一種可雙向旋轉(zhuǎn)的跨尺度槽孔結(jié)合端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種可雙向旋轉(zhuǎn)的跨尺度槽孔結(jié)合端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，包括機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)、靜環(huán)，動(dòng)環(huán)或靜環(huán)中至少一個(gè)密封環(huán)的密封端面上開(kāi)設(shè)沿端面圓周均勻分布且可雙向旋轉(zhuǎn)的表面織構(gòu)，表面織構(gòu)包括毫米級(jí)深度的圓形減壓孔、圓弧槽以及微米級(jí)深度的螺旋槽和方向性傾斜微孔；圓弧槽位于端面高壓側(cè)即上游，圓形減壓孔位于端面低壓側(cè)即下游；圓弧槽以某一半徑為對(duì)稱軸，位于圓弧槽兩側(cè)的螺旋槽沿對(duì)稱軸對(duì)稱布置，螺旋槽的槽根伸向下游，圓形減壓孔位于槽根處；螺旋槽起始于端面高壓側(cè)，螺旋槽自上游到下游逐漸向圓弧槽的方向彎轉(zhuǎn)，并且寬度逐漸縮小；螺旋槽和圓弧槽之間有密封堰，密封堰上開(kāi)設(shè)方向性傾斜微孔；表面織構(gòu)的下游位置設(shè)有一連續(xù)的環(huán)形密封壩。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種可雙向旋轉(zhuǎn)的跨尺度槽孔結(jié)合端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械端面密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可雙向旋轉(zhuǎn)的跨尺度槽孔結(jié)合端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，特別適用于啟停頻繁的各種壓縮機(jī)、栗和釜用攪拌器等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸端密封裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械密封因其泄漏率低、摩擦功耗小、壽命長(zhǎng)等顯著優(yōu)勢(shì)在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸端密封上獲得了廣泛應(yīng)用，比如石化、能源以及航空航天等行業(yè)的壓縮機(jī)、栗以及釜用攪拌器等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸端密封。隨著石油化工和航空航天等行業(yè)的迅猛發(fā)展，要求機(jī)械密封能適應(yīng)高參數(shù)、變工況及特殊物性介質(zhì)等惡劣的密封環(huán)境。目前國(guó)內(nèi)外密封織構(gòu)形式包括微孔織構(gòu)和溝槽型織構(gòu)，微孔織構(gòu)端面具有較好的耐磨能力和吸納固體顆粒的作用，適用于固體顆粒含量較高的密封場(chǎng)合，但微孔易被顆粒堵塞從而散失織構(gòu)功能。溝槽型織構(gòu)若型線設(shè)計(jì)合理，能起到導(dǎo)流作用，動(dòng)壓開(kāi)啟特性一般較好，目前國(guó)內(nèi)外采用較多的溝槽型線包括螺旋線、圓弧線、直線等;但由于溝槽型織構(gòu)在低壓條件下動(dòng)壓效應(yīng)弱，形成的流體膜承載能力較差，且在頻繁啟停過(guò)程中，端面易碰損;在高壓條件下，溝槽的型線選擇及組合十分重要，若處理不當(dāng)則使密封環(huán)端面氣膜穩(wěn)定性差，易使密封環(huán)發(fā)生碰磨與偏磨，嚴(yán)重削弱密封環(huán)壽命O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種能適應(yīng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械頻繁啟停、密封介質(zhì)中固體顆粒含量高以及介質(zhì)溫度高的端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0005]一種可雙向旋轉(zhuǎn)的跨尺度槽孔結(jié)合端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，包括機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)、靜環(