CN2442034Y - 双列流体动压槽自润滑非接触式机械密封 - Google Patents
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一种新型的流体动压槽自润滑非接触式机械密封装置。它主要是通过在密封动环或静环上开设两列特殊槽型的流体动压槽和在由两列动压槽所形成的下游侧开设环形沟槽等特殊方式来实现优良的密封性能、良好的自润滑功能、更佳的工作稳定性和可靠性、良好的防固体颗粒性能和开停车功能。
Description
本实用新型涉及一种新型的双列流体动压槽自润滑非接触式机械密封，它是属于流体密封技术特别是机械密封技术领域，是一种新型的流体动压自润滑非接触式机械密封装置。它主要是通过在密封动环(4)或静环上开设两列特殊槽型的流体动压槽和在由两列动压槽所形成的下游侧开设环形沟槽(18)等特殊方式来实现优良的密封性能、良好的自润滑功能、更佳的工作稳定性和可靠性、良好的防固体颗粒性能和开停车功能。
目前，在石油化工和石油工程中广泛使用着各种类型的机械密封，但都普遍存在着流体动压非接触式机械密封的共同缺点，如因泵入固体颗粒而易发生磨粒磨损、难以实现被密封介质的绝对无泄漏等总是令使用着感到是一种缺憾。如①.US4407509公开了一种在密封端面上具有高低表面的多叶片型的旋转机械用无泄漏非接触式机械密封，是借助高速旋转叶片下流体的粘性剪切效应把从高压侧流向低压侧的被密封流体反输回高压侧的，理论上可实现被密封流体的宏观零泄漏，但实际上难以消除被密封介质的微观净泄漏；②.US4290611发明了一种具有单列螺旋槽的可实现高压上游泵送的非接触式机械密封，是借助位于低压侧的流体动压槽将低压隔离液体泵送至高压侧而实现被密封流体的无泄漏，适用作输送液体的泵用轴封。该密封极易把隔离液体中的固体颗粒泵入密封端面之间而造成密封的磨损失效；另外，该密封为防止隔离液体向大气侧泄漏而造成大量的物质损失，一般应在其外侧增设辅助密封；③.文献Journal of LubricationTechnology(August，1994，p625)介绍了两种具有Y形螺旋槽和人字形螺旋槽的无泄漏非接触式机械密封，研究结果表明，该两种密封结构在较低压力下均有较为理想的密封性能，同时具有良好的工作稳定性；但此类密封的启动性能一般，不适于频繁开停机泵用轴封，而且，若固体颗粒一旦侵入密封面之间，难以及时排除，势必造成密封面的磨粒磨损而失效，因此，防颗粒能力有限；④.EP0564153A1公开了一种具有双列螺旋槽的非接触式机械密封，具有较好的启动性能和防颗粒能力，适宜作双向旋转条件下输送液体类机械轴封，但其密封性能欠佳，密封压力较低。所以，开发出的具有理想的防固体颗粒功能、独特的自润滑能力、良好的开启性能、出色的工作稳定性和可靠性的新型机械密封是广大科技工作者的愿望和工程现场的需要。
本实用新型的目的就在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种双列流体动压槽自润滑非接触式机械密封。它主要是针对现有的流体动压非接触式机械密封存在的如因泵入固体颗粒而易发生磨粒磨损、难以实现被密封介质的绝对无泄漏等缺陷，开发出的具有理想的防固体颗粒功能、独特的自润滑能力、良好的开启性能、出色的工作稳定性和可靠性的新型双列流体动压槽自润滑非接触式机械密封。它主要由密封静环(5)、密封动环(4)、辅助密封圈若干、弹性元件(6)、防转销(12)、旋转轴套(1)、定位螺钉(8)、密封箱(15)、压盖(11)等组成，其主要的技术特点是在密封动环(4)或静环(5)的端面开设两列流体动压槽：一列为下游泵送动压槽(17)，其倾斜方向与动环(4)的旋转方向一致，一列为上游泵送动压槽(16)；其倾斜方向与动环(4)的旋转方向相反；同时在靠近下游侧开设一条环形沟槽(18)，并使上游泵送动压槽(16)与环形沟槽(18)向连通。
附图1即为本实用新型的整体结构示意图。
附图2即为本实用新型开设双列动压槽的密封动环(4)示意图。
