CN111473116A - 一种上游泵送微织构机械密封端面结构 - Google Patents

Abstract

本发明一种上游泵送微织构机械密封端面结构，包括在机械密封的动环和/或静环端面上设置一定数量的端面微织构，织构关于机械密封端面圆心呈中心对称分布，端面织构形成的区域在径向方向上可呈两个或多个区域分布；每个区域内的局部端面织构排布呈任意几何形状；织构的深度可任意排列；局部端面织构间的间隙呈任意规律分布。通过该端面结构，可根据需求设计端面微织构的深度、排列方式、区域形状，进而调节机械密封的泵送能力，织构形成的多区域结构，可实现上游泵送，在减小泄漏的同时降低端面磨损。本发明适用于接触及近接触的工况，小间隙但仍要求泵送的场合。本发明提供了一种泵送能力可调、抗干扰能力强、泄漏少、刚性好的机械密封端面结构。

Description

一种上游泵送微织构机械密封端面结构

技术领域

本发明属于流体密封技术领域，涉及一种低膜厚条件下的机械密封端面结构，具体是一种上游泵送微织构机械密封端面结构，该结构适用于泵、压缩机、反应釜等各类旋转机械的轴端密封。

背景技术

机械密封作为机械设备的关键性、基础性零部件，对设备的稳定性工作、寿命等起到了决定性的作用。对于非接触式机械密封，主要通过密封槽的泵送作用使得端面打开，但容易因介质中含有杂质，导致机械密封失效；对于接触式机械密封，主要是端面接触实现减小泄漏的目的，但端面磨损程度相较于非接触机械密封会较为严重。实际工程应用中，为了兼顾减小磨损和减小泄漏，有必要开发一种近接触、弱泵送能力、抗干扰能力强的机械密封，从而满足实际工程的需要。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种上游泵送微织构机械密封端面结构，可实现特定工况下的小间隙、弱泵送、可调节的机械密封，兼顾密封与润滑、小间隙、微泵送、动静压效果好、刚性好的要求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种上游泵送微织构机械密封端面结构，在动环和/或静环的机械密封端面上设置上有多个组合织构，每个组合织构由多个端面微织构组成，所述端面微织构为下凹结构，各组合织构关于机械密封端面圆心呈中心对称分布，且各组合织构以机械密封端面圆心为中心具有一定的旋向。

更优选地，每个所述组合织构由径向上的至少两个端面微织构和周向上的至少两个端面微织构组成。组合织构则在径向上至少为两个，在周向上亦至少为两个，每个组合织构中，各端面微织构的深度和间隙均可呈任意规律分布。例如，每个组合织构中，在同一半径上的端面微织构在周向方向上可呈等间距或等差数列或等比数列等规律分布，而在径向方向上的端面微织构之间的间距也可呈等间距或等差数列或等比数列等规律分布。

机械密封端面沿自身径向形成高压侧和低压侧，即内径侧为低压侧，外径侧为高压侧，此时，高压侧和低压侧在周向上分别具有组合织构，低压侧的端面微织构的数量为8～5000个，高压侧的端面微织构的数量为10～5000个。高压侧和低压侧的组合织构的旋向相反，高压侧组合织构的形状可相同也可不同，低压侧组合织构的形状可相同也可不同，同一组合织构内端面微织构的形状亦可自由组合。

更优选地，所述端面微织构的深度范围为1～200μm，形状为平行四边形、螺旋形、矩形、圆形或三角形。可以相同半径上的端面微织构或外侧边界在同一几何曲线上的端面微织构深度相同的形式组合。

更优选地，每个组合织构形成一个具有一定几何形状的区域结构，并且每个组合织构中的端面微织构的外侧连线在同一条几何曲线上，在同一周向上的相邻组合织构之间具有堰区结构。

