CN107542934B - 一种仿花瓣形型槽的机械密封结构 - Google Patents

Abstract

一种仿花瓣形型槽的机械密封结构，包括内环（2）、外环（1）和密封面，所述密封面上开设有一定数量的花瓣形型槽；各个花瓣形型槽沿该机械密封面的圆周方向均等分布。所述密封面包括密封堰区（3）和密封坝区（4）；所述密封堰区为两花瓣形型槽之间的非开槽区部分；所述密封坝区为花瓣形型槽的末端与内环之间所设的光滑圆环形平面部分。所述花瓣形型槽由分流槽（51）和引流孔（52）组成。所述分流槽是椭圆形，以引流孔为中心径向向外辐射，所述分流槽在密封面圆周方向均等分布，分流槽的个数为3～8个；所有分流槽都具有相同的深度。本发明仿花瓣形型槽沿周向对称分布的型槽排布，既适用于单向旋转机械也适用于双向旋转机械。

Description

一种仿花瓣形型槽的机械密封结构

技术领域

本发明涉及一种仿花瓣形型槽的机械密封结构，属旋转机械端面密封技术领域。

背景技术

机械密封是一种依靠弹性元件对动、静环端面密封副的预紧和介质压力与弹性元件压力的压紧而达到密封的轴向端面密封装置，故又称为端面密封。自上世纪中期产生以来，以其独特的性能优势广泛地应用于离心泵、离心机、反应釜和压缩机等设备上。随着工业需求的不断提高，实际应用中要求机械密封适应在高压、高速等极端工况条件下，这样就对机械密封的性能提出了更高的要求。

目前使用最为广泛的机械密封为接触式机械密封及非接触式机械密封，接触式机械密封启动时，端面间缺少流体润滑而导致摩擦热上升并伴随产生磨损、变形甚至热裂，因此机械密封寿命较短。而对于非接触式机械密封虽然可以克服接触式机械密封这种不足，但是现在几乎所有的非接触式机械密封在降低端面磨损的同时会增加泄漏量，例如使用面最广的螺旋槽机械密封，旋转方向只能某一特定的方向，槽根部易积聚大量的硬质磨料对端面产生极大的摩擦，导致密封失效。因此，减小密封端面的摩擦磨损，提高端面的开启力及运行时液膜的稳定性，减小泄漏量成为机械密封发展的关键问题。

现有的机械密封结构的动环和静环(如图1所示)都是一个圆柱体：后端面、圆柱面、前端面，一般作为密封面的是前端面。所述机械密封的动环和静环，如图7所示，所述动环和静环的端面的一侧为高压侧即上游，所述动环和静环的端面的另一侧为低压侧即下游，所述的动环或静环至少有一个环的密封端面上开设有多个沿周向均匀分布外形类似于花瓣外形的流体动压型槽。

发明内容

本发明的目的是，为了克服现有技术的不足，提供一种仿花瓣形型槽的机械密封结构。

实现本发明的技术方案如下，本发明一种仿花瓣形型槽的机械密封结构，包括内环、外环和密封面，所述密封面上开设有一定数量的花瓣形型槽；各个花瓣形型槽沿该机械密封面的圆周方向均等分布；所述密封面包括密封堰区和密封坝区；所述密封堰区为两花瓣形型槽之间的非开槽区部分；所述密封坝区为花瓣形型槽的末端与内环之间所设的光滑圆环形平面部分；所述密封堰区和密封坝区都位于所述机械密封结构的前端面即密封面上的不同位置。

所述花瓣形型槽由分流槽和引流孔组成；所述分流槽是椭圆形，以引流孔为中心径向向外幅射，所述分流槽在密封面圆周方向均等分布，分流槽的个数为3～8个；所有分流槽都具有相同的深度。

所述引流孔垂直于密封面；所述引流孔是圆形通孔，直径为1～2mm。

所述花瓣形型槽共有6～10个，其个数的多少随该机械密封结构的大小而改变。

所述分流槽是椭圆形，其短半轴为0.5～2.5mm、长半轴为5～10mm。

所述外环是所述机械密封结构密封面的外圆面；内环是该机械密封结构密封面的内圆面。

本发明仿花瓣形型槽的机械密封结构中，由于引流孔将密封腔内的润滑液体引入到花瓣形型槽中，整个型槽具有一定的流体静压效应，使得机械密封在流体静压作用下，改善了启、停阶段端面的润滑状态，避免了端面的摩擦磨损，延长了使用寿命；周向对称分布的型槽因空化效应和泵吸效应而产生流体动压效应，迅速产生大开启力确保端面及时打开并在端面间维持微米级流体薄膜，有利于端面在极端工况下的快速开启，与此同时分流槽的富集效应使上述强流体动压效应得到叠加，使密封具有优异稳定性。

本发明的有益效果在于，本发明仿花瓣形型槽的机械密封结构的型槽具有一定的流体静压效应，周向对称分布的型槽产生流体动压效应；花瓣形型槽可以有效防止密封流体中颗粒的堆积，密封坝区的存在可以实现轴静止时的静密封。本发明可有效避免小膜厚、小压差的极端工况下的碰摩失效，实现了密封的非接触、提高耐磨损，延长了使用寿命，提高了密封的可靠性。本发明仿花瓣形型槽沿周向对称分布的型槽排布，既适用于单向旋转机械也适用于双向旋转机械。

