CN110832235B - 滑动部件 - Google Patents

Abstract

目的是提供一种滑动部件，该滑动部件即使是在高速旋转中使用的滑动部件，也能在够降低滑动部的摩擦损失的同时提高冷却性能，从而能够降低温度。滑动部件是具有彼此相对滑动的滑动面S的一对滑动部件，该滑动部件具有：流体导入部22，在滑动面S的高压流体侧的周面中以规定的周向间隔Y具有开口部22a，并且沿径向延伸；瑞利台阶机构，由与流体导入部22连通且沿周向延伸的极浅槽11构成，流体导入部22的开口部22a的周向宽度X大于流体导入部22的径向宽度Z。

Description

滑动部件

技术领域

本发明涉及适用于例如机械密封件、轴承以及其他滑动部的滑动部件。特别涉及使流体介于滑动面以减少摩擦、并且需要防止流体从滑动面泄漏的密封环或轴承等滑动部件。

背景技术

在作为滑动部件的一例的机械密封件中，为了长期地维持密封性，必须兼顾“密封”与“润滑”这样相反的条件。特别是在近年，由于环境应对措施等，为了在实现被密封流体的防漏的同时降低机械损失，进一步提高了对降低摩擦的要求。作为降低摩擦的方法，能够通过下述方式实现：通过旋转使滑动面之间产生动压，从而在隔着液膜的状态下进行滑动，即形成所谓的流体润滑状态。

例如，已知下述方案：在旋转密封环的密封面的周向以等间隔形成有多个流体导入部，该流体导入部的一端在径向外侧开口、且另一端存在于密封面内，从而沿径内方向延伸；还形成有与这些流体导入部连通且向圆周方向的一方延伸的动压产生槽，通过使旋转密封环旋转，高压流体侧(被密封流体侧)的流体从流体导入部流入至动压产生槽，并在旋转密封环的密封面与静止密封环的密封面之间产生动压，使得流体润滑性能提高(例如专利文献1)。

此外，还已知下述方案：滑动部件具有：极浅槽，在一对滑动部件的一方的滑动面构成瑞利台阶机构；流体导入用深槽，用于使高压流体侧与所述极浅槽的上游侧连通从而导入高压流体；环状的压力降低用深槽，使该流体导入用深槽与所述流体导入用深槽的低压流体侧连通；以及环状的泵吸槽，在该环状的压力降低用深槽与低压流体侧的滑动面之间具有将流体向所述高压流体侧推回的作用，通过这样的滑动部件能够在提高流体润滑性能的同时提高密封性(例如专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-60247号公报(第2页，图5)

专利文献2：日本专利6076985号公报(第8、9页，图6)

发明内容

发明所要解决的技术问题

近年，随着流体机械的高速化日益发展，机械密封件的滑动面的圆周速度也随之提高。例如，当机械密封件的滑动面的滑动半径处的圆周速度V超过10m/s时，机械密封件的温度变高，特别是当超过30m/s时机械密封件的温度有显著变高的倾向。但是，对于在高速旋转下使用的机械密封件而言，只应用现有技术1、2的降低摩擦的方法无法充分降低机械密封件部的温度，难以确保机械密封件的长期可靠性。此处，所谓的滑动半径，是指滑动面的外半径与内半径的平均。

本发明正是着眼于这样的问题点而完成的，其目的在于提供一种滑动部件，该滑动部件即使是在高速旋转中使用的滑动部件，也能够在降低滑动部的摩擦损失的同时提高冷却性能，从而能够降低温度。

用于解决课题的技术手段

为解决所述课题，本发明的滑动部件

是具有彼此相对滑动的滑动面的一对滑动部件，所述滑动部件的特征在于，具有：

流体导入部，在所述滑动面的高压流体侧的周面中以规定的周向间隔具有开口部，并且向径向延伸；

极浅槽，构成与所述流体导入部连通并在周向延伸的瑞利台阶机构，

所述流体导入部的所述开口部的周向宽度大于所述流体导入部的径向宽度。

根据该特征，由于流体导入部的开口部的周向宽度被形成得大于流体导入部的径向宽度，所以滑动面S的面积减少，因此能够降低滑动损失，并且，消除了从开口部在流体导入部内通过而到达滑动面的流路的瓶颈，降低了被密封流体的滑动阻抗，因此能够高效地冷却滑动面。

