CN110925432A - 一种微凸台均流双流体混相润滑端面机械密封 - Google Patents

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于子恒
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Abstract

一种微凸台均流双流体混相润滑端面机械密封，包括机械密封的动环和静环，动环或静环其中一个端面由高压侧向低压侧依次设置依照旋转中心对称分布的动压槽、密封坝、泵送槽和微凸台均流槽，动压槽、密封坝和泵送槽设置在密封端面的密封配副处，且动压槽通过密封坝与泵送槽相连；所述微凸台均流槽设置在密封配副外缘处，包括环槽和设置在环槽的下游并沿密封端面周向分布的微凸台，且微凸台通过环槽与泵送槽相连通。本发明的有益效果是：可广泛应用于端面密封领域，尤其是油/液工况下的要求长寿命的气体端面密封领域，减少由于液体分布不均导致的密封端面失稳，解决了多相介质中产生的密封稳定失效问题。

Description

一种微凸台均流双流体混相润滑端面机械密封
技术领域
本发明专利涉及端面机械密封设计技术领域，具体是微凸台和环槽吸附槽与泵送槽和动压槽组成的均流双流体混相润滑端面机械密封结构，适用于各种压缩机、泵、汽轮机和釜搅拌器等旋转机械转轴的轴端密封装置。
背景技术
随着流程设备在高低温、高压等工况下应用越来越广泛，液相析出导致的密封失效问题越来越突出；同时，对于设备长寿命运转、轻量化等设计需求，加强了密封辅助装置、及密封性能的整体要求。因此，设计一种能够吸附液相介质，并实现混相润滑，减少辅助装置并实现长寿命运转的密封端面结构十分必要。
发明内容
为了解决由于温度变化导致液相析出，或混相介质中液相析出并吸附在密封边缘，密封运转时介质进入端面引起的密封失效问题。本发明提供一种能应用于各种工况，尤其适用于温差较大、含油/液工况等的微凸台均流双流体混相润滑端面机械密封。
本发明所述的一种微凸台均流双流体混相润滑端面机械密封，其特征在于：包括机械密封的动环和静环，动环或静环其中一个端面由高压侧向低压侧依次设置依照旋转中心对称分布的动压槽、密封坝、泵送槽和微凸台均流槽，动压槽、密封坝和泵送槽设置在密封端面的密封配副处，且动压槽通过密封坝与泵送槽相连；所述微凸台均流槽设置在密封配副外缘处，包括环槽和设置在环槽的下游并沿密封端面周向分布的微凸台，且微凸台通过环槽与泵送槽相连通。
微凸台均流槽设置在密封端面的下游(即密封端面的低压侧)，微凸台与环槽相连接通，共同设置在动环或静环的低压侧处，实现液相介质在低压端面入口处的吸附，并使泵入密封端面间的两相介质均匀分布；微凸台为是方形、直线形、斜直线形、圆形或三角形；由低压侧向高压方向，微凸台沿着径向的间隔是均匀分布或逐渐增加，可迅速吸附分布在密封腔内的流体。
微凸台的深度取值范围为2～200μm，微凸台沿着径向凸台宽度取值范围为20～200μm，微凸台的间隔为30～1000μm；沿着周向的凸台宽度取值范围为20～200μm，微凸台的间隔为30～500μm；
环槽设置在密封配副外缘，与泵送槽相连通，实现液相均布，避免密封端面间的液体分布不均引起的密封失效；环槽的深度取值范围为100μm～2mm，宽度取值范围为0.5～3mm。
泵送槽设置在密封配副下游，并与环槽相通，是低压侧介质进入密封端面的入口，其轮廓是螺旋槽、斜线槽或T型槽，深度为2～10μm；泵送槽提供反向泵送作用可将低压侧的环槽内收集的均布流体泵送到密封端面间，提升端面承载能力，降低泄漏率的同时实现混相润滑，实现密封的稳定运转，同时微凸台结构可吸附液体中存在的固体颗粒，防止端面损伤。
密封坝是未加工的光面，密封坝宽度设置为0.5～5mm。
动压槽设置在密封配副上游，是高压侧介质进入密封端面的入口，实现密封非接触稳定运转，其轮廓是螺旋槽、斜线槽或T型槽，深度为2～10μm。
一种微凸台均流双流体混相润滑端面机械密封，其特征在于：包括机械密封的动环和静环，动环或静环其中一个端面由高压侧向低压侧依次设置依照旋转中心对称分布的密封坝、泵送槽和微凸台均流槽，动压槽、密封坝和泵送槽设置在密封配副间加工区，所述微凸台均流槽设置在密封配副外缘处，包括环槽和设置在环槽的下游并沿密封端面周向分布的微凸台，且微凸台通过环槽与泵送槽相连通。
泵送槽设置在端面下游，即密封端面的低压侧，泵送槽是螺旋槽、T型槽、圆形微孔或倾斜椭圆微孔，槽深的取值范围为2～10μm；
本发明的工作原理：
