專利名稱：一種端面密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于旋轉(zhuǎn)軸密封技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種端面密封裝置，這種密封裝 置可以用于壓縮機、膨脹劑、泵、反應(yīng)釜攪拌器等旋轉(zhuǎn)式機械的旋轉(zhuǎn)軸上。
背景技術(shù)：
公知的流體動、靜壓合型螺旋槽端面密封裝置，還存在有不足。例如由于其結(jié)構(gòu)中 槽區(qū)和堰區(qū)采用陡直的臺階狀結(jié)構(gòu)，所以當(dāng)密封流體中混雜有固體顆粒，有可能堆積在陡 直槽壁形成的臺階處。顆粒的堆積會導(dǎo)致端面微觀形貌、端面壓力分布等環(huán)節(jié)的改變，從而 造成密封裝置性能不穩(wěn)定。在端面淺槽型非接觸式動壓機械密封產(chǎn)品中，目前多數(shù)采用陡直形式的槽壁設(shè) 計，這類設(shè)計具有直觀和生成動壓效應(yīng)能力較強的特點，設(shè)計者的基本目的都是為了盡可 能地產(chǎn)生和提高密封端面間的動壓效應(yīng)，對于一切可能引起動壓效應(yīng)降低的行為都不可接 受。但該類產(chǎn)品均忽視了被密封介質(zhì)中不可避免的混有固體雜質(zhì)顆粒，這些雜質(zhì)顆粒容易 在陡直槽壁形成的臺階處發(fā)生堆積，進而改變密封端面的微觀形貌，造成密封工作狀態(tài)偏 離正常要求，甚至釀成密封失效的惡果。
發(fā)明內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的在于提供一種端面密封裝置， 該裝置能在工作介質(zhì)中混有固體顆粒的工況下有效避免或者減緩固體顆粒在密封端面上 堆積的現(xiàn)象，從而具有更加穩(wěn)定的工作狀態(tài)。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種端面密封裝置，設(shè)置于旋轉(zhuǎn)機械的機殼和軸1之間，包括桶狀的殼體2，殼體2 底部開孔，旋轉(zhuǎn)機械的軸1從孔中穿出，殼體上固定連接靜止環(huán)3，靜止環(huán)3帶有密封端面， 還包括一個旋轉(zhuǎn)環(huán)4，旋轉(zhuǎn)環(huán)4連接在軸1上且可以繞軸1轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)環(huán)4也帶有密封端面， 靜止環(huán)3的密封端面與旋轉(zhuǎn)環(huán)4的密封端面相貼合，貼合區(qū)域中旋轉(zhuǎn)環(huán)4的密封端面和靜 止環(huán)3的密封端面至少一個上設(shè)置一組帶有過渡槽壁結(jié)構(gòu)的螺旋槽5，螺旋槽5的槽底面與 密封端面平行且槽底面與槽壁面平滑過渡，所述過渡槽壁結(jié)構(gòu)是指從螺旋槽5的槽底面起 隨槽深高度增加螺旋槽5截面面積逐漸增大。所述的螺旋槽5是單列螺旋槽、雙列螺旋槽或者螺旋槽與其他槽型的組合槽中的一種。所述的螺旋槽5槽底的左右槽壁型線為對數(shù)螺旋線、等速螺旋線、斜直線、折線或 偏心的圓弧線中的一種。所述的螺旋槽5的螺旋角可以是恒定的，也可以是變化的，其范圍是0°到90°。所述的螺旋槽5的槽壁面為平面或者曲面。所述的螺旋槽5周向截面上，槽壁是一條過渡曲線，該過渡曲線上任一點法線與 槽底面法線的空間角小于45°。[0012]所述的螺旋槽5的深度是恒定的，也可以是變化的，深度范圍是0. 001——0. 5mm。在所述的螺旋槽5的高壓側(cè)或者低壓側(cè)還有一不開槽的平面環(huán)帶即密封壩。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點可以避免由于密封端面間的徑向流動和周向流動在垂直壁面夾角處引起的低流 速死角，從而有效避免因流動死角問題引起的固體顆粒堆積現(xiàn)象，因此在工作介質(zhì)混雜固 體顆粒的工況下，該實用新型具有更加穩(wěn)定的性能。