本发明的滑动部件的特征在于，

所述流体导入部的所述开口部的所述周向宽度与所述周向间隔之比为0.2到0.9。

根据该特征，能够加大滑动面中的流体导入部的开口面积，能够增加滑动面与流体导入部内的流体的直接接触面积，从而能够高效地冷却。

本发明的滑动部件的特征在于，

所述滑动面的滑动半径处的圆周速度为10m/s以上。

根据该特征，能够可靠地冷却对温度上升的影响大的10m/s以上的滑动部件。

本发明的滑动部件的特征在于，

在所述流体导入部的低压流体侧具有将所述流体导入部彼此连通的连通槽。

根据该特征，从极浅槽流向低压流体侧的高压流体的压力通过连通槽而开放，从而能够减少从极浅槽向低压流体侧的滑动面的泄漏。

本发明的滑动部件的特征在于，在所述连通槽的低压流体侧，具有泵吸部。

根据该特征，通过泵吸部，流体能够从低压流体侧向高压流体侧被推回，因此能够减少泄漏。

附图说明

图1是示出实施例1的机械密封件的一例的纵剖视图；

图2是图1的W-W向视图，是本发明的实施例1的滑动部件的滑动面的一例；

图3的(a)是示出图2中截面A-A的图，(b)是示出图2中截面B-B的图，(c)是示出图2中的截面C-C的图，(d)是示出图2中的截面D-D的图；

图4是图1的W-W向视图，是本发明的实施例2的滑动部件的滑动面的一例。

具体实施方式

基于实施例来示例性地说明用于实施本发明的方式。但是，该实施例中所记载的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等，除非另有特别明示的记载，否则并非旨在将本发明的范围仅限定于此。

实施例1

参照图1至图3，对本发明的实施例1的滑动部件进行说明。需要说明的是，在以下的实施例中，以作为滑动部件的一例的机械密封件为例进行了说明，但是并不限定于此，例如也可以作为轴承的滑动部件来利用，所述轴承的滑动部件一边在圆筒状滑动面的轴向一侧密封润滑油，一边相对于旋转轴滑动。需要说明的是，将构成机械密封件的滑动部件的外周侧作为高压流体侧(被密封流体侧)、将内周侧作为低压流体侧(泄漏侧)来进行说明。

图1是示出机械密封件1的一例的纵剖视图，是对要从滑动面外周向内周方向泄漏的高压流体侧的被密封流体进行密封的形式的内装形式，设有圆环状的旋转侧密封环3与圆环状的固定侧密封环5，其中，所述圆环状的旋转侧密封环3是一方的滑动部件，其经由套筒2设于旋转轴9侧，且以能够与旋转轴9一体地旋转的状态设置；所述圆环状的固定侧密封环5是另一方的滑动部件，其以非旋转的状态且能够沿轴方向移动的状态设置于壳体4；通过沿轴方向对固定侧密封环5施力的缠绕式波形弹簧6及波纹管7，在滑动面S彼此之间能够紧密接触地滑动。即，该机械密封件防止被密封流体在旋转侧密封环3与固定侧密封环5之间的相互的滑动面S从旋转轴9的外周侧向内周侧流出。需要说明的是，在图1中示出了旋转侧密封环3的滑动面的宽度宽于固定侧密封环5的滑动面的宽度的情况，但是并不限定于此，在反过来的情况下当然也能够应用本发明。

旋转侧密封环3及固定侧密封环5的材质选自耐磨损性优异的碳化硅(SiC)及自润滑性优异的碳等，例如可以两者均为SiC，或者是旋转侧密封环3为SiC、固定侧密封环5为碳的组合。

如图2、图3所示，在固定侧密封环5的滑动面S配置有多个流体导入部22及作为瑞利台阶机构的极浅槽11，该极浅槽11与流体导入部22连通；在相邻的流体导入部22之间具有台面部15；流体导入部22及极浅槽11分别通过台面部15而被彼此隔离。另外，进一步具有面向滑动面S的泄漏侧且形成为环状的台面部17，极浅槽11及流体导入部22分别通过台面部17而与低压流体侧隔离。