附图3即为本实用新型开设双列动压槽的密封动环(4)横向剖面的结构示意图。
附图的图面说明如下：1--轴套 2--固紧螺钉 3--辅助密封圈 4--密封动环 5--密封静环6--弹性元件 7--定位环 8--定位螺钉 9--旋转轴 10--卡环11--压盖 12--防转销 13--辅助密封圈 14--辅助密封圈 15--密封箱16--上游泵送动压槽 17--下游泵送动压槽 18--环形沟槽 19---密封坝
为了更好地实现本实用新型的上述目的，本实用新型的设计者是将上游泵送动压槽(16)的槽数设计为下游泵送动压槽(17)数的整数倍，且使每一个下游泵送动压槽(17)与两个以上的上游泵送动压槽(16)相连通，而且要求两列动压槽均与高压侧相连通；对于动环(4)或静环(5)端面上的上游泵送动压槽(16)和下游泵送动压槽(17)的槽型线可以是螺旋线、圆弧、直线或其它由线的形状；对上游泵送动压槽(16)的径向高度要求大于下游泵送动压槽(17)的径向高度；由于环形沟槽(18)的内径为Da，外径为Dg1，则要求其径向宽度为S2等于(Dg1-Da)/2，深度h3大于或等于上游泵送动压槽(16)的深度h2；对于由环形沟槽(18)的内径为Da和密封静环(5)的内径d1所形成的密封坝(19)的径向宽度S1则要求等于(Da-d1)/2。
下面将结合附图和实施例来详叙本实用新型的结构特点：
在实际设计和制造中，本实用新型的设计者是在密封动环(4)的端面开设两列特殊形式的流体动压槽，一列为下游泵送动压槽(17)，一列为上游泵送动压槽(16)；下游泵送动压槽(17)的作用是把高压侧的流体泵送至低压侧，而上游泵送动压槽(16)的作用是把低压侧的流体泵送至高压侧；下游泵送动压槽(17)的倾斜方向与动环(4)的旋转方向一致，而上游泵送动压槽(16)的倾斜方向与动环(4)的旋转方向相反；上游泵送动压槽(16)数Z2为下游泵送动压槽(17)数Z1的整数倍，即Z2＝i·Z1(i＝1，2，3)；上游泵送动压槽(16)和下游泵送动压槽(17)均与高压侧相连通，每一个下游泵送动压槽(17)与i个上游泵送动压槽(16)相连通，且上游泵送动压槽(16)径向高度H2大于下游泵送动压槽(17)的径向高度H1；上游泵送动压槽(16)的槽深为h2，下游泵送动压槽(17)的槽深为h1，两者可以相等，也可以不等。所有的上游泵送动压槽(16)均与一位于下游侧的环形沟槽(18)相连通，环形沟槽(18)的内径为Da，外径为Dg1，其径向宽度S2≤2毫米(S2＝(Dg1-Da)/2)，深度h3≥上游泵送动压槽(16)的深度h2。由环形沟槽(18)的内径为Da和图4所示密封静环(5)的内径d1形成的一径向宽度为S1的密封坝(19)(S1＝(Da-d1)/2)，其值与环形沟槽(18)的宽度S2相当。
这样，在实际的设备运行中，其原理是这样实现的：以一个下游泵送动压槽(17)和与之相通的三个上游泵送动压槽(16)为例，在正常工作条件下，下游泵送动压槽(17)把上游侧即高压侧的流体泵入密封端面之间，泵入的流体首先和第一个与之相通的上游泵送动压槽(16)内的流体相汇，部分泵入的流体被第一个具有增压泵送效应的上游泵送动压槽(16)输送至高压侧；然后，泵入的流体继续和第二个与下游泵送动压槽(17)相通的上游泵送动压槽(16)内的流体相汇，部分流体被第二个同样具有增压泵送效应的上游泵送动压槽(16)输送至高压侧；最后，剩余泵入的流体继续和第三个与下游泵送动压槽(17)相通的上游泵送动压槽(16)内的流体相汇，并被第三个同样具有增压泵送效应的上游泵送动压槽(16)输送至高压侧，完成了高压侧流体经下游泵送动压槽(17)泵入和上游泵送动压槽(16)泵出的连续不断的循环过程。这一循环过程的意义在于：一方面，实现了机械密封的自润滑功能；另一方面，流体在密封面之间的不断循环，把密封面之间的摩擦热及时带走，实现了密封的自冲洗功能。值得强调的是，若上游侧流体中含有固体颗粒，则不可避免地被下游泵送动压槽(17)随流体一起泵入密封面之间，但与下游泵送动压槽(17)相连通的三个上游泵送动压槽(16)依次把泵入流体中的颗粒泵送至上游侧；由于上游泵送动压槽(16)的泵送能力比下游泵送动压槽(17)的强，完全能够把固体颗粒泵送至上游侧，从而避免了密封面之间的磨粒磨损，因此，该密封具有良好的防固体颗粒能力。另外，位于下游的密封坝(19)的主要作用是实现其停车密封功能。而环形沟槽(18)的作用是：当自上游流入密封间隙的少量流体经密封动压槽之间的堰区向下游流动时，首先进入环形沟槽(18)，由环形沟槽(18)导入各上游泵送动压槽(16)，并由上游泵送动压槽(16)泵送至上游侧，消除了高压侧流体向低压侧的泄漏。