huán)，所述動(dòng)環(huán)或靜環(huán)中至少一個(gè)密封環(huán)的密封端面上開(kāi)設(shè)沿端面圓周均勻分布且可雙向旋轉(zhuǎn)的跨尺度槽孔結(jié)合的表面織構(gòu)，所述跨尺度槽孔結(jié)合的表面織構(gòu)包括毫米級(jí)深度的圓形減壓孔5、圓弧槽2以及微米級(jí)深度的螺旋槽3和方向性傾斜微孔4;所述圓弧槽2位于端面高壓側(cè)即上游，所述圓形減壓孔5位于端面低壓側(cè)即下游;圓弧槽2以某一半徑為對(duì)稱軸，位于圓弧槽2兩側(cè)的螺旋槽3沿所述的對(duì)稱軸對(duì)稱布置，螺旋槽3的槽根伸向下游，圓形減壓孔5位于槽根處;螺旋槽3起始于端面高壓側(cè)，螺旋槽3自上游到下游逐漸向圓弧槽2的方向彎轉(zhuǎn)，并且寬度逐漸縮小;所述螺旋槽3和圓弧槽2之間有密封堰1，密封堰I上開(kāi)設(shè)方向性傾斜微孔4，方向性傾斜微孔4的長(zhǎng)軸與螺旋槽3的靠近圓弧槽2—側(cè)的界線平行;所述可雙向旋轉(zhuǎn)的跨尺度槽孔結(jié)合的表面織構(gòu)的下游位置設(shè)有一連續(xù)的環(huán)形密封壩6。
[0006]進(jìn)一步，所述圓形減壓孔的深度ho為:0.1mm;所述圓弧槽深度hi為:Imm 3mm ；所述方向性傾斜微孔深度h2為:50ym<h3 < 10ym ；所述沿徑向?qū)ΨQ布置螺旋槽的深度h3為:5μ??彡h4彡ΙΟμ??;所述沿徑向?qū)ΨQ布置螺旋槽的螺旋角β為:5°彡β彡15°。
[0007]進(jìn)一步，所述沿徑向?qū)ΨQ布置螺旋槽的槽根部位有η個(gè)圓形減壓孔:1<η<2。
[0008]利用本發(fā)明所述的一種可雙向旋轉(zhuǎn)的跨尺度槽孔結(jié)合端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)可適用于單方向或雙方向交替旋轉(zhuǎn)機(jī)械。
[0009]本發(fā)明的工作原理:
[0010]本發(fā)明提供的可雙向旋轉(zhuǎn)的跨尺度槽孔結(jié)合端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，在密封端面高壓側(cè)即上游開(kāi)有毫米級(jí)深度的圓弧槽、微米級(jí)深度的沿徑向?qū)ΨQ布置的螺旋槽，圓弧槽和螺旋槽之間的密封堰上開(kāi)設(shè)有長(zhǎng)軸與螺旋槽型線方向基本相同的微米級(jí)深度的方向性傾斜微孔，螺旋槽的槽根部設(shè)毫米級(jí)深度的圓形減壓孔。在低速或低壓工況下，由上游高壓產(chǎn)生的壓力流在進(jìn)入方向性傾斜微孔后，在切向轉(zhuǎn)速剪切作用下，微孔長(zhǎng)軸方向流體流量不斷累積，壓力逐漸提高，形成微型動(dòng)壓槽，實(shí)現(xiàn)低壓工況下端面的開(kāi)啟；圓弧槽和螺旋槽對(duì)流體起到導(dǎo)流作用，能保證方向性傾斜微孔盡可能快地獲得流體的補(bǔ)給，提升了微型動(dòng)壓槽的動(dòng)壓開(kāi)啟特性，實(shí)現(xiàn)密封環(huán)端面的快速開(kāi)啟。在高速或高壓工況下，由上游高壓產(chǎn)生的壓力流主要進(jìn)入織構(gòu)開(kāi)口朝向與轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)方向一致的螺旋槽內(nèi)，在螺旋槽槽根部產(chǎn)生高壓區(qū)，將密封端面分開(kāi)并形成流體膜;一部分流體進(jìn)入毫米級(jí)深度的圓形減壓孔，避免螺旋槽根部高壓區(qū)因壓力過(guò)高而造成流體膜不穩(wěn)定，提高了密封環(huán)的抗阻尼特性;方向性傾斜微孔可提升流體膜動(dòng)壓開(kāi)啟特性，同時(shí)改善流體膜壓力分布，提升流體膜穩(wěn)定性;毫米級(jí)深度的圓弧槽加速了流體在密封環(huán)端面的流通，一方面能增強(qiáng)密封端面的散熱，另一方面能形成周向波度和軸向錐度，增強(qiáng)密封環(huán)動(dòng)壓效應(yīng);通過(guò)各表面織構(gòu)的協(xié)同作用可實(shí)現(xiàn)密封環(huán)達(dá)到最大的動(dòng)壓開(kāi)啟特性，同時(shí)能適應(yīng)密封環(huán)由于工況條件的突然改變而引起密封環(huán)動(dòng)壓效應(yīng)驟降，提升了密封端面的流體膜穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了密封壽命。當(dāng)輸送介質(zhì)中固體顆粒含量較高時(shí)，方向性傾斜微孔和圓形減壓孔能起到吸納顆粒、防止顆粒磨損密封端面的作用;而圓弧槽和螺旋槽的導(dǎo)流作用可以及時(shí)帶走微孔和減壓孔內(nèi)的顆粒介質(zhì)，防止被固體顆粒堵塞，保證了微孔織構(gòu)功能的正常發(fā)揮，提高密封端面對(duì)固體顆粒的適應(yīng)性。