流体导入部22在滑动面S具有滑动面开口部22e，是相对于滑动面S凹陷而成的有底状的凹部，只有被密封流体侧通过被密封流体侧开口部22a而开放，并通过台面部15、17而与低压流体侧隔离。具体地说，流体导入部22是在滑动面的被密封侧流体侧的周面5a中被以下各部划分出的凹部，即：被密封流体侧开口部22a(本发明的开口部)，按周向间隔Y设置，且在周向具有开口宽度X；底部壁22c，从被密封流体侧开口部22a沿径向延伸，并且设于相对于滑动面S以规定尺寸f凹陷的位置；一对侧部壁22b、22d，在周向夹着底部壁22c，且立起设于底部壁22c；以及周壁22f，在被密封流体侧开口部22a的相反侧，立起设于底部壁22c及一对侧部壁22b、22d。需要说明的是，周壁22f及一对侧部壁22b、22d相对于底部壁22c大致垂直地形成；滑动面开口部22e与底部壁22c的面积大致相等。需要说明的是，流体导入部22在滑动面S的周向形成有多个(图2中为8个)，但是并不限定于8个，流体导入部22的个数根据条件能够是8个以下或8个以上。

此处，为减少被密封流体从被密封流体侧开口部22a在流体导入部22内通过而流至滑动面开口部22e的流动阻抗，被密封流体侧开口部22a的周向宽度X形成得大。即，在滑动面S的被密封侧流体侧的周面5a中，流体导入部22的被密封流体侧开口部22a的周向宽度X被形成得大于流体导入部22的径向宽度Z。另外，被密封流体侧开口22a的周向宽度X与周向间隔Y之比被设定为0.2≦X/Y≦0.9。需要说明的是，在滑动面S的被密封侧流体侧的周面5a中，周向间隔Y是设置流体导入部22的周向间隔。周向宽度X是滑动面S的被密封侧流体侧的周面5a中的、被密封流体侧开口部22a的周向宽度。另外，径向宽度Z是流体导入部22的径向宽度，即、Z＝(d2-d1)/2。此处，d2是滑动面S的外径(流体导入部22的外周部直径)，d1是流体导入部22的内径(流体导入部22的内周部直径)。

构成瑞利台阶机构的极浅槽11是从滑动面S凹陷了g而成的周向槽，只流体导入部22侧开放并连通于流体导入部22，其他部分的周围被台面部15、17包围，从而被与低压流体侧隔离。需要说明的是，极浅槽11的深度g相对于流体导入部22的深度f而言被形成得十分浅。当旋转侧密封环3旋转时，介于旋转侧密封环3及固定侧密封环5的滑动面间的流体由于其粘性而被从流体导入部22带入极浅槽11，由于极浅槽11的下游侧的壁部11f形成的台阶，旋转侧密封环3及固定侧密封环5之间的间隙急剧缩小从而产生动压(正压)。由于该正压，相对滑动的2个滑动面的间隙变大，流体流入滑动面S进行润滑。

对具有以上构成的机械密封件的作用效果进行说明。被密封流体从流体导入部22的被密封流体侧开口部22a在流体导入部22内通过，从滑动面开口部22e的整个面对作为相对侧滑动面的旋转侧密封环3的滑动面S进行冷却，并且向固定侧密封环5与旋转侧密封环3之间的间隙提供被密封流体从而进行润滑及冷却。

此处，由于被密封流体侧开口部22a的周向宽度X被形成得大于流体导入部22的径向宽度Z，所以减少了滑动面S的滑动面积，因此能够降低滑动损失。另外，由于被密封流体侧开口部22a的周向宽度X大于流体导入部22的径向宽度Z，所以消除了从被密封流体侧开口部22a在流体导入部22内通过并到达滑动面S的流路的瓶颈，因此能够降低被密封流体的流动阻抗。由此，能够在降低了滑动损失的状态下，以低压力损失且稳定地向旋转侧密封环3与固定侧密封环5之间的间隙提供流体，因此能够高效地冷却滑动面S。进一步，流体导入部22的周向宽度X被形成得大于径向宽度Z，而且还将流体导入部22的周向宽度X与周向间隔Y之比设定为0.2≦X/Y≦0.9，因此能够增大滑动面开口部22e的面积。被密封流体侧的流体通过形成得大的滑动面开口部22e的整个面而与滑动面S直接接触，从而能够冷却滑动面S。