通过与现有技术相比，本实用新型的双列流体动压槽自润滑非接触式机械密封具有如下特殊优点：
1.该双列流体动压槽自润滑非接触式机械密封可实现被密封流体的微
观无泄漏，具有优良的密封性能，彻底消除了对环境的污染。可适用
于输送各种易燃、易爆、巨毒、昂贵等工艺流体的离心泵、离心压缩
机、搅拌设备及其它旋转机械类轴封。
2.具有良好的自动清除固体颗粒功能。即使把被密封流体中的固体颗粒
泵送至密封端面之间，也能及时排除，既可以避免造成密封面的磨粒
磨损，又可以防止流体中的固体颗粒划伤下游密封坝(19)，破坏其停车
密封功能。因此，该密封可用于输送含固体颗粒工艺流体的旋转机械
类轴封。
3.高压隔离流体的泵入泵出使其消耗量相对减少，降低了机泵的运行费
用，相应提高了经济效益。
4.使用范围大大拓宽，既可用作液体密封，又可用作气体密封，适用于
离心泵、离心压缩机、搅拌设备及各类旋转机械类轴封。
5.独特的自润滑、自冷却冲洗功能，使其具有更佳的工作稳定性和耐久
性。
6.良好的瞬间启动性能，在静止状态下高压侧流体直接注入密封面之
间，瞬间启动时能迅速形成流体膜并把两密封面分离开来，消除了密
封面之间瞬间的固体摩擦。故该密封亦适用作频繁开停的旋转机械类
轴封。
该实用新型的双列流体动压槽自润滑非接触式机械密封具有优良的密封性能、无环境污染、摩擦功耗低、使用寿命长、独特的自润滑和自冲洗功能、良好的防固体颗粒性能和开停车功能、物质消耗少、使用范围广等优点，其成功的开发应用不仅可以提高我国机械密封技术水平，形成具有自主知识产权的高新密封技术产业，又能大大提高现行运行设备工作的稳定性和可靠性，节能降耗、降低环境污染程度和相应的环保投入，产生的经济效益和社会效益是相当客观的。
Claims (5)
1.双列流体动压槽自润滑非接触式机械密封，它主要是由主要由密封静环(5)、密封动环(4)、辅助密封圈若干及弹性元件(6)等构成，其技术特征在于在密封动环(4)或静环(5)的端面开设两列流体动压槽：一列为下游泵送动压槽(17)，其倾斜方向与密封动环(4)的旋转方向一致，一列为上游泵送动压槽(16)；其倾斜方向与密封动环(4)的旋转方向相反；同时在靠近下游侧开设一条环形沟槽(18)，并使上游动压槽(16)与环形沟槽(18)相连通。
2.根据权利要求1所述的双列流体动压槽自润滑非接触式机械密封，其特征在于所述的上游泵送动压槽(16)的槽数为下游泵送动压槽数(17)的整数倍，且每一个下游泵送动压槽(17)与两个以上的上游泵送动压槽(16)相连通，而且使得两列动压槽均与高压侧相连通。
3.根据权利要求1所述的双列流体动压槽自润滑非接触式机械密封，其特征在于密封动环(4)端面上的上游泵送动压槽(16)和下游泵送动压槽(17)的槽型线可以是螺旋线、圆弧或直线。
4.根据权利要求1所述的双列流体动压槽自润滑非接触式机械密封，其特征在于所述的上游泵送动压槽(16)的径向高度大于下游泵送动压槽的径向高度。
5.根据权利要求1所述的双列流体动压槽自润滑非接触式机械密封，其特征在于环形沟槽(18)的内径为Da，外径为Dg1，其径向宽度为S2等于(Dg1-Da)/2，深度h3大于或等于上游动压槽(16)的深度h2；由环形沟槽(18)的内径为Da和密封静环(5)的内径d1所形成的密封坝(19)的径向宽度S1等于(Da-d1)/2。
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