CN114251456B - 一种用于单向旋转的鱼鳍型槽机械密封端面结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于单向旋转的鱼鳍型槽机械密封端面结构，包括用于机械密封的动环和静环，动环和静环均设有密封端面，密封端面的外环沿侧为密封高压侧即上游，密封端面的内环沿侧为密封低压侧即下游，密封端面的密封低压侧设有环形密封坝，所述静环和/或动环的密封端面上沿圆周方向设有多个旋向一致的仿鱼鳍型槽，每个所述仿鱼鳍型槽均具有相对的内端和外端，所述仿鱼鳍型槽的外端与所述密封高压侧的外周壁连通形成槽口，所述仿鱼鳍型槽的内端连接至所述环形密封坝处；相邻所述仿鱼鳍型槽之间设有密封堰。本发明相对于现有技术的有益效果为：流体动压效应和液膜刚度更强，减小密封端面的接触磨损；能保证同等承载力下具有更低的泄漏率。

Description

一种用于单向旋转的鱼鳍型槽机械密封端面结构
技术领域
本发明属于机械密封结构技术领域，涉及一种用于单向旋转的鱼鳍型槽机械密封端面结构。
背景技术
非接触式机械密封在运行时密封端面相互不接触，端面无磨损，功耗非常小，即使在高速高压的工况下也能正常工作。非接触式机械密封的技术关键点是密封端面上开设的流体动压槽型，不同的槽型具有不同的流体动压特性。根据主机轴的旋转方向特点对应于两类槽型：单向槽和双向槽。单向槽适用于主机轴单向旋转的工况，其槽型一般采用螺旋槽，螺旋槽型由对数螺线构成，具有流体动压效应强，液膜承载能力大的优点，但它也具有泄漏量较大的缺点。
发明内容
为解决现有螺旋槽槽型泄漏率大的技术问题，本发明提供一种具有良好流体动压效应且泄漏量较小的用于单向旋转的鱼鳍型槽机械密封端面结构。
本发明所述的一种用于单向旋转的鱼鳍型槽机械密封端面结构，包括用于机械密封的动环和静环，所述动环和静环均设有密封端面，所述密封端面的外环沿侧为密封高压侧即上游，所述密封端面的内环沿侧为密封低压侧即下游，且所述密封端面的密封低压侧设有环形密封坝，其特征在于：所述静环和/或动环的密封端面上沿圆周方向设有多个旋向一致的仿鱼鳍型槽，每个所述仿鱼鳍型槽均具有相对的内端和外端，所述仿鱼鳍型槽的外端与所述密封高压侧的外周壁连通形成槽口，所述仿鱼鳍型槽的内端连接至所述环形密封坝处；相邻所述仿鱼鳍型槽之间设有密封堰。
进一步，所述仿鱼鳍型槽的槽边包括第一直线边、第二直线边和曲线边；
所述第一直线边具有相对的第一外连接端和第一内连接端，所述第一外连接端连接在所述密封端面外周壁上，所述第一内连接端延伸至环形密封坝处；
所述第二直线边具有相对的第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与所述第一内连接端光滑连接，所述第二连接端与所述曲线边相连接；
所述曲线边具有相对的第二外连接端和第二内连接端，所述第二外连接端连接在所述密封端面外环沿上，所述第二内连接端与所述第二连接端光滑连接，并且所述曲线边与所述第二直线边相切；
所述第一外连接端和所述第二外连接端之间为所述仿鱼鳍型槽的槽口。
进一步，所述第一直线边与所述外环沿过第一外连接端的外半径切线之间夹角为锐角；所述第二直线边与第一直线边的夹角为钝角。
进一步，所述第一直线边与所述外环沿过第一外连接端的外半径切线之间夹角β为45.5°；所述第二直线边与所述第一直线边的夹角θ为152°。
进一步，所述第二直线边与所述第一直线边之间圆弧过渡。
进一步，所述曲线边为高阶多项式曲线。
进一步，所述密封端面槽坝比为0.65。
进一步，所述密封端面的开槽面积比为0.17～0.3。
进一步，所述仿鱼鳍型槽的槽数为6～18。
进一步，所述仿鱼鳍型槽的深度为6～20μm。
本发明的工作原理：密封动环的旋转运动使流体泵送到鱼鳍型槽中，在鱼鳍型槽末端形成高压区，从而使得液膜产生较强的承载能力而保持密封端面的非接触。
本发明相对于现有技术的有益效果为：
(1)与典型螺旋槽结构比较，仿鱼鳍型槽能产生更大范围的高压区，因而具有更强的流体动压效应和液膜刚度，可以减小密封端面的接触磨损。
(2)相比较于螺旋槽，仿鱼鳍型槽根处面积更大且较为圆滑，高压区面积大但压力峰值更小，减小了高压区朝内径低压处的径向泄漏。因而与典型螺旋槽结构比较，鱼鳍型槽能保证同等承载力下具有更低的泄漏率。
附图说明
图1为本发明用于单向旋转的鱼鳍型槽端面机械密封结构的结构示意图；
图2为鱼鳍型槽的结构示意图；
其中，1-密封端面；11-环形密封坝；12-仿鱼鳍型槽；13-密封堰；121-第一直线边；122-第二直线边；123-曲线边；ro-密封端面的外径；ri-密封端面的内径；rg-环形密封坝的外径(即仿鱼鳍型槽的槽根半径)；β-第一直线边与密封端面上过第一外连接端的外半径切线的夹角；d-第一直线边朝曲线边平行偏移的距离；θ-第一直线边与第二直线的夹角。
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本发明所述的一种用于单向旋转的鱼鳍型槽机械密封端面结构，包括用于机械密封的动环和静环，所述动环和静环均设有密封端面1，所述密封端面1的外环沿侧为密封高压侧即上游，所述密封端面的内环沿侧为密封低压侧即下游，且所述密封端面的密封低压侧设有环形密封坝11，所述静环和/或动环的密封端面上沿圆周方向设有多个顺时针或逆时针且旋向一致的仿鱼鳍型槽12，每个所述仿鱼鳍型槽12均具有相对的内端和外端，所述仿鱼鳍型槽12的外端与所述密封高压侧的外周壁连通形成槽口13，所述仿鱼鳍型槽12的内端连接至所述环形密封坝11处；相邻所述仿鱼鳍型槽之间设有密封堰14。
所述鱼鳍型槽的外形仿形于鱼鳍外形，由水平集形状优化算法获得；所述仿鱼鳍型槽12的槽边包括第一直线边121、第二直线边122和曲线边123；
所述第一直线边121具有相对的第一外连接端和第一内连接端，所述第一外连接端连接在所述密封端面1外周壁上，所述第一内连接端延伸至环形密封坝即槽根处；
所述第二直线边122具有相对的第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与所述第一内连接端光滑连接，所述第二连接端与所述曲线边相连接；
所述曲线边123具有相对的第二外连接端和第二内连接端，所述第二外连接端连接在所述密封端面外环沿上，所述第二内连接端与所述第二连接端光滑连接，并且所述曲线边与所述第二直线边相切；
所述第一外连接端和所述第二外连接端之间为所述仿鱼鳍型槽的槽口。
所述第一直线边与所述外环沿过第一外连接端的外半径切线之间夹角为锐角；所述第二直线边与第一直线边的夹角为钝角。
所述第一直线边与所述外环沿过第一外连接端的外半径切线之间夹角β为45.5°；所述第二直线边与所述第一直线边的夹角θ为152°。
所述第二直线边122与所述第一直线边121之间通过半径为0.5mm圆弧过渡。
所述曲线边123为高阶多项式曲线。
所述密封端面1槽坝比(ro-rg)/(ro-ri)＝0.65。
所述密封端面1的开槽面积与密封端面面积之比a＝0.2，所述开槽面积比可通过平移第一直线边121进行调整。
所述仿鱼鳍型槽12的槽数n＝12。
所述仿鱼鳍型槽12的深度hg＝10μm。
根据不同的密封承载能力和泄漏率要求，可在槽数n相同情况下选用单个型槽面积a不同的仿鱼鳍型槽，亦可以在仿鱼鳍型槽不变情况下改变槽数n。
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 (7)

