CN104235380A - 一种具有双级错列流体动压槽机械密封 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有双级错列流体动压槽机械密封环结构，主要是在密封动环或者静环上沿周向开设双级错列的同向流体动压槽，在双级动压槽之间开设环形导流槽，分别与双级动压槽相连接，在导流槽内开设有与密封腔相连通的通孔，从而实现该非接触式机械密封良好的密封性能和自动***颗粒的能力，防止动压槽的堵塞和降低密封端面的磨损和热变形，该密封环可以应用在含有固体颗粒介质的工况。

Description

一种具有双级错列流体动压槽机械密封

技术领域

本发明涉及流体机械密封技术和流体动压润滑理论，具体的说是一种新型的具有双级错列流体动压槽的非接触式机械密封结构。

背景技术

非接触端面机械密封在航空航天、核电、石油化工等行业有着极为广泛的应用。为了减少端面磨损和泄漏量，出现了各种利用流体动静压效应和泵送效应的机械密封。在输送含颗粒、杂质较多的石油、化工等场合，微小固体颗粒会进入密封端面之间，若不能及时排除，会使密封端面微造型堵塞失效，无法发挥动压槽的动压效应，同时颗粒的存在还会产生磨粒磨损，导致密封失效，产生严重的事故。

近几年，为了解决密封端面间的微小颗粒磨粒磨损问题，出现了几种端面改型设计。中国专利103133696A和102518809A公布了能自动***颗粒和防固体颗粒吸入型的机械密封环结构，但是没有验证改形后的端面结构是否还有较好的端面开启性能和密封能力。中国专利2534428Y公布了一种具有长短交错的流体动压槽密封结构，但是依旧没有解决颗粒对动压槽的磨损问题。中国专利2442034Y介绍了一种双列反向流体动压槽自润滑非接触式机械密封，但还是存在密封能力低、没有较好的***颗粒能力。EP0564153A1中公开了一种具有双列螺旋槽的非接触式机械密封，具有较佳的启动性能和防固体颗粒能力，但其密封能力较低，使用范围也有限。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的就是弥补现有技术上的不足而提出的一种有效提升密封端面液膜的动压效应、减少端面磨粒磨损和泄漏量的双级错列流体动压槽密封结构。该密封端面结构可以有效的增强液膜的动压效应实现端面的非接触，改善其润滑性能，双级动压槽叠加的泵送效应可以大大降低泄漏量，实现零泄漏。导流槽3和通孔4可以有效的自动排出被吸入到密封端面之间的微小颗粒，防止动压槽堵塞，从而保证密封能力，获得理想的密封效果。

为实现上述目的，本发明主要涉及密封端面的表面改形问题，其特征在于：在机械密封动环端面或静环端面上沿周向依次开设双级流体动压槽，两级动压槽沿密封环端面径向错列分布，第一级动压槽1位于密封环端面外径侧，第二级动压槽2位于密封环端面内径侧，双级动压槽错开排列，在双级动压槽之间开设环形导流槽3，与双级动压槽相连接。在导流槽3内，开设有沿周向对称分布的通孔4，一端位于导流槽槽沟处且大小能覆盖槽沟，即通孔直径D_d4＝D_d3，另一端位于动环或者静环侧面，与密封腔相连通。

其中，上述结构中的双级动压槽的槽型可以分别是螺旋线型、圆弧线型、斜线型、T字型、人字型，或不同线型的组合，第一级动压槽1槽深h₁＝3～8μm，槽数为8～20个，第二级动压槽2槽深h₂＝5～15μm，槽数为6～20个，槽深可沿周向呈线性收敛或呈台阶型变化。导流槽3的截面形状可以是矩形、圆形、三角形等，槽深h₃＝6～20μm，槽宽通孔直径D_d4＝D_d3，通孔个数为8～20个，第一级动压槽1、第二级动压槽2和导流槽3的槽深满足以下关系：h₃＞h₂＞h₁。

