CN114251455B - 一种具有双旋向动压效应的机械密封端面 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有双旋向动压效应的机械密封端面，包括静环和动环，静环和动环均具有密封端面，密封端面的外圆周处为密封高压侧即上游，密封端面的内圆周处为密封低压侧即下游，密封端面的密封低压侧设有环形密封坝，静环和/或动环的密封端面上沿周向均匀开设有若干端面槽，端面槽之间的非开槽区域为密封堰，端面槽包括径向引流槽、周向分流槽和曲边矩形槽，径向引流槽沿所述密封端面径向设置，径向引流槽的一端连通至密封端面的外圆周处，另一端与周向分流槽相连通；周向分流槽为在密封端面周向延伸的弧形槽，周向分流槽的两端各连通一曲边矩形槽。本发明的有益效果是：减少端面间摩擦磨损，提高使用寿命，槽型几何对称，密封效果好。

Description

一种具有双旋向动压效应的机械密封端面
技术领域
本发明专利涉及一种具有双旋向动压效应的机械密封端面，该装置可以用于压缩机、离心泵和反应釜等流体机械旋转轴的机械密封上，属于流体动密封领域。
背景技术
机械密封是流体机械的关键基础部件，起到防止高压流体泄漏的作用。相比于接触式机械密封，端面开流体动压槽的非接触式机械密封具有磨损小、寿命长的优点，因此密封端面的动压型槽结构是机械密封的关键。由于动压槽的动压效应，密封端面间形成连续、稳定的流体薄膜，该薄膜具有一定的刚度和承载能力，可以使得密封端面长时间处于稳定的非接触状态。双向旋转的流体机械需要配备可双向旋转型流体动压机械密封，目前的双旋向密封环密封端面上的槽型存在流体膜刚度低、膜厚小、动压效应弱等一系列问题。改变密封端面上设置的槽型几何结构和槽深是增强端面流体动压效应的有效手段。
发明内容
为解决非接触式机械密封目前存在的问题，本发明提供了一种可双向旋转的非接触式机械密封动压槽型结构，通过对密封端面槽型的几何结构和槽深设计的创新，在转轴双向旋转时均可形成稳定连续的流体薄膜，有效降低了密封端面间的摩擦磨损，提高了机械密封的使用寿命。
本发明的具体技术方案是：
一种具有双旋向动压效应的机械密封端面，包括用于机械端面密封的静环和动环，所述静环和所述动环均具有密封端面，所述密封端面的外圆周处为密封高压侧即上游，所述密封端面的内圆周处为密封低压侧即下游，且所述密封端面的密封低压侧设有具有光滑平面的环形密封坝，其特征在于：所述静环和/或动环的密封端面上沿周向均匀开设有若干端面槽，所述端面槽之间的非开槽区域为密封堰，所述端面槽包括径向引流槽、与径向引流槽连通的周向分流槽和分列于径向引流槽两侧并与周向分流槽连通的曲边矩形槽，所述径向引流槽沿所述密封端面径向设置，所述径向引流槽的一端连通至所述密封端面的外圆周处，另一端与所述周向分流槽相连通，用于将密封介质引入密封端面；所述周向分流槽为在密封端面周向延伸的弧形槽，所述周向分流槽的两端各连通一所述曲边矩形槽，用于减少泄漏量和产生流体动压力。
进一步，所述端面槽为径向中轴对称，所述端面槽在密封端面上呈周期分布，且所述端面槽的个数为6～18。
进一步，所述径向引流槽为矩形槽，一端与密封上游侧贯通，另一端与所述周向分流槽的中心相通。
进一步，所述周向分流槽为圆弧槽，所述周向分流槽分布在同一环带上，且所述环带的圆心与密封端面的圆心重合，所述周向分流槽的两端各连通一所述曲边矩形槽，所述曲边矩形槽的上游端靠近所述密封端面的外圆周，下游端与所述周向分流槽的端部相连通。
进一步，同一端面槽的两个所述曲边矩形槽关于径向引流槽的径向中轴对称，所述曲边矩形槽的下游端侧边与所述周向分流槽的下游端侧边位于同一圆弧线上，所述曲边矩形槽沿半径方向的宽度大于所述周向分流槽沿半径方向的宽度。
