CN112431789A - 一种具有高效密封性能的密封环 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于泵的密封环，所述密封环可安装在叶轮上，所述密封环的一个端面设有用于向密封环外侧泵送液体的一个或多个凹槽区域，和/或用于使液体压力升高以抑制泄漏流动的密封坝区域。所述凹槽区域的外轮廓在旋转时驱使液体一同旋转，以将液体泵向密封环外侧和/或吸进液体。所述凹槽区域用于使凹槽区域内的液体绕流凹槽区域的内壁，所述凹槽区域的内壁用于使液体流向密封坝区域，以阻碍泄漏流的流通和/或增加密封间隙内的液膜刚度。

Description

一种具有高效密封性能的密封环
技术领域
本发明涉及机械工程领域，尤其是涉及一种具有高效密封性能的密封环。
背景技术
图1示出依据现有技术的泵的部分示意剖面图。如图1所示，常规泵100可包括叶轮1、壳体2、叶轮密封环3和泵体密封环4，其中叶轮密封环3安装在叶轮1之上，随叶轮1一起旋转，属于转动部件，泵体密封环4安装在壳体2之上，属于静止部件。如图2B所示，叶轮密封环3与泵体密封环4之间的密封环间隙20连通叶轮1的出口区域(B)、进口区域(A)。从图2C的局部放大图可看出，常规叶轮密封环3的密封面为平面。
如图2A的压力分布图所示，叶轮密封环3与泵体密封环4之间的间隙内压力与间隙径向距离近似为线性关系(如图2A所示，压力曲线为一条陡峭斜线)。密封环间隙20的前后(分别如图2B所示的B处出口侧和A处进口侧)压差等于叶轮1的出口侧与进口侧的压差。参考图1和2A，当泵100处于工作状态时，通过叶轮1的增压作用，与叶轮1的进口区域(A处)相比，其出口区域(B处)形成高压区。沿图1所示的方向，在泵100运转时，在叶轮1的出口侧(B处)、进口侧(A处)压差作用下，部分液体可从出口侧由转动部件叶轮1与静止部件壳体2之间的间隙20流回进口侧，形成泄漏流。泄漏流的存在可造成容积损失，降低机组效率，而且泄漏流也会影响叶轮1的出口压力，导致扬程下降。
如图1和2C所示，目前的泵100中通常采用径向密封环的结构形式。为了减小叶轮密封环3和泵体密封环4之间间隙20处的泄漏量，通常使叶轮密封环3和泵体密封环4之间的间隙值相对较小(例如，约为叶轮1直径的0.5‰～1‰)。但是，这使得叶轮1的径向密封环3与壳体密封环4之间易发生碰摩、咬死等事故。而且，较小的间隙值对轴系的对中性要求均较高，增加了安装难度。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种具有高效密封性能的密封环。
依据本发明的一个方面，提供了一种密封环，所述密封环的一个端面设有用于向密封环外侧泵送液体的一个或多个凹槽区域，和/或用于使液体压力升高以抑制泄漏流动的密封坝区域。
依据本发明以上方面的密封环，凹槽区域的外轮廓在旋转时驱使液体一同旋转，以将液体泵向密封环外侧和/或吸进液体。
依据本发明以上方面的密封环，所述凹槽区域用于使凹槽区域内的液体绕流凹槽区域的内壁，所述凹槽区域的内壁用于使液体流向密封坝区域，以阻碍泄漏流的流通和/或增加密封间隙内的液膜刚度。
依据本发明以上方面的密封环，所述凹槽区域包括一个或多个单向螺旋凹槽和/或一个或多个双向螺旋凹槽，其中所述单向螺旋凹槽具有能向密封环外侧泵送液体的翼型，和/或所述双向螺旋凹槽具有密封环外侧泵送液体的翼型，和/或所述凹槽沿所述密封环的中心均匀分布。
依据本发明以上方面的密封环，通过增加或去除安装在泵的轴承体和轴承支架之间的垫片组或通过调节所述垫片组的厚度来调节密封环间隙；和/或所述密封环包括平面密封环，所述端面为密封面，所述垫片组包括一个或多个垫片。
依据本发明的另一个方面，提供了一种泵，包括安装在叶轮上的密封环，所述密封环的一个端面设有用于向密封环外侧泵送液体的一个或多个凹槽区域，和/或用于使液体压力升高以抑制泄漏流动的密封坝区域。
