CN114251457A - 一种串列圆弧槽型双向旋转密封端面结构 - Google Patents

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彭骞
江锦波
马艺
彭旭东
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Abstract

本发明公开了一种串列圆弧槽型双向旋转密封端面结构，包括静环和动环，静环和动环均具有密封端面，密封端面的外环沿处为密封高压侧，内环沿处为密封低压侧，且所述密封端面的密封低压侧设有环形密封坝，密封端面上沿密封端面周向均匀分布若干串列圆弧动压槽组，每组串列圆弧动压槽组包括若干同心圆弧槽，圆弧槽两端与密封高压侧贯通，圆弧槽的弧形凹陷朝向密封高压侧。本发明具有以下有益效果：提升密封端面流体膜刚度、提高密封运行稳定性、提供反向旋转运行条件的作用。

Description

一种串列圆弧槽型双向旋转密封端面结构
技术领域
本发明涉及机械密封装置技术领域，具体涉及干气密封或液体润滑机械密封装置的密封环。
背景技术
随着工业的发展，为满足各种工况下旋转式机械的运行，对密封也有了愈发严格的要求。机械端面密封是一种先进的旋转轴用动密封，其性能可靠，使用寿命长，功耗低，维护成本低，且能适应高温、高压、高低速以及各种腐蚀性介质等苛刻工况，因而在石油、化工、冶金、航空等行业中大量使用。
非接触式机械端面密封以其独特的优越性在各种旋转机械中得到广泛的应用。为了适应更为严格的工况要求，并在此基础上极大可能的延长密封的使用寿命，通常采用研究密封机理、改良密封结构、研制密封材料、配置密封系统等方式达到相应的目的。其中，对密封端面上设置不同的微米级槽型能够有效地增强端面的流体动压效应，在两端面之间形成一层刚度足够大的流体薄膜来阻断介质的泄漏通道，从而减小泄漏率、提高开启力、改善端面润滑状态以及延长密封寿命。
机械端面密封上设置的槽型可分为单向旋转槽型和双向旋转槽型。设置单向旋转槽的干气密封环只能够朝指定反向旋转，当反向旋转或安装不当时，会造成密封的失效甚至密封元件严重损坏。
发明内容
针对现有机械端面密封的技术不足，本发明提供一种串列圆弧槽的双向旋转密封端面结构。本发明一种串列圆弧槽的双向旋转密封端面结构，结合流体动压效应和流体静压效应，从而起到提升密封端面流体膜刚度、提高密封运行稳定性、提供反向旋转运行条件的作用。
本发明所采用的技术方案为：
一种串列圆弧槽型双向旋转密封端面结构，包括用于机械端面密封的静环和动环，所述静环和所述动环均具有密封端面，所述密封端面的外环沿处为密封高压侧(即上游侧)，所述密封端面的内环沿处为密封低压侧(即下游侧)，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密封端面周向均匀分布若干串列圆弧动压槽组，每组所述串列圆弧动压槽组包括若干同心圆弧槽，所述圆弧槽两端与密封高压侧贯通，并且所述圆弧槽的弧形凹陷朝向所述密封端面的密封高压侧，即沿密封高压侧向密封低压侧方向，同组所述同心圆弧槽所在基圆的半径渐增。
进一步，所述串列圆弧槽组与相邻圆弧槽组可不发生或发生相互交叠。
进一步，所述静环和/或动环的密封端面上沿密封端面周向均匀分布5～12组串列圆弧动压槽组。
进一步，每组所述串列圆弧槽组包括同心圆弧槽的个数为2～6条。
进一步，同组所述串列圆弧槽组中的同心圆弧槽之间的间距可以相等，也可以不相等。
进一步，所述同心圆弧槽的槽宽可以相等也可以不相等，宽度为1mm，深度为7μm。
进一步，同组所述串列圆弧槽组中相邻两所述同心圆弧槽的间距为0.5mm。
进一步，所述同心圆弧槽的横截面为矩形、圆弧形、台阶型、梯形、v字形或w型。
进一步，所述的静环和所述动环由碳化硅或硬质合金制成，密封端面上的串列圆弧槽型动压槽组可以用激光加工。
本发明的工作原理是：当机械密封在稳定运行时，密封介质进入密封端面,由于压力差和转速的作用，在密封端面上开槽的区域，产生流体的动压效应，使进入密封端面的流体压力增大。在这种压力的作用下，动环与静环相分离，并在动静环的端面之间形成一层稳定的流体薄膜。这层流体薄膜起到使动静环端面分离，减小端面摩擦，阻断泄漏通道的作用。由于槽型的对称性，因此在反向旋转时，亦能产生相同效果。
本发明具有以下有益效果：
(1)能够产生较好的流体动压效应。串列圆弧槽由若干同心圆弧槽叠加而成，具有良好的导流作用，产生更强烈的流体动压和静压效应；
(2)当串列圆弧槽组与相邻圆弧槽组发生相互交叠时，在密封运转过程中交叠区域能产生更强烈的流体动压效应；
(3)在形状上具有对称性，能够同时适应装置正向转动和反向转动两种情况，不受旋转方向束缚；
(4)加工技术简单、加工技术成熟，密封摩擦功耗低，密封装置寿命长。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图，相邻串列圆弧槽型动压槽组之间不交叠。
图2为实例2的结构示意图，相邻槽组部分交叠。
图3为实例3的结构示意图，相邻槽组部分交叠。
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本发明所述的一种串列圆弧槽型双向旋转密封端面结构，包括用于机械端面密封的静环和动环，所述静环和所述动环均具有密封端面100，所述密封端面100的外环沿处为密封高压侧(即上游侧)a，所述密封端面的内环沿处为密封低压侧(即下游侧)b，且所述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100上沿密封端面周向均匀分布5个串列圆弧动压槽组110，每组所述串列圆弧动压槽组包括3个同心圆弧槽，分别命名为第一圆弧槽1、第二圆弧槽2以及第三圆弧槽3；所述圆弧槽两端与密封高压侧贯通，并且所述圆弧槽的弧形凹陷朝向所述密封端面的密封高压侧，即沿密封高压侧向密封低压侧方向，同组所述同心圆弧槽所在基圆的半径渐增。
所述串列圆弧槽组与相邻圆弧槽组之间无交叠。
同组所述串列圆弧槽组中的同心圆弧槽之间的间距、同心圆弧槽的槽宽、槽深及槽型均相等。
具体的，如附图1所示，以单个同心圆弧槽为例，第一圆弧槽1、第二圆弧槽2以及第三圆弧槽3均以O2为圆心，其中第一圆弧槽的内径为Ri1 mm，外径为Ro1 mm；第二圆弧槽的内径为Ri2 mm，外径为Ro2 mm；第三圆弧槽的内径为Ri3 mm，外径为Ro3 mm。同组相邻两同心圆弧槽之间的间距为D mm。密封端面的圆心O1与圆弧槽圆心O2的距离为L mm。各个串列圆弧槽组之间无交叠。
实施例2如附图2所示，本实施例所述的串列圆弧槽型双向旋转密封端面结构与实施例1的区别之处在于：所述密封端面100沿圆周方向均匀分布7个串列圆弧动压槽组110，所述串列圆弧槽组与相邻圆弧槽组发生部分交叠；其余结构均相同。
具体的，以单个同心圆弧槽为例，第一圆弧槽1、第二圆弧槽2以及第三圆弧槽3均以O2为圆心，其中第一圆弧槽的内径为Ri1 mm，外径为Ro1 mm；第二圆弧槽的内径为Ri2 mm，外径为Ro2 mm；第三圆弧槽的内径为Ri3 mm，外径为Ro3 mm。密封端面的圆心O1与同心圆弧槽圆心O2的距离为L mm。单个串列圆弧槽组的第二圆弧槽分别与两边相邻的串列圆弧槽组的第三圆弧槽相交叠。
实施例3如附图3所示，本实施例所述的串列圆弧槽型双向旋转密封端面结构与实施例1的区别之处在于：所述密封端面100沿圆周方向均匀分布8个串列圆弧动压槽组110，所述串列圆弧槽组110与相邻圆弧槽组发生部分交叠；其余结构均相同。
具体的，如附图3所示，以单个同心圆弧槽为例，第一圆弧槽1、第二圆弧槽2以及第三圆弧槽3均以O2为圆心，其中第一圆弧槽内径为Ri1 mm，外径为Ro1 mm；第二圆弧槽内径为Ri2 mm，外径为Ro2 mm；第三圆弧槽内径为Ri3 mm，外径为Ro3 mm。密封端面的圆心O1与同心圆弧槽的圆心O2的距离为L mm。单个串列圆弧槽组的三个圆弧槽与相邻的串列圆弧槽组的三个圆弧槽分别两两相交叠。
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 (6)