进一步，所述径向引流槽的槽宽H1和所述曲边矩形槽的槽宽H2的范围为2～5mm。
进一步，所述密封端面的外圆周半径为R1、内圆周半径为R2；所述周向分流槽的外侧半径为R3、内侧半径为R4；所述曲边矩形的外侧半径为R5，它们的关系为：R2<R4<R3<R5<R1。
进一步，所述端面槽的槽深范围为5～30微米；所述径向引流槽和所述曲边矩形槽均为等深槽，且所述曲边矩形槽深度小于所述径向引流槽深度；所述周向分流槽深度沿周向由所述径向引流槽深度线性过渡至所述曲边矩形槽的深度。
本发明的有益效果是：密封运转过程中，矩形引流槽将高压密封介质引入密封端面，对密封端面进行强制润滑；分流槽在周向方向延伸，将引入密封端面的流体膜引入曲边矩形槽，起到润滑和稳压作用；曲边矩形槽沿半径方向直线分布，密封介质被引向密封端面外侧，起到减少泄漏的目的。由于流体动压效应，在曲边矩形槽槽根处形成一稳定的流体膜高压区，产生的流体动压力将密封端面推开，实现非接触并形成完整的润滑膜，从而减少端面间的摩擦磨损，提高使用寿命。槽型几何形状呈对称状，密封双向旋转时具有相同的密封效果。
附图说明
图1是本发明的密封端面结构示意图(端面槽个数为12个)；
图2是本发明的端面结构示意图(端面槽个数为8个)；
图3是图2的周向剖面图；
其中，1-密封端面；11-环形密封坝；12-端面槽；13-密封堰；121-径向引流槽，122-周向分流槽，123-曲边矩形槽。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
参照附图：
实施例1本发明所述的一种具有双旋向动压效应的机械密封端面，包括用于机械端面密封的静环和动环，所述静环和所述动环均具有密封端面1，所述密封端面1的外圆周处为密封高压侧即上游，所述密封端面1的内圆周处为密封低压侧即下游，且所述密封端面的密封低压侧设有具有光滑平面的环形密封坝11，所述静环和/或动环的密封端面上沿周向均匀开设有若干端面槽12，所述端面槽12之间的非开槽区域为密封堰13，所述端面槽12包括径向引流槽121、与径向引流槽连通的周向分流槽122和分列于径向引流槽两侧并与周向分流槽连通的曲边矩形槽123，所述径向引流槽121沿所述密封端面径向设置，所述径向引流槽121的一端连通至所述密封端面1的外圆周处，另一端与所述周向分流槽相连通，用于将密封介质引入密封端面；所述周向分流槽122为在密封端面周向延伸的弧形槽，所述周向分流槽122的两端各连通一所述曲边矩形槽123，用于减少泄漏量和产生流体动压力。
所述端面槽12为径向中轴对称的类似于“山”字形槽，所述端面槽12在密封端面上呈周期分布，且所述端面槽的个数为12。
所述径向引流槽121为矩形槽，一端与密封上游侧贯通，另一端与所述周向分流槽的中心相通。
所述周向分流槽122为圆弧槽，所述周向分流槽122分布在同一环带上，且所述环带的圆心与密封端面的圆心重合，所述周向分流槽的两端各连通一所述曲边矩形槽123，所述曲边矩形槽123的上游端靠近所述密封端面的外圆周，下游端与所述周向分流槽的端部相连通。
同一端面槽12的两个所述曲边矩形槽123关于径向引流槽121的径向中轴对称，所述曲边矩形槽123的下游端侧边与所述周向分流槽的下游端侧边位于同一圆弧线上，所述曲边矩形槽123沿半径方向的宽度大于所述周向分流槽122沿半径方向的宽度。
所述径向引流槽121的槽宽H1和所述曲边矩形槽123的槽宽H2的范围为3mm。