依据本发明以上方面的泵，所述凹槽区域的外轮廓在随叶轮旋转时驱使液体一同旋转，以将液体泵向密封环外侧和/或吸进液体。
依据本发明以上方面的泵，所述凹槽区域用于在随叶轮旋转时使凹槽区域内的液体绕流凹槽区域的内壁，凹槽区域的内壁用于使液体流向密封坝区域，以阻碍泄漏流的流通和/或增加密封间隙内的液膜刚度。
依据本发明以上方面的泵，所述凹槽区域包括一个或多个单向螺旋凹槽和/或一个或多个双向螺旋凹槽，其中所述单向螺旋凹槽具有能向密封环外侧泵送液体的翼型，和/或所述双向螺旋凹槽具有向密封环外侧泵送液体的翼型，和/或所述凹槽沿所述密封环的中心均匀分布；和/或所述密封环包括平面密封环，所述端面为密封面。
依据本发明以上方面的泵，还包括所述泵还包括叶轮、蜗壳、泵体密封环、轴承体、轴承支架、安装在轴承体和轴承支架之间的垫片组中的一个或多个；和/或通过增加或去除所述垫片组或调节垫片组的厚度来调节密封环间隙，所述垫片组包括一个或多个垫片。
如上所述，如上所述，依据本发明所述的实施例，由于利用具有增压功能和/或提高密封环间隙处液体的液膜刚度的密封环，所以本发明可有效地降低泄漏量，也可很好地平衡泵组的轴向力，从而提高运行的稳定性。此外，密封环与壳体静密封环之间的密封环间隙具有可调节性，因此可维持密封间隙的最小化，以确保性能最优化。而且本发明的结构简单，易于安装，可有效地避免密封环与壳体静密封环之间的碰摩，也可延长密封环的使用寿命。
附图说明
图1示出依据现有技术的泵的局部剖面示意图；
图2A到2C分别示出依据现有技术的密封环间隙内压力与间隙径向距离关系的示意压力分布图、叶轮密封环与泵体密封环的示意局部剖面图、及叶轮密封环的局部示意图；
图3A到3C分别示出依据本发明一个实施例的密封环间隙内压力与间隙径向距离关系的示意压力分布图、叶轮密封环与泵体密封环的示意局部剖面图、及叶轮密封环的局部示意图；
图4和5分别示出依据本发明一个实施例的密封环的示意局部剖面图和示意图；
图6和7分别示出依据本发明一个实施例的密封环的示意局部剖面图和示意图；
图8示出依据本发明一个实施例的泵组的示意结构图；
图9示出依据本发明一个实施例的泵组的轴承体调节示意三维图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图3A到3C示出依据本发明一个实施例的密封环的一个例子。在一个实施例中，所述密封环可包括平面密封环，其中密封面可以是平面。在一个实施例中，与图1所示的叶轮密封环3相类似，所述密封环3A可安装在例如泵等设备的叶轮1上，随叶轮1一起旋转。如图3C所示，密封环3A的密封面上可设有一个或多个凹槽30A。参考图1和3C，所述凹槽30A可具有向叶轮1的出口侧(B处)泵送液体的功能，以增大密封环间隙20内的液体压力，从而使密封环间隙20内的压力与间隙径向距离曲线示为一上升平缓折线(如图3A的压力分布图所示)。
在一个实施例中，所述凹槽30A可用于减小叶轮1的出口侧液体压力，从而降低密封环间隙20的前后压差，以降低泄漏量。所述凹槽30A还可用于增强液膜刚度，从而实现更优的轴承效应，以提高运行稳定性。虽然在图3C中未示出，但在一些实施例中，可利用图6所示的密封环3B来降低泄漏量和/或增强液膜刚度等。
图4和5示出依据本发明一个实施例的密封环的一个例子。参考图1和图4，密封环3A可安装在例如泵等设备的叶轮1上，随叶轮1一起旋转。密封环3A的密封面上可设有一个或多个凹槽区域30A。在一个实施例中，所述凹槽区域30A可沿密封环3A的中心均匀分布，以随叶轮1一同绕轴旋转。类似地，参考图1和图6，密封环3B可安装在叶轮1上，随叶轮1一起旋转，所述密封环3B设有可沿密封环3B的中心均匀分布，以随叶轮1一同绕轴旋转的一个或多个凹槽区域30B。在一个实施例中，所述密封环3A和/或3B可包括平面密封环，其中密封面可以是平面。