圖1是本實用新型實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1中螺旋槽5的型線示意圖。圖4是圖1中螺旋槽5的平面示意圖。圖5是圖4中的螺旋槽5的放大示意圖。圖6是本實用新型實施例3中螺旋槽5的平面示意圖。圖7是本實用新型實施例4中螺旋槽5的平面示意圖。圖8是本實用新型實施例5的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本實用新型實施例6的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是圖9中螺旋槽5的平面示意圖。圖11是圖9中螺旋槽5的放大示意圖。其中，RO——旋轉(zhuǎn)環(huán)和靜止環(huán)之間相互貼合的密封端面的內(nèi)半徑；Rl——螺旋槽5的內(nèi)半徑；R2——螺旋槽5的外半徑；R3——旋轉(zhuǎn)環(huán)和靜止環(huán)之間相互貼合的密封端面的外半徑；Rb——平衡半徑；h——螺旋槽5深度；H——高壓側(cè)，即上游；L——低壓側(cè)，即下游；G——螺旋槽5泵汲方向；α —螺旋角；ΑΒ、Α”Β” ——曲線；Α，B，——直線；P，P”——曲線和圓的切點；P，——直線和圓的切點；C——當(dāng)螺旋槽5在旋轉(zhuǎn)環(huán)端面上時，旋轉(zhuǎn)環(huán)的旋向；D——當(dāng)螺旋槽5在靜止環(huán)端面上時，旋轉(zhuǎn)環(huán)的旋向；UL——在密封端面上的槽壁型線；DL——在螺旋槽5底面上的槽壁型線；1——軸；[0047]2——殼體；3——靜止環(huán)；4——旋轉(zhuǎn)環(huán)；5——螺旋槽；6——密封壩。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例詳細說明本實用新型的實施方式。實施例一如圖1、圖3、圖4和圖5所示，本實用新型包括桶狀的殼體2，殼體2底部開孔，旋 轉(zhuǎn)機械的軸1從孔中穿出，殼體2上固定連接靜止環(huán)3，靜止環(huán)3帶有密封端面，還包括一 個旋轉(zhuǎn)環(huán)4，旋轉(zhuǎn)環(huán)4連接在軸1上且可以繞軸1轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)環(huán)4也帶有密封端面，靜止環(huán)3 的密封端面與旋轉(zhuǎn)環(huán)4的密封端面相貼合，貼合區(qū)域中旋轉(zhuǎn)環(huán)4的密封端面上設(shè)置一組帶 有過渡槽壁結(jié)構(gòu)的螺旋槽5，螺旋槽5的槽底面與密封端面平行且槽底面與槽壁面平滑過 渡，所述過渡槽壁結(jié)構(gòu)是指從螺旋槽5的槽底面起隨槽深高度增加螺旋槽5截面面積逐漸 增大。本實施例中，旋轉(zhuǎn)環(huán)4的密封端面與靜止環(huán)3的密封端面相互貼合，前者可以相對 后者轉(zhuǎn)動，二者的貼合面即為密封端面，密封端面的外側(cè)為高壓側(cè)即上游H，密封端面的內(nèi) 側(cè)為低壓側(cè)即下游L。在旋轉(zhuǎn)環(huán)4的密封端面上設(shè)置螺旋槽5。在給定旋向下，螺旋槽5將 密封流體沿箭頭G的方向從上游向下游泵送。