CN201547236U - 一种轴向横截面为直角三角形的新型螺旋槽机械密封 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种轴向横截面为直角三角形的新型螺旋槽机械密封，在机械密封的动环端面开设沿周向均匀分布的径向螺旋槽，螺旋槽的轴向横截面呈一直角三角形，一个壁面垂至于机械密封环的密封端面，另一壁面是一个连接密封环端面与槽底的倾斜壁面，两个壁面相交于螺旋槽的槽底。这种结构能够使开机时密封环的冷却润滑问题得到有效地改善，减少热、力变形，增强机械密封的工作稳定性和延长使用寿命。该密封环结构可适用于一切液体介质的机械密封应用领域，尤其适用于高温、高压、高速的工况条件。本实用新型的主要优点是密封环变形小、密封润滑效果稳定，有效延长机械密封使用寿命。

Description

一种轴向横截面为直角三角形的新型螺旋槽机械密封

技术领域：

本发明涉及机械密封的摩擦与润滑领域，是一种在原机械密封的密封环端面开径向螺旋槽，螺旋槽的底面为流线形，旨在获得更佳的流体动压效应，减少开机时密封环端面的摩擦磨损。

背景技术：

机械密封是一种广泛应用于石油化工、航空航天等领域的旋转轴轴向端面密封装置。随着科学技术的迅速发展，对机械密封提出了更高的要求，特别是为了适应高压、高温、高速等恶劣工况条件的要求，提出了用于密封液体介质、液体润滑的上游泵送机械密封。近几年，对于上游泵送机械密封的研究主要是围绕“减少泄漏量”和“提高动压效应”的目标来改进密封端面的形貌。中国专利02132978.8提出了一种由角形微槽族组成的螺旋槽端面机械密封，它包括密封环体、环体端面，环体端面设有径向宽度一定的环形密封坝及与其相连并沿径向向内或/和向外延伸、且沿周向分布的数个具有一定深度的螺旋槽，螺旋槽由一族并列的角形螺旋微槽组成。此发明能使螺旋槽端面机械密封的泵送效应得到提高，但是对于改进其动压效应效果并不明显。以色列教授Etsion.I在Model for mechanical seals with regularmicrosurface structure.Tribology Transactions，39(3)：677-683(1996)一文中提出了表面(圆环面)具有微观凹腔的机械密封，通过理论计算和试验研究发现：微观凹腔有利于产生流体动压效应，所以这类机械密封在改善润滑、提高流体膜刚度方面效果明显。但是，这种微凹腔不能产生上游泵送效应，所以无法解决减少泄漏的问题。中国专利200710067282.7涉及一种变分布多孔端面机械密封结构，包括机械密封的动、静环，在所述动环或静环中至少有一个密封端面上开有微孔，所述微孔大小不等，在密封端面上呈中心对称排布。此机械密封可以一定程度上增强流体膜的耐压性、耐磨性和收敛特性，从而提高流体膜的动压效果。但是其动压效果的增加效果缓慢，尤其对于开机时的干摩擦问题的改善效果甚微。而且此类机械密封也不能够产生螺旋槽机械密封的泵送效应。可见，上述机械密封虽然在“减少泄漏”和“提高流体膜承载能力”方面取得了明显进展，但仍不尽如人意，尤其是对于开机时的密封环端面摩擦状况的改善效果不理想。

发明内容：

本发明的目的是弥补上述不足，提出的能有效减少开机时的摩擦磨损，减少泄漏量的新型密封环结构。它主要是针对机械密封的摩擦发热，受热不均等问题，通过改进密封环结构，减少摩擦磨损，提高润滑冷却效果，降低热变形，避免热裂，减小泄漏量，提高密封工作的稳定性，更好发挥端面改形作用，获得更为理想的机械密封。

