CN209839156U - 一种轴向多层流道叠加强化泵送机械密封结构 - Google Patents
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Abstract
一种轴向多层流道叠加强化泵送机械密封结构，包括动环和静环，动环包括顺流泵送表层、第一中间连通层、强化泵送中间层、第二中间连通层、强化泵送底层和密封环基体；顺流泵送表层设有顺流泵送型槽、密封堰和不开槽的密封坝；第一中间连通层设有上游连通孔、中间连通孔和下游连通孔；强化泵送底层上设有第二强化泵送型槽和第二周向密封堰，强化泵送中间层上设有第一强化泵送型槽和第一周向密封堰，第二中间连通层在径向上设有上游连通槽、中间连通槽和下游连通槽；顺流泵送型槽背风侧通过上游连通孔、中间连通孔和下游连通孔与第一强化泵送型槽连通，第一强化泵送型槽通过上游连通槽、中间连通槽和下游连通槽与第二强化泵送型槽连通。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种旋转机械的机械端面密封结构，特别涉及一种多层流道轴向叠加的机械密封结构，用于各种压缩机、泵和反应釜等旋转机械的旋转轴密封。
背景技术
为实现气体或液体润滑机械密封端面的非接触运行，往往需要在密封端面上开设各种不同形状的流体动静压结构以形成足够的流体动静压承载力，以平衡密封闭合力而形成微米级厚度的流体膜，其中以流体动压型槽应用最为广泛。为增强机械密封流体膜的承载力和流体膜刚度，目前采用的方法主要是密封端面型槽结构改型和尺寸参数优化，如美国专利US6213472B1、欧洲专利EP0637706A1和中国专利CN104265906B等提出了不同形状的单向旋转流体动压槽结构，中国专利CN107218395B提出一种三元扭曲型槽端面机械密封结构。然而，单层端面型槽几何轮廓及侧壁形状的优化对提高机械密封的流体膜刚度和承载力效果有限，在一些高速重载或扰动剧烈的场合，非接触式机械密封流体膜刚度和承载力不够大的问题仍然突出。
发明内容
为了改善现有单层型槽机械密封在高速条件下所存在流体膜刚度和承载力不够大的问题，本实用新型提供了一种流体动压效应强、流体膜刚度大，适用于高速操作条件的轴向多层流道叠加强化泵送机械密封结构。
本实用新型的技术方案是：
一种轴向多层流道叠加强化泵送机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，所述动环由依次叠加的顺流泵送表层1、第一中间连通层2、强化泵送中间层3、第二中间连通层4、强化泵送底层5和密封环基体6组成，所述顺流泵送表层1端面14是密封面，所述强化泵送底层5紧贴密封环基体6，顺流泵送表层1与强化泵送底层5之间分别设有第一中间连通层2、强化泵送中间层3和第二中间连通层4；所述顺流泵送表层1上设有顺流泵送型槽11、密封堰12和不开槽的密封坝13；在径向方向上，所述第一中间连通层2上分别设有上游连通孔21、中间连通孔22和下游连通孔23；所述强化泵送底层5上设有第二强化泵送型槽51和第二周向密封堰52，强化泵送中间层3上设有第一强化泵送型槽31和第一周向密封堰32，第二中间连通层4在径向上设有上游连通槽41、中间连通槽42和下游连通槽43。所述顺流泵送型槽11背风侧通过上游连通孔21、中间连通孔22和下游连通孔23与强化泵送中间层3上的第一强化泵送型槽31连通，所述第一强化泵送型槽31通过上游连通槽41、中间连通槽42和下游连通槽43与强化泵送底层5上的第二强化泵送型槽51连通。
所述顺流泵送表层1的厚度为1～100μm，优选值为5～20μm。
所述第一强化泵送型槽31与第二强化泵送型槽51对齐，上游连通槽41、中间连通槽42和下游连通槽43位于第一强化泵送型槽31、第二强化泵送型槽51的迎风侧，或背风侧；所述上游连通孔21、中间连通孔22和下游连通孔23位于第一强化泵送型槽31的迎风侧，或背风侧。
本实用新型的工作原理是：
当单层型槽机械密封在高速条件下运行时，顺流泵送表层的顺流泵送型槽将上游侧的带压流体泵入密封间隙内，流体介质沿着顺流泵送型槽向下游侧和迎风侧流动，其中在径向方向上，当流体流动至槽根处时，流体流动受不开槽的密封坝所阻而被压缩，进而在槽根处附近产生高压区；在周向方向上，流体从型槽迎风侧向密封堰流动时，流体流动间隙变窄，流体压缩而在迎风侧壁附近形成高压区，当流体进一步跨过密封堰而进入临近的顺流泵送型槽时，流体流动间隙变宽，流体膨胀而在背风侧壁附近形成低压区。实际上，单层型槽背风侧壁附近的低压区是限制流体膜承载力和刚度的关键因素之一。当轴向多层流道叠加型槽机械密封高速运行时，强化泵送底层中的强化泵送型槽类似于一个个闭式叶轮，可将上游侧的流体介质泵入槽内，在强化泵送型槽内受压而流体压力升高，这些高压流体通过中间连通层的连通孔进入到顺流泵送型槽的背风侧，可提高顺流泵送型槽背风侧低压区的流体膜压力；另一方面，顺流泵送型槽和强化泵送型槽中的两股流体在顺流泵送型槽中汇聚挤压，形成更强的流体动压效应，可进一步提高槽内的流体膜压，进而提高密封端面流体膜的承载力和刚度。
本实用新型的优点是：