此外，在螺旋槽5的內(nèi)側(cè)即低壓側(cè)還有一平 面環(huán)帶即RO與Rl之間的環(huán)帶，起節(jié)流和停車密封的作用，可以稱之為密封壩6。圖3為螺旋槽型線圖。螺旋槽5有左右側(cè)槽壁，其在密封端面上的型線大致是螺 旋線的，而并非數(shù)學(xué)上所指的精確的螺旋線，可以是除同心圓與徑向直線以外的任何曲線， 螺旋角既可以是恒定的，又可以是變化的，其范圍是0°到90°。圖4表示密封端面上帶有過渡槽壁結(jié)構(gòu)的螺旋槽5的形狀及位置，其中，密封端面 的外側(cè)為高壓側(cè)即上游H，密封端面的內(nèi)側(cè)為低壓側(cè)即下游L，在密封端面上的槽壁型線為 UL，在槽底的槽壁型線為DL。在螺旋槽5的內(nèi)側(cè)還有一平面環(huán)帶即密封壩6，處于Rl與RO 之間，本實施例中，該環(huán)的旋轉(zhuǎn)方向為C向。圖5是圖4中一個螺旋槽5的放大圖，特別示意性地表示了螺旋槽5側(cè)壁面與底 面過渡的情況。螺旋槽5側(cè)壁面可以是平面，也可以是曲面。在螺旋槽5周向截面上，槽壁 的過渡曲線可以是任意形狀的，既可以是直線也可以是光滑曲線，但要保證過渡曲線的法 線與螺旋槽5底面法線的空間角小于45°。圖4和圖5中的虛線表示旋轉(zhuǎn)環(huán)與靜止環(huán)之間密封端面的內(nèi)、外圓。在圖4和圖 5中螺旋槽5的有效徑向高度是(R3-R1)。本實用新型中，在螺旋槽5底面上的槽壁型線與陡直形式的螺旋槽5側(cè)壁型線相 同，組成螺旋槽5的三個側(cè)壁均為過渡槽壁結(jié)構(gòu)形式的，即在螺旋槽5的周向截面上，槽壁 是一條過渡曲線，該過渡曲線上任一點法線與槽底面法線的空間角小于45°。從螺旋槽5 底面起隨槽深高度增加螺旋槽5在等深處的截面面積逐漸增大，具有上闊下窄的逐漸收縮 的幾何特點。當(dāng)密封流體進入螺旋槽5運動時，由于各槽壁面與底面的銜接處過渡都是近似光滑的，不存在結(jié)構(gòu)角度突變造成的臺階結(jié)構(gòu)和流動死角，因而混雜在流體中的固體顆 粒不易堆積在螺旋槽5內(nèi)。實施例二本實施例與實施例一的區(qū)別只在于螺旋槽5設(shè)置在靜止環(huán)的密封端面上，如圖2 所示。此處與螺旋槽5相對的旋轉(zhuǎn)環(huán)4的旋轉(zhuǎn)方向為D向，如圖4所示。實施例三本實施例與實施例一的區(qū)別只在于在靜止環(huán)3的密封端面和旋轉(zhuǎn)環(huán)4的密封端面 上都設(shè)置螺旋槽5，兩者上的螺旋槽5在貼合后呈“面對面”的狀態(tài)。實施例四本實施例與實施例一、二、三的結(jié)構(gòu)相同，區(qū)別在于密封端面上螺旋槽5的變化， 本例中螺旋槽5是帶有過渡槽壁結(jié)構(gòu)的環(huán)形槽與帶有過渡槽壁結(jié)構(gòu)的單列螺旋槽的組合， 如圖6所示。實施例五本實施例與實施例一、二、三的結(jié)構(gòu)相同，區(qū)別在于密封端面上螺旋槽5的變化， 本例中螺旋槽5是帶有過渡槽壁結(jié)構(gòu)的環(huán)形槽與帶有過渡槽壁結(jié)構(gòu)的雙列螺旋槽的組合， 如圖7所示。實施例六如圖8、圖10和圖11所示，本實施例與實施例一結(jié)構(gòu)的區(qū)別只在于此實施例中密 封端面的內(nèi)側(cè)為高壓側(cè)即上游H’，而其外側(cè)為低壓側(cè)即下游L’。在旋轉(zhuǎn)環(huán)的密封端面上設(shè) 置螺旋槽5。在給定旋向下，螺旋槽5將密封流體沿箭頭G’的方向從上游向下游泵送。此 外，在螺旋槽5的內(nèi)側(cè)還有一平面環(huán)帶，即處于R4與R5之間的環(huán)帶即密封壩6，如圖8所