本发明的工作原理为：当密封环转动时，外径侧(高压侧)、内径测(低压侧) 的流体通过端面微织构泵入，形成局部高压，来实现密封的目的。由于组合织构相较于螺旋槽的面积较小，所以单个端面微织构的泵送能力有限，因此本发明机械密封端面结构适用于端面间隙小、近接触的场合。对于形成多个区域的机械密封，例如正、反双列区域的机械密封，可实现上游泵送的功能，保证了机械密封的润滑性和稳定性。由于端面微织构相较于螺旋槽而言深度更加方便调控，故可以根据需求对端面微织构的深度、排列方式进行设计调节机械密封的泵送能力。当机械密封端面发生磨损时，端面微织构在一定程度上还可以起到存储润滑剂、容纳磨粒的作用，从而提高机械密封寿命，防止恶性事故的发生。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)端面微织构的存在使得能够适用于低膜厚、近接触条件，但仍要求泵送的场合。

(2)端面微织构间的泵送能力较弱，可以减少外部颗粒被泵入端面，膜厚较小，更能够耐受冲击和工况的变化；

(3)端面微织构可以存储润滑剂、容纳端面产生的磨粒，延长机械密封的使用寿命，防止恶性事故发生。

(3)端面微织构间的排列方式、深度可以多种多样，可以根据所需要的泵送能力对端面结构进行设计。

(4)多区域的组合织构，可以实现上游泵送的效果，能够兼具密封性、润滑性和稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例1的机械密封端面结构分布示意图。

图2是本发明实施例2的机械密封端面结构分布示意图。

图3是本发明实施例3的机械密封端面结构分布示意图。

图4是本发明实施例4的机械密封端面结构分布示意图。

具体实施方式

为了更加清楚的说明本发明的目的、技术方案及优点，下面结合附图和具体实施方式，对本发明的一种上游泵送微织构机械密封端面结构进行进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

如附图1所示，本实例中端面结构上的组合织构在半径方向上主要分为内径侧、外径侧两个区域，两区域之间为中部坝区3，内径侧再向内则形成低压侧坝区6。在每个区域内，组合织构组合成一个较大的螺旋型结构，即，高压侧端面组合织构1组合形成一个关于机械密封端面中心对称分布的较大螺旋型结构，低压侧端面组合织构4形成一个和高压侧端面组合织构1旋向相反的较大螺旋型结构。

本实施例中，高压侧端面组合织构1的数量为12个，每个高压侧端面组合织构1由15个端面微织构组成，其中径向5行，周向3列，相邻端面微织构间沿径向和周向分布的间距相同。低压侧端面组合织构4的数量为12个，每个低压侧端面组合织构4由9个端面微织构组成，其中径向3行，周向3列，相邻端面微织构间沿径向和周向分布的间距相同。12个高压侧端面组合织构1和12 个低压侧端面组合织构4在径向上一一对应。

相邻的高压侧端面组合织构1之间形成高压侧堰区2，相邻的低压侧端面组合织构4之间形成低压侧堰区5。

其中，端面微织构的深度范围为2～100μm，每个端面微织构是一个小的类螺旋型织构，其外侧几何结构在同一条曲线上，从而形成一个大的组合织构。实际加工中，可以按照相同半径上的端面微织构深度相同、外侧边界在同一螺旋线上的端面微织构深度相同等诸多组合方式进行组合。

实施例2：

如附图2所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：

每个高压侧端面组合织构1由24个端面微织构组成，其中径向6行，周向 4列，相邻端面微织构沿周向方向间距呈等差数列分布，相邻端面微织构间沿径向仍呈等间距分布。

每个低压侧端面组合织构4由16个端面微织构组成，其中径向4行，周向 4列，相邻端面微织构沿周向方向间距呈等差数列分布，相邻端面微织构间沿径向仍呈等间距分布。

通过将端面微织构间的间距设置成等差数列的形式，部分端面微织构间的间距减小，密封端面的动压效应得到了加强。

实施例3：

如附图3所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：

每个高压侧端面组合织构1由20个端面微织构组成，其中径向5行，周向 4列，相邻端面微织构沿周向方向间距呈等差分布，相邻端面微织构间沿径向呈等差分布。

每个低压侧端面组合织构4由16个端面微织构组成，其中径向4行，周向 4列，相邻端面微织构沿周向方向间距呈等差分布，相邻端面微织构间沿径向呈等差分布。

高压侧端面组合织构1和低压侧端面组合织构4的形状由实例1所述的端面微织构由类螺旋形改为矩形。同时端面微织构的形状也可以呈圆形、三角形等诸多形状；低压侧端面组合织构4的形状可同高压侧端面组合织构1的形状相同或不相同；同一侧不同区域的形状可以相同或不同；同一区域内织构的形状也可以自由组合。