本发明适用于各种压缩机、膨胀机、泵、反应釜、搅拌机等旋转机械轴的轴端密封装置。

附图说明

图1为现有机械密封结构示意图；

图2为本发明仿花瓣形型槽机械密封结构的主视图；

图3为本发明仿花瓣形型槽机械密封结构的轴侧图；

图4为仿花瓣形型槽的局部放大视图；

图5为仿花瓣形型槽的几何尺寸图；

图6为图2中的A-A剖切图；

图7为本发明机械密封结构的旋转方向示意图；

图8为本发明的实施例的另一种结构示意图；

图中，1是外环；2是内环；3是密封堰区；4是密封坝区；5是花瓣形型槽；51是分流槽；52是引流孔；φ1为整个机械密封结构的内径；φ2为整个机械密封结构的外径；L为机械密封结构轴向厚度；B1为分流槽椭圆的短半轴，B2为椭圆的长半轴，C为引流孔的直径；H为分流槽的深度，各分流槽深度相同。

高压侧(密封腔)、低压侧(密封泄漏侧)、旋转方向(旋转轴的转动方向)。

具体实施方式

实施例1

本发明的具体实施方式如图2-图7。

如图2所示，本实施例一种仿花瓣形型槽的机械密封结构，包括内环2、外环1和密封面，所述密封面上开设有一定数量的花瓣形型槽；各个花瓣形型槽沿该机械密封面的圆周方向均等分布；所述密封面包括密封堰区3和密封坝区4；所述密封堰区3为两花瓣形型槽之间的非开槽区部分；所述密封坝4区为花瓣形型槽的末端与内环之间所设的光滑圆环形平面部分；所述密封堰区和密封坝区都位于所述机械密封结构的前端面即密封面上的不同位置。

如图3所示，φ1为本实施例整个机械密封结构的内径；φ2为本实施例整个机械密封结构的外径；L为本实施例机械密封结构轴向厚度。

如图4所示，本实施例中花瓣形型槽由分流槽51和引流孔52组成；所述分流槽51是椭圆形，以引流孔52为中心径向向外幅射，所述分流槽51在密封面圆周方向均等分布，分流槽的个数为3～8个，本实施例为6个周向均匀分布分流槽，六个分流槽51，其短半轴B1为1mm、长半轴B2为8mm。

如图6所示，所有分流槽都具有相同的深度H；引流孔52是圆形通孔圆孔直径为1mm；引流孔包括垂直于机械密封结构密封面中心的轴向引流孔和与轴向引流孔垂直的径向引流孔，径向引流孔直通外环；轴向引流孔与径向引流孔连通形成润滑液通道。

如图7所示，为本发明机械密封结构的旋转方向示意图，本实施例机械密封结构既适用于单向旋转机械也适用于双向旋转机械；其中的高压侧为密封腔所在的区域、低压侧为密封泄漏侧所在的区域。

实施例2

本实施例如图8所示。本实施例是在上述实施例的基础上，将每个分流槽51的一个分流花瓣的末端通过一个圆环凹槽连接起来，这样使得静压开启力提高更加显著，适用于更高工况参数的场合。

本发明一种仿花瓣形型槽的机械密封结构的引流孔开口朝向高压侧也就是密封腔，这样使得高压侧流体在流体静压的作用下可以进入密封端面，在转轴旋转之前将动、静环分开，以避免旋转时端面密封坝区的磨损。当机械密封结构开始旋转时，由于分流槽的存在，形成明显的流体动压效应，并且由于多个型槽的存在，沿旋转方向流体压力不断累积，产生富集效应；密封启动阶段可以使端面更快分开；在停车阶段可以有效避免端面的过度摩擦而引起密封的失效；同时在动态扰动存在时，小膜厚下端面膜承载力的增加可以有效地避免端面的接触引起的磨损，提高了密封的抗干扰能力。

Claims (2)

1.一种仿花瓣形型槽的机械密封结构，包括内环、外环和密封面，其特征在于，所述密封面上开设有一定数量的花瓣形型槽；各个花瓣形型槽沿该密封面的圆周方向均等分布；所述密封面包括密封堰区和密封坝区；所述密封堰区为两花瓣形型槽之间的非开槽区部分；所述密封坝区为花瓣形型槽的末端与内环之间所设的光滑圆环形平面部分；

所述花瓣形型槽由分流槽和引流孔组成；所述分流槽是椭圆形，以引流孔为中心径向向外辐射，所述分流槽在密封面圆周方向均等分布，分流槽的个数为3～8个；所有分流槽都具有相同的深度；

所述引流孔包括垂直于机械密封结构密封面中心的轴向引流孔和与轴向引流孔垂直的径向引流孔，径向引流孔直通外环；轴向引流孔与径向引流孔连通形成润滑液通道。

2.根据权利要求1所述的一种仿花瓣形型槽的机械密封结构，其特征在于，所述引流孔垂直于密封面；所述引流孔是圆形通孔，直径为1～2mm。