参考图1和图4，密封环3A的端面区域(对应于密封面)可包括凹槽区域30A和密封坝区域40A，其中所述凹槽区域30A可用于向密封环3A外侧泵送液体，所述密封坝区域40A可用于使液体压力升高，抑制泄漏流动。类似地，参考图1和图6，密封环3B的端面区域可包括凹槽区域30B和密封坝区域40B。
在一个实施例中，所述凹槽区域30A和30B的外轮廓具有较好的水力性能。例如，参考图1和图4，在泵100运转时，当泵100内充满液体后，密封环3A可随叶轮1一同高速旋转，密封环3A的凹槽区域30A可驱使液体一同旋转，泵向密封环3A外侧，同时凹槽区域30A可由叶轮1的进口处(A处)吸进液体。在这一过程中，凹槽区域30A内的液体可绕流凹槽区域30A的内壁，在绕流运动中液体以一个升力作用于凹槽区域30A的内壁，反过来凹槽区域30A的内壁以一个与所述升力大小相等、方向相反的力作用于液体。利用凹槽区域30A的所述作用力对液体做功，使液体得到能量而流向密封坝区域40A，从而可阻碍泄漏流的流通，和/或增加间隙20内的液膜刚度。类似地，如图6所示，通过在密封环3B上设置所述凹槽区域30B和密封坝区域40B，可阻碍泄漏流的流通，也可增加间隙20内的液膜刚度。
如图4和6所示，密封环3A和3B的端面(密封面)型式按旋转方向可分别包括单向螺旋凹槽30A和双向螺旋凹槽30B。图4所示的单向螺旋凹槽30A可适用于单一旋转方向，例如图4所示的逆时针旋转方向，但本发明不限于此，其他实施例可利用适于顺时针旋转方向的其他单向螺旋凹槽。在一个实施例中，所述单向螺旋凹槽30A可包括图4所示的翼型，但本发明不限于此，在其他实施例中，所述凹槽30A可利用能向密封环3A外侧泵送液体的其他形状，以增压功能和/或提高密封环间隙处液体的液膜刚度。图6所示的双向螺旋凹槽30B可适用于顺时针和逆时针旋转方向。在一个实施例中，图6所示的双向螺旋凹槽30B可包括图5所示的翼型，但本发明不限于此，在其他实施例中，所述凹槽30B可利用能向密封环3B外侧泵送液体的其他形状，以增压功能和/或提高密封环间隙处液体的液膜刚度。
在一个实施例中，密封环3A或3B与壳体静密封环4之间的密封环间隙20具有可调节性，以维持密封环间隙20的最小化，从而确保性能最优化(例如，利用以下参考图8和7所述的垫片组6)。所述密封环3A或3B具有增压功能，使得密封环间隙20处的液体具有较高的液膜刚度，从而能够有效降低泄漏量，也可很好地平衡泵组100的轴向力，提高运行的稳定性。所述密封环3A或3B结构简单，易于安装，以有效避免密封环3A或3B与壳体静密封环4之间的碰摩，延长密封环的使用寿命。
图8示出依据本发明一个实施例的泵组的示意结构图。图9示出依据本发明一个实施例的泵组的轴承体调节示意三维图。参考图8和7，在一个实施例中，所述泵组500可包括叶轮1、蜗壳2、密封环3A或3B、泵体密封环4、螺钉5、密封垫片组6、螺柱7、螺母8、轴承体9、螺栓10、和/或轴承支架11等。
如图8所示，密封环3A或3B可通过螺钉5固定在叶轮1之上，二者依靠止口进行定位。泵体密封环4可通过螺钉5固定在蜗壳2之上。在一个实施例中，密封环3A或3B与泵体密封环4之间的密封环间隙20可通过轴承体9与轴承支架11之间的密封垫片组6进行调节(如以下参考图8和7所述)。
参考图8和7，轴承体9的连接法兰上可加工有一个或多个细牙螺纹孔12(例如，2个，但本发明不限于所述数量)和/或一个或多个螺栓通孔13(例如，8个，但本发明不限于所述数量)，所述螺纹孔12和所述螺栓孔13可分别沿中心均匀布置。在一个实施例中，可通过螺栓10辅助垫片组6的安装与更换，和/或通过螺柱7和螺母8将轴承体9、垫片组6固定在轴承支架11之上。
如图9所示，所述垫片组6可包括一个或多个垫片。在一个实施例中，调整垫片组7的整体厚度可以是例如5mm，其中包括2片例如2mm厚度的垫片和1片例如1mm厚度的垫片，但本发明不限于此，在其他实施例中，可利用各种厚度的垫片来调节垫片组6的厚度。参考图8，垫片组6的每个垫片可包括4等分分瓣结构，但本发明不限于此，每个垫片可加工有与轴承体9的连接法兰上的螺栓孔12和/或螺纹孔13相匹配的孔。例如，如图9所示，所述垫片孔可包括矩形孔或其他形状，以与螺栓孔12和/或螺纹孔13相匹配。