(1)强化泵送型槽迎风侧的高压流体通过连通孔进入到顺流泵送型槽的背风侧槽底，可提高顺流泵送槽内背风侧低压区的气膜压力；强化泵送型槽和顺流泵送型槽中的两股流体在顺流泵送型槽内汇聚挤压，可进一步增强端面流体的动压效应，与单层型槽机械密封相比，在相同膜厚条件下具有更强的流体膜刚度和承载力。
(2)通过合理设计强化泵送层的数量和各层强化泵送型槽的结构形状及尺寸参数以调控顺流泵送表层中顺流泵送型槽内的气膜压力分布，进而实现对机械密封开启力和泄漏率等性能参数的调控，提高机械密封对不同工况的适应能力。
附图说明：
图1是本实用新型实施案例的三维结构示意图；
图2是本实用新型实施案例的多层流道密封结构轴向拆解示意图；
图3是本实用新型实施案例的顺流泵送表层的端面结构示意图。
具体实施方式
结合附图对本实用新型的实施进一步详述。
参照图1、2和3，一种轴向多层流道叠加强化泵送机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，所述动环由依次叠加的顺流泵送表层1、第一中间连通层2、强化泵送中间层3、第二中间连通层4、强化泵送底层5和密封环基体6组成，所述顺流泵送表层1端面14是密封面，所述强化泵送底层5紧贴密封环基体6，顺流泵送表层1与强化泵送底层5之间分别设有第一中间连通层2、强化泵送中间层3和第二中间连通层4；所述顺流泵送表层1上设有顺流泵送型槽11、密封堰12和不开槽的密封坝13；在径向方向上，所述第一中间连通层2上分别设有上游连通孔21、中间连通孔22和下游连通孔23；所述强化泵送底层5上设有第二强化泵送型槽51和第二周向密封堰52，强化泵送中间层3上设有第一强化泵送型槽31和第一周向密封堰32，第二中间连通层4在径向上设有上游连通槽41、中间连通槽42和下游连通槽43。所述顺流泵送型槽11背风侧通过上游连通孔21、中间连通孔22和下游连通孔23与强化泵送中间层3上的第一强化泵送型槽31连通，所述第一强化泵送型槽31通过上游连通槽41、中间连通槽42和下游连通槽43与强化泵送底层5上的第二强化泵送型槽51连通。所述顺流泵送表层1的厚度为1～100μm，优选值为5～20μm。
所述第一强化泵送型槽31与第二强化泵送型槽51对齐，上游连通槽41、中间连通槽42和下游连通槽43位于第一强化泵送型槽31、第二强化泵送型槽51的迎风侧，或背风侧；所述上游连通孔21、中间连通孔22和下游连通孔23位于第一强化泵送型槽31的迎风侧，或背风侧。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型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，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能想到的同等技术手段。
Claims (4)
1.一种轴向多层流道叠加强化泵送机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，其特征在于：所述动环由依次叠加的顺流泵送表层(1)、第一中间连通层(2)、强化泵送中间层(3)、第二中间连通层(4)、强化泵送底层(5)和密封环基体(6)组成，所述顺流泵送表层端面(14)是密封面，所述强化泵送底层(5)紧贴密封环基体(6)，顺流泵送表层(1)与强化泵送底层(5)之间分别设有第一中间连通层(2)、强化泵送中间层(3)和第二中间连通层(4)；所述顺流泵送表层(1)上设有顺流泵送型槽(11)、密封堰(12)和不开槽的密封坝(13)；在径向方向上，所述第一中间连通层(2)上分别设有上游连通孔(21)、中间连通孔(22)和下游连通孔(23)；所述强化泵送底层(5)上设有第二强化泵送型槽(51)和第二周向密封堰(52)，强化泵送中间层(3)上设有第一强化泵送型槽(31)和第一周向密封堰(32)，第二中间连通层(4)在径向上设有上游连通槽(41)、中间连通槽(42)和下游连通槽(43)；所述顺流泵送型槽(11)背风侧通过上游连通孔(21)、中间连通孔(22)和下游连通孔(23)与强化泵送中间层(3)上的第一强化泵送型槽(31)连通，所述第一强化泵送型槽(31)通过上游连通槽(41)、中间连通槽(42)和下游连通槽(43)与强化泵送底层(5)上的第二强化泵送型槽(51)连通。
2.如权利要求1所述的轴向多层流道叠加强化泵送机械密封结构，其特征在于：所述顺流泵送表层(1)的厚度为1～100μm。
3.如权利要求2所述的轴向多层流道叠加强化泵送机械密封结构，其特征在于：所述顺流泵送表层(1)的厚度为5～20μm。
4.如权利要求1所述的轴向多层流道叠加强化泵送机械密封结构，其特征在于：所述第一强化泵送型槽(31)与第二强化泵送型槽(51)对齐，上游连通槽(41)、中间连通槽(42)和下游连通槽(43)位于第一强化泵送型槽(31)、第二强化泵送型槽(51)的迎风侧，或背风侧；所述上游连通孔(21)、中间连通孔(22)和下游连通孔(23)位于第一强化泵送型槽(31)的迎风侧，或背风侧。
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