CN202327104U - 变锥度型波形曲面机械密封装置 - Google Patents

Abstract

变锥度型波形曲面机械密封装置。在以端面相对的旋转环与静止环间的密封端面上，沿圆周以等间距设置有至少两个由周缘向心延伸且槽深度连续减小的浅槽，各浅槽为宽度由外周向心性连续缩窄的波形曲面凹槽，其任一圆周面上的槽形截面的展开形状均为连续平滑周期起伏的波状曲线，各浅槽底面上的任一向心线的延长线以与端平面具有斜角的方式交汇于端面中心轴线上的同一点。各浅槽的波形凹面形状，为由具有该斜角的向心线绕端面中心轴线的圆周运动，和该向心线同时以其与端面中心轴线的交汇点为中心在设定的与端平面的斜角变化范围内作周期往复摆动的复合运动的轨迹。该形式的机械密封的液膜厚度、刚度变化等均匀平顺，没有阶跃性的突变，具有卓越的动压效应，运行性能稳定可靠。

Description

变锥度型波形曲面机械密封装置

技术领域

本实用新型涉及一种旋转机器轴向端面的非接触式端面动密封装置，适用于各种型式的泵、反应釜、压缩机、膨胀机、分离机等旋转类机器的轴向端面密封。

背景技术

    机械密封广泛应用于众多的旋转机械轴向端面密封，有接触式和非接触式之分。在接触式机械密封结构中，密封面因摩擦、磨损、发热、变形等现象严重，导致密封性能迅速下降，致使工作状态不稳定，且寿命短，易出现故障。非接触式机械密封，是通过在密封端面上开设浅凹槽，以产生流体动压效应，使流体进入动环和静环的摩擦配合端面后形成流体膜，将动、静环密封分开，达到非接触式的运转，起到润滑和延长使用寿命的作用，又能有效防止被密封介质通过密封端面的泄漏，其工作状态比较稳定，可靠，使用寿命长。其以较优越的性能和更低的维护成本，将在未来获得更多的应用。但其泄漏量相对较大，且稳定性在很大程度上受被密封机组转速和介质性能的影响。

目前的动压槽的形状中，以等槽深螺旋槽和“T”形槽端面密封最为典型。

螺旋槽型动压效应非常显著。与其他槽型相比，它具有承载能力高，流体膜刚度大，稳定性好等优点，但其密封面只能单向旋转。公开号CN1415877A的中国专利文献公开了一种双螺旋角三维螺旋槽端面密封装置，其端面上开设的螺旋浅槽的上游即高压侧更宽、下游即低压侧更窄，槽的深度从上游即高压侧到下游即低压侧逐渐变浅，从而形成一种三维收敛形螺旋槽。该双螺旋角三维螺旋槽端面密封装置可获得更大的流体膜刚度，但其倾斜的槽底和螺旋的槽型加工非常困难，并且该类密封只能单向旋转。CN1401954A公开了一种由角形微槽族组成的螺旋槽端面机械密封，其角形微槽走向与螺旋槽方向一致，该密封端面浅槽结构显得比较复杂，因该角形微槽沿螺旋槽走向分布，且不存在明显的收缩形状，能在一定程度上获得较普通螺旋槽更高的流体膜刚度，但其复杂的角形微槽族加工非常困难，并且仍然只能单向旋转。

“T”形槽端面密封动压效应较为显著，其端流体膜承载能力和流体膜刚度较大，但其最大好处在于能实现双向旋转。实用中还有很多螺旋槽和“T”形槽的变形槽，其共同特征是，流体膜刚度和流体膜承载能力大则往往只能单向旋转；能双向旋转的槽型却又具有较低的流体膜刚度和流体膜承载能力。但其基本都是等深槽，即全部槽形边缘的槽深都是由槽口平面以转折角形式直接达到其一致的槽底深度，导致了液膜厚度、刚度变化等在有槽和无槽部位的阶跃性突变，影响了密封运行性的稳定性和可靠性。而对于不同介质、不同机组转速条件下，非接触式密封稳定性的解决，将是影响非接触式机械密封广泛应用的一个关键问题。

实用新型内容

    针对上述情况，本实用新型提供了一种能双向旋转且具备更高的流体膜刚度和流体膜承载能力的非接触式端面动密封装置。

本实用新型为一种变锥度型波形曲面机械密封装置，其基本结构同样是在以端面相对的旋转环与静止环间的密封端面上，沿圆周以等间距设置有至少两个由周缘向心延伸且槽深度连续减小的浅槽，其中各浅槽为宽度由外周向心性连续缩窄的波形曲面凹槽（即动压波形面），其任一圆周面上的槽形截面的展开形状均为连续平滑周期起伏的波状曲线，各浅槽底面上的任一向心线的延长线以与端平面具有斜角的方式交汇于端面中心轴线上的同一点，所说各浅槽的波形凹面形状为由具有该斜角的向心线绕端面中心轴线的圆周运动，和该向心线同时以其与端面中心轴线的交汇点为摆动中心在设定的斜角变化范围内作周期往复摆动的复合运动的轨迹。