本发明的效果主要是：(1)在机械密封动环或者静环端面开设双级动压槽，能够有效的增强动压效应和泵送效应，提高开启力和减少泄漏量，实现非接触和零泄漏。由于导流槽3的槽深大于双级动压槽，因此在径向方向也形成了一个收敛性台阶，可以进一步增强动压效应，极大改善密封端面的摩擦润滑状况；(2)进入到密封端面的微小颗粒经泵送作用可以储存到导流槽3内，经离心力作用，可以将一定的颗粒通过通孔排出密封端面，返回到密封腔内，从而减少颗粒对动压槽的磨损和堵塞；(3)在开车状态时，通孔可以将密封端面的颗粒排出，利用通孔4内的介质强制对流，增强对流换热效果，将部分热量排出，减少机械密封端面温升，从而有效的减少密封端面的热变形；(4)在停车状态时，密封介质可以通过通孔4直接注入到密封端面间，利用密封介质的静压效应和瞬间启动时迅速形成润滑膜的动压效应，把密封端面分离开实现非接触，从而减少开停车时引起的端面摩擦磨损，故可以适用于频繁开停机的旋转机械轴封。

具体的动压槽槽型参数和槽型组合可以根据实际的密封介质和运行工况的不同，利用CFD软件对其进行多目标的优化设计，实现最优的密封性能和润滑状态。

附图说明

图1密封环端面槽型结构示意图

图2密封环端面槽型结构A-A剖面示意图

具体实施方式

本发明中的双级动压槽、导流槽3都开在机械密封动环，端面改形可以采用电火花、电化学腐蚀、激光加工等工艺加工。

在机械密封动环端面沿径向方向依次开设周向对称分布的第一级动压槽1、导流槽3和第二级动压槽2，导流槽3与双级动压槽分别相连接，如图1所示，两级动压槽的型线为对数螺旋线，螺旋角θ＝21°，槽堰宽比γ＝1.5，第一级动压槽1槽深h₁＝3μm，第二级动压槽2槽深h₂＝5μm，槽数N_g＝12个，导流槽3槽深h₃＝20μm，槽宽＝2.57mm，通孔4个数为6，分布在双级动压槽之间，剖面图如图2所示。

本说明书实施例所述内容仅仅是对本发明构思的实现形式的列举，并非对本发明作任何形式的限制，本发明的保护范围包括本领域技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段，凡依据本发明对以上实施例作任何的等同变化的更改、修饰和演变等，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种具有双级错列流体动压槽机械密封，其特征在于：在机械密封动环端面或静环端面上，依次设置沿旋转中心对称分布的双级错列的同向流体动压槽，两级动压槽沿密封环端面径向分布，第一级动压槽1位于密封环端面外径侧，第二级动压槽2位于密封环端面内径侧，在双级动压槽之间开设环形导流槽3，与双级动压槽相连接，在导流槽3内开设有与密封腔相连通的通孔4，沿周向均匀分布。

2.根据权利要求1所述的双级错列流体动压槽机械密封，其特征在于：双级动压槽的槽型可以分别是螺旋线型、圆弧线型、斜线型、T字型、人字型，或不同线型的组合，第一级动压槽1槽深为h₁＝3～8μm，槽数为8～20个，第二级动压槽2槽深h₂＝5～15μm，槽数为6～20个，双级动压槽须错开排列，槽深可沿周向呈线性收敛或呈台阶型变化。

3.根据权利要求1所述的双级错列流体动压槽机械密封，其特征在于：导流槽3的截面形状可以是矩形、圆形、三角形等，槽深h₃＝6～20μm，槽宽 $D_{d3}=\frac{D_{d1}-D_{d2}}{2}=0.1~0.3\left(\frac{D_0-D_i}{2}\right).$

4.根据权利要求1所述的双级错列流体动压槽机械密封，其特征在于：在导流槽3内依次开设沿旋转中心对称分布的通孔4，其一端位于导流槽3的槽沟处，另一端位于动环或者静环侧面，与密封腔相连通，通孔直径D_d4＝D_d3，通孔个数为8～20个。

5.根据权利要求1所述的双级错列流体动压槽机械密封，其特征在于：第一级动压槽1、第二级动压槽2和导流槽3的槽深满足以下关系：h₃＞h₂＞h₁。