CN201582390U

CN201582390U - 一种径向螺旋槽内径端加开周向贯通槽的新型机械密封环

Info

Publication number: CN201582390U
Application number: CN2009202308505U
Authority: CN
Inventors: 袁寿其; 李亚南; 陈汇龙
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2009-09-08
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2019-09-08

Abstract

本实用新型是一种能有效减少机械密封开机时密封端面摩擦磨损而使密封环热变形的新型密封结构，主要是在密封环端面上开径向周向组合槽。这种结构能够使开机时密封环的冷却润滑问题得到有效的改善，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

一种径向螺旋槽内径端加开周向贯通槽的新型机械密封环

技术领域：

本发明涉及机械密封的摩擦与润滑，是一种在原密封环端面径向螺旋槽的内径坝区加开一个周向贯通槽，旨在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01279563.1提出了一种新型的单列交错流体动压槽上游泵送机械密封。这种机械密封主要是在密封环端面(圆环面)上开设一列长短交错且与一环形沟槽相连通的流体动压槽，从而改变了常规机械密封动压环或静压环的端面结构，具有良好的瞬间开启能力和及时排除固体颗粒能力。但是，这种单列交错流体动压槽对流体动压效应的提高，尤其开时效果不尽如人意。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200510038704.9公开了一种槽腔相互组合的端面机械密封。这种机械密封是在机械密封的动环或静环上同时开设具有一定分布位置的微观润滑腔和一定形式的宏观泵送槽。这两种造型的结合使机械密封的流体动压效应和上游泵送效应更为显著。适用于一切液体介质用机械密封，特别适用于高参数(高温、高压、高速)的工况条件下。主要优点是将微观润滑腔和宏观泵送槽相结合，解决了密封的泄漏和润滑减磨问题。但对于改善在开机时的润滑状况效果不够明显。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的径向螺旋槽的内径坝区加开一个周向贯通槽，周向贯通槽的外径与径向螺旋槽的内径贯通，其深度不变且等于螺旋槽的槽深，沿轴向各截面宽度相同，螺旋槽与周向贯通槽的区域占整个密封环端面宽度的百分比取p＝0.74～0.8，其中径向螺旋槽的区域占密封环端面宽度的比值取p₁＝0.7～0.74，周向贯通槽的径向宽度占密封环端面宽度的比值取p₂＝0.04～0.1，且保持p＝p₁+p₂。这种密封环结构适用于一切液体介质的机械密封。

本发明的效果主要是：(1)坝区位于密封环端面的内径侧，槽区与密封环端面的外径贯通，螺旋槽的内径侧连接周向贯通槽，在静止闭合时能有少量外部高压介质渗入槽内，在开机时能够快速充盈槽区，起到润滑作用；(3)在径向螺旋槽、密封堰、周向贯通槽间能形成微循环流动，在开机时能更快地排除密封介质中的固体颗粒等杂质，避免了固体颗粒对密封端面的磨损。且周向此贯通槽能够克服外开螺旋槽压力分布不够均匀的缺陷，有利于压力的均匀分布。

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-径向螺旋密封槽；2-密封堰；3-周向贯通槽；4-密封坝；ω-密封环转速；r_i-密封环内径；r_o-密封环外径；b₁-螺旋槽宽；b₂-密封堰宽；h_g-径向螺旋槽槽深；h₁-轴向贯通槽槽深(＝h_g)；h₂-动环厚度；r_g2-周向贯通槽的内径；r_g1-径向螺旋槽的内径(也即，周向贯通槽的外径)。

具体实施方式：

本发明的密封环端面的槽型加工方式采用激光加工。

实施例1：对于r_o＝25mm，r_i＝23mm的密封环端面，按前文所述，取p＝0.78，p₁＝0.7，则p₂＝p-p₁＝0.78-0.7＝0.08，因此可得径向螺旋密封槽(1)的内径r_g1为r_g1＝r_o-p₁×(r_o-r_i)＝25-0.7×(25-23)＝23.6mm(也即周向贯通槽(3)的外径)，周向贯通槽(3)的内径r_g2为r_g2＝r_o-p×(r_o-r_i)＝25-0.78×(25-23)＝23.44mm，则此周向贯通槽(3)的径向宽度为r_g1-r_g2＝23.6-23.44＝0.16mm，且此宽度沿周向保持不变，也即此周向贯通槽(3)沿轴向任意截面的宽度均相同，若径向螺旋密封槽(1)取槽深h_g为5μm，则周向螺旋槽的深度也取h₁＝5μm。

实施例2：对于r_o＝35mm，r_i＝32mm的密封环端面，按前文所述，取p＝0.8，p₁＝0.7，则p₂＝p-p₁＝0.8-0.7＝0.1，那么可得径向螺旋密封槽(1)的内径r_g1为r_g1＝r_o-p₁×(r_o-r_i)＝35-0.7×(35-32)＝32.9mm(也即周向贯通槽(3)的外径)，周向贯通槽(3)的内径r_g2为r_g2＝r_o-p×(r_o-r_i)＝35-0.78×(35-32)＝32.66mm，则此周向贯通槽(3)的径向宽度为r_g1-r_g2＝32.9-32.66＝0.2mm，且此宽度沿周向保持不变，也即此周向贯通槽(3)沿轴向任意截面的宽度均相同，若径向螺旋密封槽(1)取槽深h_g为10μm，则周向螺旋槽的深度也取h₁＝10μm。

Claims

1.一种径向螺旋槽内径端加开周向贯通槽的新型机械密封，其特征在于：在机械密封的动环端面开设的径向螺旋密封槽(1)的内径坝区加开一个周向贯通槽(3)，周向贯通槽(3)的外径与径向螺旋密封槽(1)的内径贯通，且周向贯通槽(3)沿轴向各截面宽度相同，深度不变且等于径向螺旋密封槽(1)的槽深。

2.根据权利要求1所述的一种径向螺旋槽内径端加开周向贯通槽的新型机械密封，其特征在于：所述周向贯通槽(3)与径向螺旋密封槽(1)的径向区域占整个密封环端面径向宽度的比值取p＝0.74～0.8，其中径向螺旋密封槽(1)的区域占密封环端面宽度的比值取p₁＝0.7～0.74，周向贯通槽(3)的径向宽度占密封环端面径向宽度的比值取p₂＝0.04～0.1，且p＝p₁+p₂。