密封端面入口处的微凸台吸附下游低压侧析出的油/液等介质，液相在微凸台均流槽处累积，进入环槽区域后，均匀分布在环槽内。泵送槽将低压侧流体泵入密封端面间，实现双流体均流混相润滑。密封坝的存在使混相介质在此处重新分布，增强端面运转稳定性。上游动压槽使上游高压气流进入槽区，在切向转速剪切作用下，气体沿型槽方向累积，形成动压效应，维持密封端面的稳定运转。混相润滑相较于气体润滑，端面承载能力得到有效提升；同时，均匀分布的双流体降低了由于液体分布不均导致的密封失效问题。
本发明的有益效果主要表现在：1、微凸台均流槽产生的吸附效应有效的吸附密封腔内的液相介质，避免液相随机进入密封端面导致的密封失效问题；2、环槽的边缘效应过滤液相介质，其均布效应使被吸附的液相均匀分布在密封端面外缘；3、泵送槽的泵送效应使泄漏气体与端面边缘吸附的液相泵入密封端面间，从而产生吸附液膜，形成混相润滑；4、混相润滑的形成有效的降低液体进入密封端面导致的密封失效，可提升密封运转稳定性及端面承载能力，延长密封使用寿命。
附图说明
图1是本发明的端面实施例1的结构示意图；
图2是本发明的端面实施例1的结构示意图；
图3是本发明的端面实施例1的侧视图；
图4是本发明的端面实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
参照附图：
实施例1参见图1-3：一种微凸台均流双流体混相润滑端面机械密封，包括机械密封的动环1和静环2，动环或静环其中一个端面上，由高压侧向低压侧依次设置依照旋转中心对称分布的动压槽1-1、密封坝1-2、泵送槽1-3、环槽1-4、微凸台1-5，密封配副间加工有动压槽1-1、密封坝1-2和泵送槽1-3，动压槽1-1与泵送槽1-3由密封坝1-2相连；环槽1-4和微凸台1-5组成微凸台均流槽，加工在密封配副外缘处，微凸台1-5由环槽1-4与泵送槽1-3相连。
微凸台均流槽由微凸台1-5和环槽1-4组成，设置在密封端面下游，微凸台1-5可以是方形、直线形、斜直线形、圆形、三角形等形状；微凸台均流槽沿着径向的间隔(由低压侧向高压侧)可以是均匀分布、逐渐增加等变化趋势；
微凸台的深度h5优化取值范围为2～200μm，微凸台沿着径向凸台宽度取值范围为20～200μm，微凸台的间隔为30～1000μm；沿着周向的凸台宽度取值范围为20～200μm，微凸台的间隔为30～500μm；
环槽1-4设置在密封配副外缘，与泵送槽1-3相连；
环槽1-4的深度优化取值范围为100μm～2mm，宽度优化取值范围为0.5～3mm；
泵送槽1-3设置在密封配副下游，是低压侧介质进入密封端面的入口，其轮廓可以是双层复合结构，底部设置有方向型槽，型线与型槽方向一致，也可以是螺旋槽、斜线槽、T型槽等形状，深度为2～10μm；
密封坝1-2是未加工的光面；
动压槽1-1设置在密封配副上游，是高压侧介质进入密封端面的入口，其轮廓可以是螺旋槽、斜线槽、T型槽等形状，深度为2～10μm。
密封工作时，下游的微凸台1-5吸附低压侧介质中的液相，液相沿着微凸台累积，并进入环槽1-4；环槽1-4的边缘效应使液相在槽内均布，边缘处阻挡液相进入密封端面间；当密封运转时，泵送槽1-3在转速的影响下将低压侧介质与环槽1-4内吸附的液相同时泵入密封端面间，形成液相吸附膜，进而形成均流双流体混相润滑，提升端面承载力的同时避免端面因液相不均匀分布导致的密封失效。密封坝1-2使气体在此处重新分布，增强运转稳定性。动压槽1-1使上游高压气体进入槽区，在剪切力作用下使气体沿着槽区不断累积，形成动压力。微凸台1-5的吸附效应有效的吸附密封腔内的液相介质，避免液相随机进入密封端面导致的密封失效问题；环槽1-4的边缘效应过滤液相介质，其均布效应使被吸附的液相均匀分布在密封端面外缘；泵送槽1-3的泵送效应使泄漏气体与端面边缘吸附的液相泵入密封端面间，从而产生吸附液膜，形成混相润滑；混相润滑的形成有效的降低液体进入密封端面导致的密封失效，可提升密封运转稳定性及端面承载能力，延长密封使用寿命。本方案尤其适用于轴承腔密封或其他由气封液的工况。
实施例2参见图4：一种非接触式微凸台均流双流体混相润滑端面机械密封结构，包括机械密封的动环1、静环2，动环或静环其中一个端面上，由高压侧向低压测依次设置依照旋转中心对称分布的密封坝1-1、泵送槽1-2、环槽1-3、微凸台1-4，泵送槽1-2和微凸台1-4之间由环槽1-2相连；
泵送槽1-2设置在端面下游(低压侧)，泵送槽同时作为动压槽，可以是螺旋槽、T型槽、圆形微孔或倾斜椭圆微孔等端面型槽结构，槽深的优化取值范围为2～10μm；
本实例其余结构与实现方式与实施例一相同，尤其适用于低速、变温工况及气封液等含有液相凝结的工况下。
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 (9)