实施例4：

如附图4所示，其组合织构在径向上有3种，分别是上游侧组合织构100、中部侧组合织构402以及下游侧组合织构501，每种组合织构在周向上有12个并在径向上一一对应。

每个上游侧组合织构100由3行3列共9个上游侧微织构101组成，每个中部侧微织构401由3行3列共9个中部侧微织构401组成，每个下游侧组合织构501由3行3列共9个下部侧微织构502组成。

相邻上游侧组合织构100之间为上游侧堰区201，相邻中部侧微织构401 之间为中部侧堰区202，相邻下游侧组合织构501之间为下部侧堰区203，中部侧微织构401所处区域和下游侧组合织构501所处区域之间为中下侧坝区301，上游侧组合织构100所处区域和中部侧微织构401所处区域之间为中上侧坝区 302，下游侧组合织构501所处区域内侧为下部侧坝区303。

中部侧组合织构402和下游侧组合织构501的旋向相同，并与上游侧组合织构100的旋向相反。

通过在径向上采用多个组合织构，可进一步保证机械密封的润滑性和稳定性。

以上结合附图对本发明具体实施方式进行了详细说明，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种上游泵送微织构机械密封端面结构，其特征在于，在动环和/或静环的机械密封端面上设置上有多个组合织构，每个组合织构由多个端面微织构组成，所述端面微织构为下凹结构，各组合织构关于机械密封端面圆心呈中心对称分布，且各组合织构以机械密封端面圆心为中心具有旋向。

2.根据权利要求1所述上游泵送微织构机械密封端面结构，其特征在于，每个所述组合织构由径向上的至少两个端面微织构和周向上的至少两个端面微织构组成。

3.根据权利要求1或2所述上游泵送微织构机械密封端面结构，其特征在于，所述组合织构在径向上至少为两个，在周向上至少为两个，每个所述组合织构中，各所述端面微织构的深度和间隙均呈任意规律分布。

4.根据权利要求3所述上游泵送微织构机械密封端面结构，其特征在于，所述机械密封端面沿自身径向形成高压侧和低压侧，即内径侧为低压侧，外径侧为高压侧，高压侧和低压侧在周向上分别具有组合织构，高压侧和低压侧的组合织构的旋向相反，高压侧组合织构的形状相同或不相同，低压侧组合织构的形状相同或不同；同一组合织构内端面微织构的形状自由组合。

5.根据权利要求4所述上游泵送微织构机械密封端面结构，其特征在于，低压侧的端面微织构的数量为8～5000个，高压侧的端面微织构的数量为10～5000个。

6.根据权利要求5所述上游泵送微织构机械密封端面结构，其特征在于，每个所述组合织构中，在同一半径上的端面微织构在周向方向上呈等间距或等差数列或等比数列的规律分布，在径向方向上的端面微织构之间的间距也呈等间距或等差数列或等比数列的规律分布。

7.根据权利要求1所述上游泵送微织构机械密封端面结构，其特征在于，相同半径上的端面微织构或外侧边界在同一几何曲线上的端面微织构深度相同。

8.根据权利要求1或7所述上游泵送微织构机械密封端面结构，其特征在于，所述端面微织构的深度范围为1～200μm。

9.根据权利要求8所述上游泵送微织构机械密封端面结构，其特征在于，所述端面微织构的形状为平行四边形、螺旋形、矩形、圆形或三角形。

10.根据权利要求1所述上游泵送微织构机械密封端面结构，其特征在于，每个组合织构形成一个具有一定几何形状的区域结构，并且每个组合织构中的端面微织构的外侧连线在同一条几何曲线上，在同一周向上的相邻组合织构之间具有堰区结构。

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