上述结构中，就所说各波形曲面凹槽式浅槽在圆周方向的截面形状而言，相对于其槽面的中心径向线可以是两侧对称的形状，也可以是两侧不对称的形状。这里所说的其槽形状的对称与否，取决于该具有所说斜角的向心线的复合运动轨迹中作圆周运动和/或周期往复摆动时速度的均匀性，并且可以据此针对不同使用需要对其进行调整或设定。而波形曲面凹槽式浅槽的数量，则取决于所说该向心线作所说往复摆动时的往复周期频率的大小。

因此，进一步的优选方式是，上述波形曲面凹槽式浅槽的形状为由具有该斜角的向心线绕端面中心轴线作匀速圆周运动，和该向心线与中心轴线的交汇点同时在设定的斜角变化范围内作周期往复摆动的复合运动的轨迹，且各波形曲面凹槽式浅槽在任一圆周面上的槽形截面展开形状呈现为一连续的正弦或余弦曲线的形状。

实验结果显示，除为满足或适应特殊的使用需要外，将上述结构中所说的波形曲面凹槽式浅槽中任一向心线与端面的斜角设为20° ＞｜α｜＞ 0°的范围内，通常都可以适应和满足一般情况下的使用需要。其中，在其它动压波形面参数相同的前提下，动压效果最为显著的更优选形式，是将该斜角的范围设定为2°＞|α|＞0°。

实验显示，在其它动压波形面参数相同的前提下，随动压波形曲面的增加，动压效果增强。因此，除为满足或是应特殊的使用需要外，上述结构中所说的该波形曲面凹槽式浅槽在其所在端面上沿圆周等间距设置为4～36个，通常都可以满足一般情况下的使用需要。

除为适应和/或满足特定的使用需要外，上述结构中所说的浅槽，通常都是开设在密封端面中靠径向外侧的适当环形区域中。因此，在不排除在密封端面的全部区域中都开设有所说浅槽的情况下，本实用新型上述的波形曲面凹槽式浅槽的优选设置方式，是开设在其所在端面上径向内侧距离≥2毫米的环状端平面区域（即密封坝平面区域）之外的径向外周环状区域中。实验结果显示，在其它动压波形面参数相同的前提下，随密封环端面密封坝径向距离即坝宽的减小，动压效果将增强。

根据使用需要，本实用新型上述密封装置中所说的波形曲面凹槽式浅槽，可以采用只设置在旋转环或静止环相对两侧密封端面中的一侧的形式，也可以设置在旋转环和静止环相对两侧密封端面上的形式。

进一步，在单独采用本实用新型上述结构形式密封装置的单级密封结构基础上，根据实际使用需要，在密封的总体布局上还可有多种形式的变化和/或组合。例如，可采用串联式密封（两级以上）、串联带中间迷宫（两级以上），还可以与浮环密封、碳环密封、迷宫密封等其它密封型式组合使用。

本实用新型该机械密封装置中的外径侧为高压侧，内径侧为低压侧，密封介质的泄漏方向为由外径侧向内径侧泄漏。工作时，被密封介质由各波状曲线状的动压浅槽外径侧的开口流入端面。随着密封面的旋转，密封介质在浅槽内被逐渐压缩，压力升高，并最终在浅槽与密封面交界附近达到压力极值，这样密封面间就形成了很强的流体动压效应，从而获得了很高的流体膜刚度，提升了密封的稳定性。

本实用新型上述结构的动压波形面的动压浅槽可用于双向旋转，在密封正反转时都能产生足够的流体动压力。而且由于该动压浅槽采用的是其圆周截面的展开形状均为连续平滑周期起伏的波状曲线状的波形曲面，即其槽两侧边缘与端面的衔接及槽的下凹深度变化，始终都是平滑曲线状逐渐过渡的，槽的深度沿径向由内向外也是线性逐渐增加的，使该动压波形面密封环能具有卓越的动压效应，即液膜厚度、刚度变化等均匀平顺，没有传统动压浅槽结构存在的阶跃性突变，从而使密封运行性能更为稳定、可靠，不仅在通常工况条件下的密封效果更优于传统的槽形的动压密封效果，而且还特别适合对密封运行的稳定性、可靠性要求特别高、运行寿命较长，无备用装置，在运行周期内无检修可能的工况条件。

以下结合由附图所示实施例的具体实施方式，对本实用新型的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本实用新型上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本实用新型的范围内。