本发明主要涉及密封环端面形貌的改进问题，其特征在于：在机械密封的动环端面开设沿周向均匀分布的径向螺旋槽，数量一般在15～20个，螺旋槽的槽深保持一定数值，一般取5～10μm，在同一圆周切面上的所有槽的槽宽保持相同，即槽宽堰宽比γ相同。所述螺旋槽的轴向截面呈一个直角三角形，即螺旋槽有两个壁面，一个壁面垂至于机械密封环的密封端面，另一壁面是一个连接密封环端面与槽底的倾斜壁面，两个壁面相交于螺旋槽的槽底。由于螺旋槽的槽宽堰宽比保持不变，所以每一个螺旋槽的槽宽沿密封环的径向由内而外越来越大，由此槽的倾斜壁面的坡度不是固定的，但是由于槽深保持不变，因此螺旋槽倾斜壁面的坡度由内而外是呈线性减小的。为了产生更好的动压效应，此倾斜壁面沿密封环的旋转方向呈下坡方向。密封环的外侧为高压侧，密封环的内侧为低压侧。

本发明的效果主要是：(1)将螺旋槽传统的矩形断面改形为直角三角形，能使槽区在运行时产生更好的动压效应；(2)有坡度设计的壁面能更好地减少剪切流产生的剪切力，减小密封环断面间的摩擦，延长机械密封的使用寿命。

附图说明：

图1为本发明的密封环结构图。

图2为结构图1的A-A向剖面图。

图3为结构图1的B-B向剖面图。

图中，1-螺旋槽；2-密封堰；3-密封坝；4-静环表面；ω-密封环转速；r_i-密封环内径；r_a-密封环外径；r_g-螺旋槽外径；b₁-螺旋槽宽；b₂-密封堰宽；h_g-槽深。

具体实施方式：

本发明的密封环端面螺旋槽(1)加工时可采用激光加工。

实施例1：对于r_o＝25mm，r_i＝23mm的密封环端面，密封环内径侧的圆周长为2πr_i≈144.5mm，外径侧的圆周长为2πr_o≈157.1mm。若螺旋槽(1)槽数N_g取N_g＝18，槽宽堰宽比γ取γ＝1.0，则内径处的槽宽b₁为b_1i＝144.5/(18*2)≈4mm，外径处的槽宽b₁为b_1o＝157.1/(18*2)≈4.4mm。若取槽深h_g为h_g＝5μm，可得内径处槽的倾斜壁面的坡度为i_i＝h_g/b_1i＝(5*10^-3)/4＝1.25‰，外径处槽的倾斜壁面的坡度为i_o＝h_g/b_1o＝(5*10^-3)/4.4＝1.14‰，中间各处的坡度沿螺旋槽(1)的螺旋线方向由内而外呈线性减小，即在(1.25～1.14)‰之间。

实施例2：对于r_o＝35mm，r_i＝32mm的密封环端面，密封环端面内径周长为2πr_i≈201.06mm，外径侧的圆周长为2πr_o≈219.9mm。若螺旋槽(1)槽数N_g取N_g＝20，槽宽堰宽比γ取γ＝1.0，则内径端面处的槽宽b₁为b_1i＝201.06/(20*2)≈5mm，外径处的槽宽b₁为b_1o＝219.9/(20*2)≈5.5mm。若取槽深h_g为h_g＝10μm，可得内径处槽的倾斜壁面的坡度为i_i＝h_g/b_1i＝(10*10^-3)/5＝5‰，外径处槽的倾斜壁面的坡度为i_o＝h_g/b_1o＝(10*10^-3)/5.5＝1.82‰，中间各处的坡度沿螺旋槽(1)的螺旋线方向由内而外呈线件减小，即在(5～1.82)‰之间。

Claims (2)

1.一种轴向横截面为直角三角形的新型螺旋槽机械密封，在机械密封的动环端面开设沿周向均匀分布的径向螺旋槽，其特征在于：所述螺旋槽(1)的轴向横截面呈一直角三角形，一个壁面垂至于机械密封环的密封端面，另一壁面是一个连接密封环端面与槽底的倾斜壁面，两个壁面相交于螺旋槽(1)的槽底。

2.根据权利要求1所述的一种轴向横截面为直角三角形的新型螺旋槽机械密封，其特征在于：所述螺旋槽(1)数量为15～20个，螺旋槽(1)的槽深保持固定数值，取5～10μm，在同一圆周切面上的所有槽的槽宽保持相同，所述螺旋槽(1)倾斜壁面的坡度由内而外是呈线性减小的，此倾斜壁面沿密封环的旋转方向呈下坡方向。

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