1.一种用于单向旋转的鱼鳍型槽机械密封端面结构，包括用于机械密封的动环和静环，所述动环和静环均设有密封端面，所述密封端面的外环沿侧为密封高压侧即上游，所述密封端面的内环沿侧为密封低压侧即下游，且所述密封端面的密封低压侧设有环形密封坝，其特征在于：所述静环和/或动环的密封端面上沿圆周方向设有多个旋向一致的仿鱼鳍型槽，每个所述仿鱼鳍型槽均具有相对的内端和外端，所述仿鱼鳍型槽的外端与所述密封高压侧的外周壁连通形成槽口，所述仿鱼鳍型槽的内端连接至所述环形密封坝处；相邻所述仿鱼鳍型槽之间设有密封堰；
所述仿鱼鳍型槽的槽边包括第一直线边、第二直线边和曲线边；
所述第一直线边具有相对的第一外连接端和第一内连接端，所述第一外连接端连接在所述密封端面外周壁上，所述第一内连接端延伸至环形密封坝处；
所述第二直线边具有相对的第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与所述第一内连接端光滑连接，所述第二连接端与所述曲线边相连接；
所述曲线边具有相对的第二外连接端和第二内连接端，所述第二外连接端连接在所述密封端面外环沿上，所述第二内连接端与所述第二连接端光滑连接，并且所述曲线边与所述第二直线边相切；
所述第一外连接端和所述第二外连接端之间为所述仿鱼鳍型槽的槽口。
2.如权利要求1所述的一种用于单向旋转的鱼鳍型槽机械密封端面结构，其特征在于：所述第一直线边与所述外环沿过第一外连接端的外半径切线之间夹角为锐角；所述第二直线边与第一直线边的夹角为钝角。
3.如权利要求2所述的一种用于单向旋转的鱼鳍型槽机械密封端面结构，其特征在于：所述第一直线边与所述外环沿过第一外连接端的外半径切线之间夹角β为45.5°；所述第二直线边与所述第一直线边的夹角θ为152°。
4.如权利要求1所述的一种用于单向旋转的鱼鳍型槽机械密封端面结构，其特征在于：所述第二直线边与所述第一直线边之间圆弧过渡。
5.如权利要求1所述的一种用于单向旋转的鱼鳍型槽机械密封端面结构，其特征在于：所述曲线边为高阶多项式曲线。
6.如权利要求1所述的一种用于单向旋转的鱼鳍型槽机械密封端面结构，其特征在于：所述仿鱼鳍型槽的槽数为6～18。
7.如权利要求1所述的一种用于单向旋转的鱼鳍型槽机械密封端面结构，其特征在于：所述仿鱼鳍型槽的深度为6～20μm。
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