具有以上构成的本发明的滑动部件具有以下的显著效果。由于被密封流体侧开口部22a的周向宽度X大于流体导入部22的径向宽度Z，所以能够使滑动面S的滑动面积减少从而降低滑动损失，并且能够降低流体导入部22中的流体的流动阻抗。由此，能够以降低了滑动损失的状态，向旋转侧密封环3与固定侧密封环5之间的间隙稳定且高效地提供流体，进行冷却，因此能够大幅地降低温度。另外，能够通过大的滑动面开口部22e的整个面使滑动面S的大范围与被密封流体侧的流体直接接触来冷却滑动面S。由此，即使机械密封件1的滑动面的滑动半径处的圆周速度超过10m/s从而温度显著上升，也能够稳定地冷却。特别是，即使是现有的难以进行充分冷却的圆周速度超过30m/s的机械密封件1，也能够发挥格外显著的冷却能力而使温度大幅降低，从而能够提高机械密封件的长期可靠性。

实施例2

接下来，参照图4对实施例2的滑动部件进行说明。需要说明的是，对与实施例1相同的部件赋予了相同的附图标记，并省略重复说明。

如图4所示，在固定侧密封环5的滑动面S配置有多个流体导入部12及作为瑞利台阶机构的极浅槽11，该极浅槽11连通于流体导入部12；在流体导入部12的低压流体侧(泄漏侧)主要具有：将各个流体导入部12彼此连通的环状连通槽16、被流体导入部12与连通槽16围成的岛状的台面部15、面向滑动面S的泄漏侧并且形成为环状的台面部17、以及形成于连通槽16与台面部17之间的泵吸部18。极浅槽11、流体导入部12、连通槽16及泵吸部18通过台面部17而被与低压流体侧(泄漏侧)隔离。实施例2的滑动部件在滑动面S具有连通槽16及泵吸部18这点与实施例1不同，其他的构成与实施例1几乎相同。以下，对连通槽16及泵吸部18进行说明。

在极浅槽11及流体导入部12的低压流体侧(泄漏侧)，连通槽16使流体导入部12彼此连通。连通槽16的径向宽度被形成得与流体导入部12的径向宽度、周向宽度相比足够窄，并且连通槽16的深度被形成得与极浅槽11的深度相比足够深，且与流体导入部12的深度几乎相同。

通过旋转侧密封环3及固定侧密封环5的相对移动，在作为瑞利台阶的极浅槽11中的流体的压力与流体导入部12(高压流体侧)相比成为高压。该高压的流体提高了流入滑动面S的流体润滑性能。但是，通过由极浅槽11产生的高压提高流体润滑性能的另一面，从极浅槽11向泄漏侧的流动、即泄漏变多。因此，在流体导入部12的泄漏侧，将流体导入部12彼此连通的连通槽16遍及全周设置，使极浅槽11与泄漏侧的台面部17分离，由此来自极浅槽11的高压流体向连通槽16开放，从而能够降低从极浅槽11向泄漏侧的泄漏。需要说明的是，在本实施例中，连通槽16以环状连结，但是只要来自极浅槽11的高压流体能够向连通槽16开放，也可以是在周向上被分割开的。

进一步，在连通槽16与台面部17之间的滑动面S，遍及全周设有泵吸部18，该泵吸部18具有将要从台面部17向泄漏侧泄漏的流体推回至高压流体侧的作用。泵吸部18通过其泵吸作用，从台面部17侧吸入流体，并将流体推向连通槽16侧，因此能够通过连通槽16与泵吸部18的协同效果而降低流体从台面部17向泄漏侧的泄漏。泵吸部18例如沿周向以规定间距设有多个形成得极浅的螺旋形状的槽。泵吸部18不限于螺旋形状的槽，也可以由凹痕或者微细周期槽等构成。

