织构；3为垂直于径向的矩形织构带。
图2是密封端面梳型组合沟槽几何结构长度参数定义示意图；
图3是图1的A-A剖面图。
图4是图1的B-B剖面图。
图5是本发明实例二机械密封端面组合沟槽几何结构示意图；
图6是本发明实例三机械密封端面组合沟槽几何结构示意图；
图7是本发明实例四机械密封端面组合沟槽几何结构深度参数定义示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施例一
参照图1～图4，一种似梳子动静压组合型机械密封端面结构，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上游锥面侧开有梳型织2和3，所述下游平端面侧开有圆型织构1。所述梳型组合沟槽2和3沿圆周方向周期排列，所述梳型组合沟槽由一沿径向的大深度矩形沟槽2和多条垂直于径向方向的较浅矩形沟槽带3组成，并朝向润滑液膜流动方向。
所述径向矩形沟槽沿半径方向，并与密封上游侧相通，且槽深度h2为0.1～0.3mm。
所述矩形沟槽带为6～12条，且垂直于径向，且沟槽深度h3为3～12μm。
所述梳型组合沟槽朝向液膜流动方向，以利于高压区的产生。
所述矩形沟槽带单个沟槽长度方向长a为0.6～3mm，宽度方向宽b为0.1～0.5mm，且长宽比a/b为6～10。
参照图1，所述动环上游锥面侧开有梳型沟槽2和3，所述下游平端面侧开有圆型织构1。流体由于内外径压差作用从外径侧沿着径向收敛间隙流向内侧流动，使端面打开，保证密封端面在运行初期和低转速下非接触。动环旋转方向如图1所示，密封动环的旋转运动使流体沿着圆周方向流动，深径向矩形槽2将高压侧流体引流入密封端面，径向大深度矩形织构2的存在可抑制空化、储油，在多条垂直于径向方向的矩形沟槽带3尾端形成一片高压区，从而进一步增大承载能力而保持密封端面的非接触。在密封环下游侧，圆形织构1也可增强密封的动压效应，进一步减少端面磨损，提高液膜承载能力。
实施例二
参考图5，本实施例与实施例一的不同之处在于所述垂直于径向的沟槽带为三角形，其余结构和实施方式与实施例一相同。
实施例三
参考图6，本实施例与实施例一的不同之处在于所述所述垂直于径向的沟槽带为半椭圆形，其余结构和实施方式与实施例一相同。
参考图7，本实施例与实施例一的不同之处在于所述所述垂直于径向的织构带深度为等槽深，其余结构和实施方式与实施例一相同。
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 (4)

1.一种似梳子动静压组合型机械密封端面结构，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上游锥面侧开有梳型组合沟槽，所述下游平端面侧开有圆型织构，所述梳型组合沟槽沿圆周方向周期排列，所述梳型组合沟槽由一沿径向的大深度矩形沟槽和多条垂直于径向方向的较浅矩形沟槽带组成，并朝向润滑液膜流动方向。
2.如权利要求1所述的一种似梳子动静压组合型机械密封端面结构，其特征在于：径向矩形沟槽沿半径方向，并与密封上游侧相通，且织构深度为0.1～0.3mm。
3.如权利要求1或2所述的一种似梳子动静压组合型机械密封端面结构，其特征在于：矩形沟槽带为6～12条，且垂直于径向，沟槽深度为3～12μm。
4.如权利要求3所述的一种似梳子动静压组合型机械密封端面结构，其特征在于：矩形沟槽带单个沟槽的长度方向长为0.6～3mm，宽度方向宽为0.1～0.5mm，且长宽比为6～10。
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