[0011 ]本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:
[0012]在低速或低壓及高速或高壓條件下均開(kāi)啟容易、動(dòng)壓效應(yīng)強(qiáng)、流體膜穩(wěn)定性好，泄漏率底，密封壽命長(zhǎng)，適應(yīng)含固體顆粒介質(zhì)環(huán)境，能滿足旋轉(zhuǎn)機(jī)械頻繁啟停工況及反轉(zhuǎn)要求。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的可雙向旋轉(zhuǎn)的跨尺度槽孔結(jié)合端面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的可雙向旋轉(zhuǎn)的跨尺度槽孔結(jié)合的表面織構(gòu)局部放大圖。
[0015]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的沿著附圖2中A-A線所取的表面織構(gòu)槽底截面示意圖。
[0016]圖4是本發(fā)明實(shí)施例1的沿著附圖2中B-B線所取的表面織構(gòu)槽底截面示意圖。
[0017]圖5是本發(fā)明實(shí)施例2的螺旋槽和圓弧槽槽底截面沿半徑方向的織構(gòu)示意圖(其中C、E代表上游側(cè)，D、F代表下游側(cè))。
[0018]圖6是本發(fā)明的可雙向旋轉(zhuǎn)的跨尺度槽孔結(jié)合端面結(jié)構(gòu)示意圖，其中上下左右的四個(gè)區(qū)塊分別表示了四種結(jié)構(gòu)。
[0019]其中:卜密封堰;2-圓弧槽;3-螺旋槽;4-方向性傾斜微孔;5-圓形減壓孔;6-環(huán)形密封壩。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明
[0021]參照附圖:
[0022]實(shí)施例1
[0023]參照附圖1、圖2、圖3和圖4，一種可雙向旋轉(zhuǎn)的跨尺度槽孔結(jié)合端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，包括機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)、靜環(huán)，所述動(dòng)環(huán)或靜環(huán)中至少一個(gè)密封環(huán)的密封端面上開(kāi)設(shè)沿端面圓周均勻分布且可雙向旋轉(zhuǎn)的跨尺度槽孔結(jié)合的表面織構(gòu)，所述跨尺度槽孔結(jié)合的表面織構(gòu)包括毫米級(jí)深度的圓形減壓孔5、圓弧槽2以及微米級(jí)深度的螺旋槽3和方向性傾斜微孔4;所述圓弧槽2位于端面高壓側(cè)即上游，所述圓形減壓孔5位于端面低壓側(cè)即下游；圓弧槽2以某一半徑為對(duì)稱軸，位于圓弧槽2兩側(cè)的螺旋槽3沿所述的對(duì)稱軸對(duì)稱布置，螺旋槽3的槽根伸向下游，圓形減壓孔5位于槽根處;螺旋槽3起始于端面高壓側(cè)，螺旋槽3自上游到下游逐漸向圓弧槽2的方向彎轉(zhuǎn)，并且寬度逐漸縮小;所述螺旋槽3和圓弧槽2之間有密封堰I，密封堰I上開(kāi)設(shè)方向性傾斜微孔4，方向性傾斜微孔4的長(zhǎng)軸與螺旋槽3的靠近圓弧槽2—側(cè)的界線平行;所述可雙向旋轉(zhuǎn)的跨尺度槽孔結(jié)合的表面織構(gòu)的下游位置設(shè)有一連續(xù)的環(huán)形密封壩6。
[0024]進(jìn)一步，所述圓形減壓孔的深度ho為:0.1mm;所述圓弧槽深度hi為:Imm 3mm ；所述方向性傾斜微孔深度h2為:50ym<h3 < 10ym ；所述沿徑向?qū)ΨQ布置螺旋槽的深度h3為:5μ??彡h4彡ΙΟμ??;所述沿徑向?qū)ΨQ布置螺旋槽的螺旋角β為:5°彡β彡15°。
[0025]進(jìn)一步，所述沿徑向?qū)ΨQ布置的螺旋槽3的槽根部位有η個(gè)圓形減壓孔為:KnS2。
[0026]實(shí)施例2
[0027]參照1、2、3、5，本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于，所述的螺旋槽3和圓弧槽2的深度從上游往下游逐漸減小或呈階梯形遞減，其余結(jié)構(gòu)和實(shí)施方式與實(shí)施例1相同。這種結(jié)構(gòu)在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上流體動(dòng)壓效果進(jìn)一步得到提升，流體膜剛度和端面開(kāi)啟特性更優(yōu)。