1.一种串列圆弧槽型双向旋转密封端面结构，包括用于机械端面密封的静环和动环，所述静环和所述动环均具有密封端面，所述密封端面的外环沿处为密封高压侧，所述密封端面的内环沿处为密封低压侧，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密封端面周向均匀分布若干串列圆弧动压槽组，每组所述串列圆弧动压槽组包括若干同心圆弧槽，所述圆弧槽两端与密封高压侧贯通，并且所述圆弧槽的弧形凹陷朝向所述密封端面的密封高压侧。
2.如权利要求1所述的一种串列圆弧槽型双向旋转密封端面结构，其特征在于：所述静环和/或动环的密封端面上沿密封端面周向均匀分布5～12组串列圆弧动压槽组。
3.如权利要求2所述的一种串列圆弧槽型双向旋转密封端面结构，其特征在于：每组所述串列圆弧槽组包括同心圆弧槽的个数为2～6条。
4.如权利要求3所述的一种串列圆弧槽型双向旋转密封端面结构，其特征在于：所述同心圆弧槽的槽宽宽度为0.5～3mm，深度为5～20μm。
5.如权利要求4所述的一种串列圆弧槽型双向旋转密封端面结构，其特征在于：同组所述串列圆弧槽组中相邻两所述同心圆弧槽的间距为0.5～2mm。
6.如权利要求1～5任意一项所述的一种串列圆弧槽型双向旋转密封端面结构，其特征在于：所述同心圆弧槽的横截面为矩形、圆弧形、台阶型、梯形、v字形或w型。
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