参考图9，在进行调整垫片组6安装与更换时，无需对整个泵组500进行拆解，通过松解螺柱7、螺母8，配合螺栓10，可直接将调整垫片组6由侧面拆除与安装。虽然在图8中未示出，但在一个实施例中，密封环3A或3B与泵体密封环4之间的密封环间隙可类似地利用密封垫片组6进行调节。例如，可通过增加或去除垫片组6或改变垫片组6的厚度来调节密封环3A或3B及4之间的间隙。通过这种方式能持续保持密封环间隙的最优化，确保泵组500的性能。当泵组500运行一段时间后，密封环间隙会因为密封环磨损而变大，进而使泵组500的性能恶化，此时可以通过调整垫片组6的厚度取代更换密封环的方式来解决此问题，从而提升密封环的使用寿命。
如上所述，依据本发明所述的实施例，由于利用具有增压功能和/或提高密封环间隙处液体的液膜刚度的密封环，所以本发明可有效地降低泄漏量，也可很好地平衡泵组的轴向力，从而提高运行的稳定性。此外，密封环与壳体静密封环之间的密封环间隙具有可调节性，因此可维持密封间隙的最小化，以确保性能最优化。而且本发明的结构简单，易于安装，可有效地避免密封环与壳体静密封环之间的碰摩，也可延长密封环的使用寿命。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种密封环，其特征在于所述密封环的一个端面设有用于向密封环外侧泵送液体的一个或多个凹槽区域，和/或用于使液体压力升高以抑制泄漏流动的密封坝区域。
2.如权利要求1所述的密封环，其特征在于凹槽区域的外轮廓在旋转时驱使液体一同旋转，以将液体泵向密封环外侧和/或吸进液体。
3.如权利要求1所述的密封环，其特征在于所述凹槽区域用于使凹槽区域内的液体绕流凹槽区域的内壁，所述凹槽区域的内壁用于使液体流向密封坝区域，以阻碍泄漏流的流通和/或增加密封间隙内的液膜刚度。
4.如权利要求1或2所述的密封环，其特征在于所述凹槽区域包括一个或多个单向螺旋凹槽和/或一个或多个双向螺旋凹槽，其中所述单向螺旋凹槽具有能向密封环外侧泵送液体的翼型，和/或所述双向螺旋凹槽具有密封环外侧泵送液体的翼型，和/或所述凹槽沿所述密封环的中心均匀分布。
5.如权利要求1或2所述的密封环，其特征在于通过增加或去除安装在泵的轴承体与轴承支架之间的垫片组，或通过调节所述垫片组的厚度来调节密封环间隙；和/或所述密封环包括平面密封环，所述端面为密封面，所述垫片组包括一个或多个垫片。
6.一种泵，其特征在于包括安装在叶轮上的密封环，所述密封环的一个端面设有用于向密封环外侧泵送液体的一个或多个凹槽区域，和/或用于使液体压力升高以抑制泄漏流动的密封坝区域。
7.如权利要求6所述的泵，其特征在于所述凹槽区域的外轮廓在随叶轮旋转时驱使液体一同旋转，以将液体泵向密封环外侧和/或吸进液体。
8.如权利要求6所述的泵，其特征在于所述凹槽区域用于在随叶轮旋转时使凹槽区域内的液体绕流凹槽区域的内壁，凹槽区域的内壁用于使液体流向密封坝区域，以阻碍泄漏流的流通和/或增加密封间隙内的液膜刚度。
9.如权利要求6或7所述的泵，其特征在于所述凹槽区域包括一个或多个单向螺旋凹槽和/或一个或多个双向螺旋凹槽，其中所述单向螺旋凹槽具有能向密封环外侧泵送液体的翼型，和/或所述双向螺旋凹槽具有密封环外侧泵送液体的翼型，和/或所述凹槽沿所述密封环的中心均匀分布；和/或所述密封环包括平面密封环，所述端面为密封面。
10.如权利要求5或6所述的泵，其特征在于所述泵还包括叶轮、蜗壳、泵体密封环、轴承体、轴承支架、安装在轴承体和轴承支架之间的垫片组中的一个或多个；和/或通过增加或去除所述垫片组或调节垫片组的厚度来调节密封环间隙，所述垫片组包括一个或多个垫片。
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