[0028]實(shí)施例3
[0029]參照?qǐng)D1、2、3、4、6，本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于，所述圓形減壓孔5位于沿徑向?qū)ΨQ布置的螺旋槽3之間靠近上游側(cè)的密封堰I上，如圖6下部所示。
[0030]或如圖6左部所示，螺旋槽3的末端為一段圓弧，該圓弧定義為:與兩個(gè)減壓孔相內(nèi)切且與密封端面同心的圓，其與螺旋槽的螺旋線相交構(gòu)成的兩段圓弧。O
[0031]或如圖6上部所示，兩側(cè)的螺旋槽相交()，，在兩側(cè)的螺旋槽3的各自的槽根處各有一個(gè)圓形減壓孔5 ο其余結(jié)構(gòu)和實(shí)施方式與實(shí)施例1相同。
[0032]后兩種結(jié)構(gòu)在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上可保證螺旋槽3末端形成2個(gè)均勻分布的高壓區(qū)，提升了流體動(dòng)壓效果以及流體膜的穩(wěn)定性，端面開(kāi)啟特性更優(yōu)。
[0033]本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可雙向旋轉(zhuǎn)的跨尺度槽孔結(jié)合端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，包括機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)、靜環(huán)，所述動(dòng)環(huán)或靜環(huán)中至少一個(gè)密封環(huán)的密封端面上開(kāi)設(shè)沿端面圓周均勻分布且可雙向旋轉(zhuǎn)的跨尺度槽孔結(jié)合的表面織構(gòu)，所述跨尺度槽孔結(jié)合的表面織構(gòu)包括毫米級(jí)深度的圓形減壓孔(5)、圓弧槽(2)以及微米級(jí)深度的螺旋槽(3)和方向性傾斜微孔(4);所述圓弧槽2位于端面高壓側(cè)即上游，所述圓形減壓孔5位于端面低壓側(cè)即下游；圓弧槽(2)以某一半徑為對(duì)稱軸，位于圓弧槽(2)兩側(cè)的螺旋槽3沿所述的對(duì)稱軸對(duì)稱布置，螺旋槽(3)的槽根伸向下游，圓形減壓孔(5)位于槽根處;螺旋槽(3)起始于端面高壓側(cè)，螺旋槽(3)自上游到下游逐漸向圓弧槽(2)的方向彎轉(zhuǎn)，并且寬度逐漸縮小;所述螺旋槽(3)和圓弧槽(2)之間有密封堰(I)，密封堰(I)上開(kāi)設(shè)方向性傾斜微孔(4)，方向性傾斜微孔(4)的長(zhǎng)軸與螺旋槽(3)的靠近圓弧槽(2)—側(cè)的界線平行;所述可雙向旋轉(zhuǎn)的跨尺度槽孔結(jié)合的表面織構(gòu)的下游位置設(shè)有一連續(xù)的環(huán)形密封壩(6)。2.如權(quán)利要求1所述的一種可雙向旋轉(zhuǎn)的跨尺度槽孔結(jié)合端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述圓形減壓孔(5)的深度ho為:0.5mm^ho^ 1mm;所述圓弧槽深度hi為:lmm^hi^3mm ；所述方向性傾斜微孔(4)深度h2為:50ym<h3 < 10ym ；所述沿徑向?qū)ΨQ布置螺旋槽(3)的深度h3為:5μ??彡h4彡ΙΟμ??;所述沿徑向?qū)ΨQ布置螺旋槽的螺旋角β為:5°彡β彡15°。3.如權(quán)利要求2所述的一種可雙向旋轉(zhuǎn)的跨尺度槽孔結(jié)合端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述沿徑向?qū)ΨQ布置螺旋槽(3)的槽根部位有η個(gè)圓形減壓孔，1<η<2。4.如權(quán)利要求3所述的一種可雙向旋轉(zhuǎn)的跨尺度槽孔結(jié)合端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:兩側(cè)的螺旋槽(3)相交，在兩側(cè)的螺旋槽(3)的各自的槽根處各有一個(gè)圓形減壓孔(5)。
【文檔編號(hào)】F16J9/20GK106015572SQ201610609154
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月27日
【發(fā)明人】彭旭東, 王冰清, 孟祥鎧
【申請(qǐng)人】浙江工業(yè)大學(xué)