專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)機(jī)械密封零泄漏非接觸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械密封技術(shù)特別是非接觸式機(jī)械密封技術(shù)領(lǐng)域，特指一種實(shí)現(xiàn)機(jī)械密封零泄漏非接觸的方法。
背景技術(shù)：
機(jī)械密封作為最常見的旋轉(zhuǎn)軸軸向端面密封裝置，已廣泛應(yīng)用于石油化工、航空航天等領(lǐng)域。特別是上世紀(jì)八九十年代提出的非接觸式機(jī)械密封能適用于高參數(shù)(高壓、高速、高溫)工況條件。其中，用于氣體介質(zhì)的干運(yùn)行非接觸氣體密封，以其良好的性能和工作穩(wěn)定性，已被迅速地應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。但是，用于液體介質(zhì)的非接觸式機(jī)械密封由于沒有同時(shí)解決好“減少泄漏”和“提高流體膜承載能力”這兩個(gè)核心問題，所以迄今為止的各類非接觸機(jī)械密封都具有不同的缺陷和不足。如①中國專利92203157.6公開了一種液體介質(zhì)用圓弧槽式密封動(dòng)環(huán)。這種機(jī)械密封是在密封環(huán)端面開設(shè)有圓弧槽，在密封工作過程中，會(huì)產(chǎn)生上游泵送效應(yīng)和流體動(dòng)壓效應(yīng)。產(chǎn)生的上游泵送效應(yīng)能使密封環(huán)間液膜的剪切流抵抗內(nèi)外徑的壓差流，實(shí)現(xiàn)泄漏量為零；而流體動(dòng)壓效應(yīng)能使液膜具有承載能力，改善潤滑。但是由于圓弧槽產(chǎn)生的動(dòng)壓效應(yīng)有限，液膜所具有的承載能力也一般。②中國專利96216242.6公開了一種雙環(huán)帶螺旋槽機(jī)械密封。這種機(jī)械密封是在密封環(huán)中間開設(shè)有螺旋槽，在內(nèi)外徑處各有一個(gè)密封壩，這樣可以在一定程度上增加流體膜的承載能力。后來人們還提出了多種結(jié)構(gòu)的螺旋槽機(jī)械密封，如中國專利00239203.8、01279564.X等，但始終沒有突出地增加流體膜地承載能力。③以色列教授Etsion.I在Model for mechanical seals with regularmicrosurface structure.Tribology Transactions，39(3)677-683(1996)一文中提出了表面具有微觀凹腔的機(jī)械密封，通過理論計(jì)算和試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)微觀凹腔有利于產(chǎn)生流體動(dòng)壓效應(yīng)，所以這類機(jī)械密封在改善潤滑、提高流體膜剛度方面效果明顯。但是，這種微凹腔不能產(chǎn)生上游泵送效應(yīng)，所以無法解決減少泄漏的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提出一種新型的、能使機(jī)械密封實(shí)現(xiàn)零泄漏非接觸的方法，它主要是針對(duì)現(xiàn)有流體動(dòng)壓型機(jī)械密封所存在的問題或缺乏上游泵送能力(無法達(dá)到零泄漏)，或流體動(dòng)壓效應(yīng)不突出(承載能力一般)，而設(shè)計(jì)出一種更為理想的，能同時(shí)兼顧防止泄漏、提高承載能力、提高密封穩(wěn)定性的零泄漏非接觸式機(jī)械密封。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，主要涉及機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)或靜環(huán)，其特征在于在機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)或靜環(huán)端面上同時(shí)開設(shè)微觀的潤滑腔和宏觀的泵送槽。微觀的潤滑腔可均勻分布在密封環(huán)端面的非泵送槽區(qū)，也可只分布在密封壩區(qū)，也可只分布在密封堰區(qū)，其直徑d為20～80um，深度h1為5～20um，潤滑腔間距離L為100～300um。沿周向分布的數(shù)個(gè)宏觀泵送槽可以位于內(nèi)徑處，可以位于密封環(huán)中間。