附图说明

 图1是本实用新型一种密封装置中动压波形面浅槽结构的密封端面状态的示意图。

图2是图1的A-A轴向剖面结构的示意图。

图3是图2中旋转环中该动压波形面浅槽的局部放大结构示意图。

图4是本实用新型另一种密封装置中动压波形面浅槽结构的密封端面状态的示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1～图3所示，在静环座6上经防转销3、推环4、密封圈5、弹簧7等结构设置有静止环2，与其端面相对配合安装有一旋转环1，其间该相对端面为密封端面。在旋转环1和/或静止环2间的一侧或两侧密封端面上（图中示出的是在旋转环1侧的单端面密封形式），在密封坝宽（即其径向内侧距离）≥2毫米的环状端平面区域9之外的径向外周环状区域中，沿圆周等间距设置有4～36个由周缘向心延伸，且槽的深度线性连续减小、槽的宽度由外周向心性连续缩窄的波形曲面凹槽的浅槽8。该浅槽8的任一圆周面上的槽形截面展开形状均为连续平滑周期起伏的波状曲线。各浅槽8底面上的任一向心线10的延长线以与端平面具有斜角α的方式交汇于端面中心轴线11上的同一点O；所说各浅槽的波形凹面形状为由具有该斜角α的向心线10绕端面中心轴线11的匀速圆周运动，和该向心线10同时以其与端面中心轴线11的交汇点O为摆动中心在设定的斜角α的变化范围内作周期往复摆动的复合运动的轨迹，各波形曲面凹槽式浅槽8相对于其槽的中心径向线的两侧是对称形式的，且优选为使各波形曲面凹槽式浅槽8在任一圆周面上的槽形截面展开形状呈现为一连续的正弦或余弦曲线的形状。 所说的该斜角α的角度范围是20° ＞｜α｜＞ 0°， 更优选的范围是2°＞|α|＞0°。

实施例2

如图4所示，本例密封装置与实施例1结构的不同在于，在实施例1的密封端面中的各相邻两波形曲面凹槽的浅槽8之间，还各开设有一个常规结构形式的T形密封槽12，形成一种组合式的密封结构。

Claims (9)

1.变锥度型波形曲面机械密封装置，在以端面相对的旋转环（1）与静止环（2）间的密封端面上，沿圆周以等间距设置有至少两个由周缘向心延伸且槽深度连续减小的浅槽（8），其特征是各浅槽（8）为宽度由外周向心性连续缩窄的波形曲面凹槽，其任一圆周面上的槽形截面的展开形状均为连续平滑周期起伏的波状曲线，各浅槽（8）底面上的任一向心线（10）的延长线以与端平面具有斜角（α）的方式交汇于端面中心轴线（11）上的同一点（O），所说各浅槽的波形凹面形状为由具有该斜角（α）的向心线（10）绕端面中心轴线（11）的圆周运动，和该向心线（10）同时以其与端面中心轴线（11）的交汇点（O）为摆动中心在设定的斜角（α）变化范围内作周期往复摆动的复合运动的轨迹。

2.如权利要求1所述的变锥度型波形曲面机械密封装置，其特征是所说的波形曲面凹槽式浅槽（8）中任一向心线（10）与端面的斜角（α）为20° ＞｜α｜＞ 0°。

3.如权利要求2所述的变锥度型波形曲面机械密封装置，其特征是所说的斜角（α）为2°＞|α|＞0°。

4.如权利要求1所述的变锥度型波形曲面机械密封装置，其特征是所说的浅槽（8）为在端面上等间距设置的4～36个。

5.如权利要求1所述的变锥度型波形曲面机械密封装置，其特征是所说的波形曲面凹槽式的浅槽（8）设置在其所在端面上径向内侧距离≥2毫米的环状端平面区域（9）之外的径向外周环状区域中。

6.如权利要求1所述的变锥度型波形曲面机械密封装置，其特征是所说的波形曲面凹槽式浅槽（8）的形状为由具有该斜角（α）的向心线（10）绕端面中心轴线（11）作匀速圆周运动，和该向心线（10）同时以其与中心轴线（11）的交汇点（O）为摆动中心在设定的斜角变化范围内作周期往复摆动的复合运动的轨迹，且各波形曲面凹槽式浅槽（8）在任一圆周面上的槽形截面展开形状呈现为一连续的正弦或余弦曲线的形状。

7.如权利要求1所述的变锥度型波形曲面机械密封装置，其特征是所说的波形曲面凹槽式浅槽（8）设置在其所在端面的全部区域中。

8.如权利要求1至7之一所述的变锥度型波形曲面机械密封装置，其特征是所说的波形曲面凹槽式浅槽（8）设置在旋转环（1）与静止环（2）相对的两密封端面中的至少一侧端面上。

9.如权利要求1至7之一所述的变锥度型波形曲面机械密封装置，其特征是在所说的相邻两波形曲面凹槽式的浅槽（8）之间，还设置有常规结构形式的T形密封槽（12）。

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