1.一种微凸台均流双流体混相润滑端面机械密封，其特征在于：包括机械密封的动环和静环，动环或静环其中一个端面由高压侧向低压侧依次设置依照旋转中心对称分布的动压槽、密封坝、泵送槽和微凸台均流槽，动压槽、密封坝和泵送槽设置在密封端面的密封配副处，且动压槽通过密封坝与泵送槽相连；所述微凸台均流槽设置在密封配副外缘处，包括环槽和设置在环槽的下游并沿密封端面周向分布的微凸台，且微凸台通过环槽与泵送槽相连通。
2.如权利要求1所述的微凸台均流双流体混相润滑端面机械密封，其特征在于：微凸台均流槽设置在密封端面的下游，即密封端面的低压侧，其中微凸台为是方形、直线形、斜直线形、圆形或三角形；由低压侧向高压方向，微凸台沿着径向的间隔是均匀分布或逐渐增加。
3.如权利要求2所述的微凸台均流双流体混相润滑端面机械密封，其特征在于：微凸台的深度取值范围为2～200μm，微凸台沿着径向凸台宽度取值范围为20～200μm，微凸台的间隔为30～1000μm；沿着周向的凸台宽度取值范围为20～200μm，微凸台的间隔为30～500μm。
4.如权利要求3所述的微凸台均流双流体混相润滑端面机械密封，其特征在于：环槽设置在密封配副外缘，与泵送槽相连通；环槽的深度取值范围为100μm～2mm，宽度取值范围为0.5～3mm。
5.如权利要求1所述的微凸台均流双流体混相润滑端面机械密封，其特征在于：泵送槽设置在密封配副下游，是低压侧介质进入密封端面的入口，其轮廓是螺旋槽、斜线槽或T型槽，深度为2～10μm。
6.如权利要求1所述的微凸台均流双流体混相润滑端面机械密封，其特征在于：密封坝是未加工的光面。
7.如权利要求1所述的微凸台均流双流体混相润滑端面机械密封，其特征在于：动压槽设置在密封配副上游，是高压侧介质进入密封端面的入口，其轮廓是螺旋槽、斜线槽或T型槽，深度为2～10μm。
8.一种微凸台均流双流体混相润滑端面机械密封，其特征在于：包括机械密封的动环和静环，动环或静环其中一个端面由高压侧向低压侧依次设置依照旋转中心对称分布的密封坝、泵送槽和微凸台均流槽，动压槽、密封坝和泵送槽设置在密封配副间加工区，所述微凸台均流槽设置在密封配副外缘处，包括环槽和设置在环槽的下游并沿密封端面周向分布的微凸台，且微凸台通过环槽与泵送槽相连通。
9.如权利要求1所述的一种微凸台均流双流体混相润滑端面机械密封，其特征在于：泵送槽设置在端面下游，即密封端面的低压侧，泵送槽是螺旋槽、T型槽、圆形微孔或倾斜椭圆微孔，槽深的取值范围为2～10μm。
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