該泵送槽可以是普通螺旋槽，也可是Y型、“人”型螺旋槽，還可以是圓弧槽或直線槽，其深度h2為8～30um，而泵送槽的數(shù)量n為8～30個(gè)。如果潤滑腔和泵送槽開設(shè)在動(dòng)環(huán)上，則泵送槽的傾斜方向應(yīng)與動(dòng)環(huán)的旋轉(zhuǎn)方向相反；反之如果潤滑腔和泵送槽開設(shè)在靜環(huán)上，則泵送槽的傾斜方向應(yīng)與開設(shè)在動(dòng)環(huán)上時(shí)的傾斜方向相反。這種密封環(huán)表面同時(shí)具有潤滑腔和泵送槽的機(jī)械密封可適用于任何的液體介質(zhì)。
本發(fā)明的效果主要是在機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)(或靜環(huán))上開設(shè)微觀潤滑槽與宏觀泵送槽相結(jié)合的形貌，通過泵送槽來產(chǎn)生上游泵送效應(yīng)和流體動(dòng)壓效應(yīng)，通過潤滑腔來加強(qiáng)這種流體動(dòng)壓效應(yīng)，從而使這種新型機(jī)械密封的流體動(dòng)壓效應(yīng)和上游泵送效應(yīng)更為顯著。這樣，在達(dá)到零泄漏的同時(shí)，大大增強(qiáng)了機(jī)械密封的運(yùn)行穩(wěn)定性，延長了其使用壽命(即真正實(shí)現(xiàn)非接觸)。


附圖1為潤滑腔均勻分布在非槽區(qū)的潤滑腔與泵送槽結(jié)合型機(jī)械密封動(dòng)環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2為潤環(huán)腔只分布在密封環(huán)密封壩區(qū)的密封環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖3為潤滑腔只分布在密封環(huán)的密封堰區(qū)的密封環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖4為泵送槽為于內(nèi)徑處時(shí)三種不同的潤滑腔分布示意圖。
附圖5為可采用的“人”型槽結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖6為可采用的直線槽結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖7為可采用的螺旋型槽結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖8為潤滑腔的剖面圖。
附圖9為螺旋型泵送槽的剖面圖。
1-潤滑腔 2-螺旋型泵送槽 3-密封堰4-密封壩5-直線型泵送槽6-“人”型泵送槽7-螺旋型泵送槽d-潤滑腔直徑 h1-潤滑腔深度 h2-泵送槽深度L-潤滑腔間距離D1-螺旋泵送槽外徑 D2-螺旋泵送槽內(nèi)徑
具體實(shí)施例方式本發(fā)明可采用激光加工方式來實(shí)現(xiàn)密封環(huán)表面的設(shè)計(jì)方案。激光加工柔性好，易控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)所需形貌的加工。
實(shí)施例在機(jī)械密封動(dòng)環(huán)上開設(shè)均勻分布于非泵送槽區(qū)的微潤滑腔(1)和處于密封環(huán)中間的泵送槽(2)，見圖1。潤滑腔(1)和泵送槽(2)的開設(shè)可分兩步走。第一步，在密封環(huán)的所有區(qū)域設(shè)置微觀的潤滑腔(1)，這些潤滑腔(1)的直徑d為20～80um，深度h1為5～20um，潤滑腔(1)間距離L是100～300um，如圖7。第二步，在密封環(huán)的中間區(qū)域內(nèi)開設(shè)泵送槽(2)，泵送槽(2)的深度h2略大于潤滑腔(1)的深度h1，這樣在有泵送槽(2)的區(qū)域，泵送槽(2)會(huì)覆蓋了預(yù)先設(shè)置的微觀潤滑腔，這樣實(shí)現(xiàn)了潤滑腔(1)和泵送槽(2)的交錯(cuò)結(jié)合。泵送槽(2)沿密封環(huán)周向分布，泵送槽(2)個(gè)數(shù)n為8～30，深度h2為8～30um。由于開設(shè)在密封動(dòng)環(huán)上，泵送槽(2)的傾斜方向和動(dòng)環(huán)的旋轉(zhuǎn)方向相反，如圖1所示。