另外，与实施例1相同，关于实施例2的滑动部件，其流体导入部12的被密封流体侧开口部12a(本发明的开口部)的周向宽度X被形成得大于流体导入部12的径向宽度Z，因此能够减少滑动面S的滑动面积，从而能够降低滑动损失。另外，由于被密封流体侧开口部12a的周向宽度X被形成得大于流体导入部12的径向宽度Z，所以消除了从被密封流体侧开口部12a在流体导入部12内通过并到达滑动面S的流路的瓶颈，因此降低了流动阻抗。由此，与降低滑动损失相结合，能够以低损失且稳定地向旋转侧密封环3与固定侧密封环5之间的间隙提供流体，因此能够高效地冷却旋转侧密封环3与固定侧密封环5之间的间隙，从而能够降低温度。进一步，由于流体导入部12的周向宽度X与周向间隔Y之比被设定为0.2≦X/Y≦0.9，因此能够增大滑动面开口部12e的面积，旋转侧密封环3能够从滑动面开口部12e整个面与被密封流体侧的流体直接接触而进行冷却。

实施例2的滑动部件能够在减少滑动面S的滑动面积从而降低滑动损失的同时，以低损失且稳定地向旋转侧密封环3与固定侧密封环5之间的间隙提供流体来进行冷却，因此能够降低滑动面S的温度。另外，由于在滑动面S具有连通槽16及泵吸部18，所以提高了密封性能。特别是，即使是现有的难以进行冷却的滑动半径处的圆周速度超过30m/s的机械密封件1，也能够发挥格外显著的冷却效果，从而能够大幅地降低机械密封件1的温度，因此能够确保机械密封件的滑动性及密封性，并且能够提高长期的可靠性。

以上，根据附图说明了本发明的实施例，但是具体的构成并不限于这些实施例，在不脱离本发明要旨的范围内的变更、追加也包含在本发明内。

在实施例1及实施例2中，对将滑动部件用于机械密封件装置中的一对旋转用密封环及固定用密封环中的至少任意一方的例子进行了说明，但是也可以作为一边在圆筒状滑动面的轴向一侧密封润滑油、一边相对于旋转轴滑动的轴承的滑动部件来利用。

另外，在实施例1及实施例2中，将滑动部件的外周侧作为高压流体侧(被密封流体侧)、将内周侧作为低压流体侧(泄漏侧)进行了说明，但是本发明并不限定于此，也能够应用于将滑动部件的外周侧作为低压流体侧(泄漏侧)、将内周侧作为高压流体侧(被密封流体侧)的情况。

附图标记的说明

1 机械密封件

2 套筒

3 旋转侧密封环

4 壳体

5 固定侧密封环

6 缠绕式波形弹簧

7 波纹管

9 旋转轴

11 极浅槽

12 流体导入部

12a 被密封流体侧开口部(本发明的开口部)

12e 滑动面开口部

15 台面部

16 连通槽

17 台面部

18 泵吸部

22 流体导入部

22a 被密封流体侧开口部(本发明的开口部)

22b 侧部壁

22c 底部壁

22d 侧部壁

22e 滑动面开口部

22f 周壁

P 面压力

S 滑动面

V 圆周速度

X 流体导入部的被密封流体侧开口部的周向宽度

Y 滑动面的被密封流体侧的周面中相邻的流体导入部的周向间隔

Z 流体导入部的径向宽度

Claims (1)

1.一种滑动部件，其特征在于，

在具有彼此相对滑动的滑动面的一对滑动部件中，所述滑动面的外半径与内半径的平均即滑动半径处的圆周速度为10m/s以上，

所述滑动部件具有：

流体导入部，在所述滑动面的高压流体侧的周面中以规定的周向间隔具有开口部，并且向径向延伸；

极浅槽，构成与所述流体导入部连通并在周向延伸的瑞利台阶机构；

连通槽，在所述流体导入部的低压流体侧将所述流体导入部彼此连通；

泵吸部，位于所述连通槽的低压流体侧的所述滑动面；

环状的台面部，面向所述滑动面的泄漏侧，

所述流体导入部由凹部构成，该凹部被以下各部划分而出：在所述滑动面的被密封侧流体侧的周面具有周向宽度的开口部；从所述开口部沿径向延伸并且设于相对于所述滑动面以规定尺寸凹陷的位置的底部壁；立起设于所述底部壁的周向上的两侧的一对侧部壁；及在被密封流体侧开口部的相反侧，立起设于所述底部壁及所述一对侧部壁的周壁，

所述泵吸部形成在所述连通槽与所述台面部之间的所述滑动面，

所述流体导入部的所述开口部的周向宽度形成得大于所述流体导入部的径向宽度，并且所述流体导入部的所述开口部的所述周向宽度与所述周向间隔之比为0.2到0.9。

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