7J\ ο圖10表示密封端面上螺旋槽5的形狀及位置。在該圖中螺旋槽5的有效徑向高 度為(R5-R7)。圖10和圖11中虛線表示旋轉(zhuǎn)環(huán)4與靜止環(huán)3之間相貼合的密封端面的內(nèi)、 外圓。在圖10和圖11中在密封端面上和在槽底的螺旋槽5型線是與旋轉(zhuǎn)環(huán)4開槽相對應(yīng) 的，此時的旋向為C’ ；在槽底的槽壁型線與陡直形式的螺旋槽5槽壁型線相同，組成螺旋槽 5的三個側(cè)壁均為過渡槽壁結(jié)構(gòu)形式的，即在螺旋槽5周向截面上，槽壁是一條過渡曲線， 該過渡曲線上任一點法線與槽底面法線的空間角小于45°。從螺旋槽5底面起隨槽深高度 增加螺旋槽5在等深處的截面面積逐漸增大，形成“上闊下窄”的三維逐漸收斂的螺旋槽結(jié) 構(gòu)。圖11是圖10中一個螺旋槽5的放大圖，特別示意性地表示了螺旋槽5槽壁緩慢 過渡的變化情況。螺旋槽5側(cè)壁面可以是平面，也可以是曲面。在螺旋槽5周向截面上，槽 壁的過渡曲線可以是任意形狀的，既可以是直線也可以是曲線，但要保證過渡曲線的法線 與螺旋槽5底面法線的空間角小于45°。實施例七本實施例與實施例四結(jié)構(gòu)的區(qū)別只在于螺旋槽5設(shè)置在靜止環(huán)3的密封端面上， 如圖9所示。本實用新型中，在槽底的槽壁型線與陡直形式的螺旋槽5槽壁型線相同；組成螺 旋槽5的各個側(cè)壁面可以是平面也可以是曲面；在螺旋槽5周向截面上，槽壁是一條過渡曲
6線，該過渡曲線上任一點法線與槽底面法線的空間角小于45° ；由這樣的槽壁組成的螺旋 槽5在槽深方向具有“上闊下窄”的特點，可以有效降低密封流體中固體顆粒雜質(zhì)在壁面與 底面的夾角處發(fā)生堆積的可能性，有利于密封裝置在密封流體混有固體雜質(zhì)顆粒的條件下 更穩(wěn)定地工作。實施本實用新型的密封總體布局可以有多種形式單密封、面對面式的雙密封、背 靠背式的雙密封、兩級串聯(lián)密封、三級串聯(lián)密封、雙密封與單密封相組合或單密封與兩級串 聯(lián)密封相組合的密封等。如背景技術(shù)中所述，長久以來，技術(shù)人員都存在著這樣的一種技術(shù)偏見，認為密封 端面間的動壓效應(yīng)越大越好，任何可能導(dǎo)致密封端面間的動壓效應(yīng)降低的結(jié)構(gòu)都被視作是 不可接受的，因此絕大多數(shù)設(shè)計者都忽視了被密封介質(zhì)中不可避免的含有固體雜質(zhì)顆粒， 或者雖認識到存在的雜質(zhì)顆粒，但是難以想到用損失少量的動壓效應(yīng)來換取密封的工作穩(wěn) 定性。而本實用新型中，雖然采用帶過渡槽壁結(jié)構(gòu)的螺旋槽5會造成密封端面間的動壓效 應(yīng)有較小的損失，但是可以有效降低和避免固體雜質(zhì)顆粒在槽道中發(fā)生堆積的可能性，從 而提高了密封工作的穩(wěn)定性，取得了意想不到的技術(shù)結(jié)果，同時也克服了長期以來存在的 技術(shù)偏見。而在實驗檢測和理論計算的結(jié)果顯示，因此造成的動壓效應(yīng)損失并未對密封裝 置的整體工作造成實質(zhì)的影響。