密封環(huán)是這樣工作的在工作條件下，帶有一定壓力的粘性流體進(jìn)入密封動(dòng)環(huán)或靜環(huán)的端面間，由于泵送槽(2)的存在，流體產(chǎn)生動(dòng)壓效應(yīng)和上游泵送效應(yīng)，潤滑腔(1)產(chǎn)生動(dòng)壓效應(yīng)。這樣，兩者的結(jié)合是動(dòng)壓效應(yīng)和上游泵送效應(yīng)都顯著體現(xiàn)，上游泵送效應(yīng)產(chǎn)生的剪切流抵抗內(nèi)外壓差流，防止了密封介質(zhì)的向外泄漏；流體動(dòng)壓效應(yīng)使流體膜產(chǎn)生軸向的承載力，此承載力將兩端面分離，實(shí)現(xiàn)了非接觸，即完全流體潤滑。
本實(shí)施例為說明本發(fā)明，其槽型形狀和分布位置，潤滑腔分布位置都不受限制，可以是發(fā)明內(nèi)容中所提到的一切情形。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)機(jī)械密封零泄漏非接觸的方法，其特征在于在機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)或靜環(huán)端面上同時(shí)開設(shè)微觀的潤滑腔(1)和宏觀的泵送槽(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)機(jī)械密封零泄漏非接觸的方法，其特征在于微觀潤滑腔(1)或均勻分布在非泵送槽區(qū)域，或分布在密封堰(3)區(qū)域，或分布在密封壩(4)區(qū)域；泵送槽(2)或分布在密封環(huán)的中間，或位于密封環(huán)內(nèi)徑處；密封動(dòng)環(huán)上泵送槽(2)的傾斜方向和動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)方向相反，密封靜環(huán)上的泵送槽(2)的傾斜方向與開設(shè)在動(dòng)環(huán)上時(shí)的傾斜方向相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的一種實(shí)現(xiàn)機(jī)械密封零泄漏非接觸的方法，其特征在于所述的宏觀泵送槽(2)是螺旋型(7)、直線型(5)、圓弧型、Y型或“人”型(6)中的之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1、2所述的一種實(shí)現(xiàn)機(jī)械密封零泄漏非接觸的方法，其特征在于微觀潤滑腔(1)直徑d在20～80um之間，深度h1在5～20um之間，潤滑腔(1)間距離L在100～300um之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1、2、3所述的一種實(shí)現(xiàn)機(jī)械密封零泄漏非接觸的方法，其特征在于所述的泵送槽(2)個(gè)數(shù)n為8～30，深度h2為8～30um。
全文摘要
本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)機(jī)械密封零泄漏非接觸的方法，主要是在機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)或靜環(huán)上同時(shí)開設(shè)具有一定分布位置的微觀潤滑腔和一定形式的宏觀泵送槽。這兩種造型的結(jié)合使機(jī)械密封的流體動(dòng)壓效應(yīng)和上游泵送效應(yīng)更為顯著，使機(jī)械密封同時(shí)實(shí)現(xiàn)了零泄漏和非接觸。該方法可適用于一切液體介質(zhì)用機(jī)械密封，特別適用于在高參數(shù)(高溫、高壓、高速)的工況條件下使用的機(jī)械密封。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是將微觀潤滑腔和宏觀泵送槽相結(jié)合，從根本上解決了密封的泄漏和潤滑減磨問題。
文檔編號(hào)F16J15/16GK1667302SQ20051003870
公開日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2005年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月5日
發(fā)明者符永宏, 陳志煥, 袁壽其 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)