所述密封端面1的外圆周半径为R1、内圆周半径为R2；所述周向分流槽的外侧半径为R3、内侧半径为R4；所述曲边矩形的外侧半径为R5，它们的关系为：R2<R4<R3<R5<R1。
所述端面槽12的槽深范围为5～30微米。
实施例2参照图2和图3所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：所述径向引流槽121和所述曲边矩形槽123均为等深槽，且所述曲边矩形槽123深度小于所述径向引流槽121的深度；所述周向分流槽122的深度沿周向由所述径向引流槽深度121线性过渡至所述曲边矩形槽123的深度。其余结构均与实施例1相同。经过实施例2的设定，使得密封端面1之间形成收敛间隙，在密封运转时能够产生流体动压力。此时较实施例1而言，该实施例进一步增强了密封端面间的流体动压效应，其余结构和实施方式与实施例1相同。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (7)

1.一种具有双旋向动压效应的机械密封端面，包括用于机械端面密封的静环和动环，所述静环和所述动环均具有密封端面，所述密封端面的外圆周处为密封高压侧即上游，所述密封端面的内圆周处为密封低压侧即下游，且所述密封端面的密封低压侧设有具有光滑平面的环形密封坝，其特征在于：所述静环和/或动环的密封端面上沿周向均匀开设有若干端面槽，所述端面槽之间的非开槽区域为密封堰，所述端面槽包括径向引流槽、与径向引流槽连通的周向分流槽和与周向分流槽连通的曲边矩形槽，所述径向引流槽沿所述密封端面径向设置，所述径向引流槽的一端连通至所述密封端面的外圆周处，另一端与所述周向分流槽相连通，用于将密封介质引入密封端面；所述周向分流槽为在密封端面周向延伸的弧形槽，所述周向分流槽的两端各连通一所述曲边矩形槽，用于减少泄漏量和产生流体动压力；
所述曲边矩形槽的上游端靠近所述密封端面的外圆周，下游端与所述周向分流槽的端部相连通；
同一端面槽的两个所述曲边矩形槽关于径向引流槽的径向中轴对称，所述曲边矩形槽的下游端侧边与所述周向分流槽的下游端侧边位于同一圆弧线上，所述曲边矩形槽沿半径方向的宽度大于所述周向分流槽沿半径方向的宽度。
2.如权利要求1所述的一种具有双旋向动压效应的机械密封端面，其特征在于：所述端面槽为径向中轴对称，所述端面槽在密封端面上呈周期分布，且所述端面槽的个数为6～18。
3.如权利要求1所述的一种具有双旋向动压效应的机械密封端面，其特征在于：所述径向引流槽为矩形槽。
4.如权利要求3所述的一种具有双旋向动压效应的机械密封端面，其特征在于：所述周向分流槽为圆弧槽，所述周向分流槽分布在同一环带上，且所述环带的圆心与密封端面的圆心重合。
5.如权利要求1～4任意一项所述的一种具有双旋向动压效应的机械密封端面，其特征在于：所述径向引流槽的槽宽H1和所述曲边矩形槽的槽宽H2的范围为2～5mm。
6.如权利要求5所述的一种具有双旋向动压效应的机械密封端面，其特征在于：所述密封端面的外圆周半径为R1、内圆周半径为R2；所述周向分流槽的外侧半径为R3、内侧半径为R4；所述曲边矩形的外侧半径为R5，它们的关系为：R2<R4<R3<R5<R1。
7.如权利要求6所述的一种具有双旋向动压效应的机械密封端面，其特征在于：所述端面槽的槽深范围为5～30微米；所述径向引流槽和所述曲边矩形槽均为等深槽，且所述曲边矩形槽深度小于所述径向引流槽深度；所述周向分流槽深度沿周向由所述径向引流槽深度线性过渡至所述曲边矩形槽的深度。
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