權(quán)利要求1.一種端面密封裝置，設(shè)置于旋轉(zhuǎn)機械的機殼和軸(1)之間，包括桶狀的殼體O)，殼 體(2)底部開孔，旋轉(zhuǎn)機械的軸(1)從孔中穿出，殼體( 上固定連接靜止環(huán)(3)，靜止環(huán) (3)帶有密封端面，還包括一個旋轉(zhuǎn)環(huán)G)，旋轉(zhuǎn)環(huán)(4)連接在軸(1)上且可以繞軸(1)轉(zhuǎn) 動，旋轉(zhuǎn)環(huán)(4)也帶有密封端面，靜止環(huán)(3)的密封端面與旋轉(zhuǎn)環(huán)的密封端面相貼合， 其特征在于貼合區(qū)域中旋轉(zhuǎn)環(huán)的密封端面和靜止環(huán)(3)的密封端面至少一個上設(shè) 置一組帶有過渡槽壁結(jié)構(gòu)的螺旋槽(5)，螺旋槽(5)的槽底面與密封端面平行且槽底面與 槽壁面平滑過渡，所述過渡槽壁結(jié)構(gòu)是指從螺旋槽(5)的槽底面起隨槽深高度增加螺旋槽 (5)截面面積逐漸增大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種端面密封裝置，其特征在于，所述的螺旋槽( 是單列螺 旋槽或者雙列螺旋槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種端面密封裝置，其特征在于，所述的螺旋槽( 槽底的左 右槽壁型線為對數(shù)螺旋線、等速螺旋線、斜直線、折線或偏心的圓弧線中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種端面密封裝置，其特征在于，所述的螺旋槽( 的螺旋角 可以是恒定的，也可以是變化的，其范圍是0°到90°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種端面密封裝置，其特征在于，所述的螺旋槽( 的槽壁面 為平面或者曲面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種端面密封裝置，其特征在于，所述的螺旋槽( 周向截面 上，槽壁是一條過渡曲線，該過渡曲線上任一點法線與槽底面法線的空間角小于45°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種端面密封裝置，其特征在于，所述的螺旋槽( 的深度是 恒定的，也可以是變化的，深度范圍是0. 001—0. 5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種端面密封裝置，其特征在于，在所述的螺旋槽( 的高壓 側(cè)或者低壓側(cè)還有一不開槽的平面環(huán)帶即密封壩(6)。
專利摘要本實用新型為一種端面密封裝置，設(shè)置于旋轉(zhuǎn)機械的機殼和軸之間，包括桶狀的殼體，殼體底部開孔，旋轉(zhuǎn)機械的軸從孔中穿出，殼體上固定連接靜止環(huán)，靜止環(huán)帶有密封端面，還包括一個旋轉(zhuǎn)環(huán)，旋轉(zhuǎn)環(huán)連接在軸上且可以繞軸轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)環(huán)也帶有密封端面，靜止環(huán)的密封端面與旋轉(zhuǎn)環(huán)的密封端面相貼合，貼合區(qū)域中旋轉(zhuǎn)環(huán)的密封端面和靜止環(huán)的密封端面至少一個上設(shè)置一組帶有過渡槽壁結(jié)構(gòu)的螺旋槽，螺旋槽的槽底面與密封端面平行且槽底面與槽壁面平滑過渡，所述過渡槽壁結(jié)構(gòu)是指從螺旋槽的槽底面起隨槽深高度增加螺旋槽截面面積逐漸增大；該裝置能在工作介質(zhì)中混有固體顆粒的工況下有效避免固體顆粒在密封端面上的堆積現(xiàn)象，從而具有更加穩(wěn)定的工作狀態(tài)。
文檔編號F16J15/16GK201818792SQ201020527738
公開日2011年5月4日 申請日期2010年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者劉向鋒, 劉瑩, 吳辰紳, 李永健, 王濤, 王玉明, 索雙富, 高志, 黃偉峰 申請人:清華大學(xué)