專利名稱：可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)軸的密封裝置，特別涉及一種可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置，用于各種壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、泵、反應(yīng)釜攪拌器等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)軸的密封。
可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封已有報道，如中國專利98218316.X“可雙向旋轉(zhuǎn)的雙列雙葉螺旋槽端面密封”、美國專利5090712等。它們都是在相互貼合的旋轉(zhuǎn)環(huán)(簡稱動環(huán))密封端面和靜止環(huán)(簡稱靜環(huán))密封端面中的至少一個上具有動壓槽，動壓槽的幾何形狀是上述發(fā)明的核心技術(shù)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)軸帶動固定在其上的動環(huán)旋轉(zhuǎn)時，由于動壓槽的動壓效應(yīng)，將進(jìn)入該槽的密封流體(氣體或者液體)的壓力升高，該壓力作用在相互貼合的動、靜環(huán)密封端面上，將這兩個面推開，使之脫離接觸，并在兩個面之間形成連續(xù)、穩(wěn)定的密封流體的薄膜，該薄膜具有一定的承載能力和剛度，由于密封流體的壓力高于被密封流體的壓力，有少量的密封流體沿此薄膜進(jìn)入被密封流體內(nèi)，即可以起到潤滑和冷卻的作用，又能防止被密封的流體的泄漏，達(dá)到密封的目的。良好的動壓槽能保證密封裝置在旋轉(zhuǎn)軸正向旋轉(zhuǎn)、逆向旋轉(zhuǎn)時都能達(dá)到上述功能。
本發(fā)明的目的在于提出一種新型可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置，當(dāng)該裝置的動環(huán)隨旋轉(zhuǎn)軸正向旋轉(zhuǎn)或者逆向旋轉(zhuǎn)時，在動、靜環(huán)密封端面之間均可形成連續(xù)、穩(wěn)定的密封流體薄膜，該薄膜具有更大的承載能力和剛度，有效地實(shí)現(xiàn)雙向旋轉(zhuǎn)條件下的非接觸密封。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置，包括密封腔體、動環(huán)、靜環(huán)、副密封圈、彈性組件、固定組件；旋轉(zhuǎn)機(jī)械的機(jī)殼與旋轉(zhuǎn)軸之間構(gòu)成安裝密封裝置的空間，密封腔體置于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的機(jī)殼內(nèi)，旋轉(zhuǎn)軸穿過密封腔體的孔，固定元件將環(huán)形的動環(huán)固定在旋轉(zhuǎn)軸上，環(huán)形的靜環(huán)與動環(huán)對峙，彈性組件位于密封腔體及靜環(huán)之間，使靜環(huán)與動環(huán)的端面相互貼合，兩個相互貼合的端面均為環(huán)形的密封端面，副密封圈安裝在靜環(huán)與彈性組件之間；其特征是上述動環(huán)和靜環(huán)密封端面中的至少一個上具有螺旋槽組，該螺旋槽組沿密封端面的圓周方向分布，每個螺旋槽組包括徑向的供氣槽以及在供氣槽左、右側(cè)分布的螺旋槽，螺旋槽在半徑方向上至少有三列，每二列之間是不開槽的臺。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)軸正向或者逆向旋轉(zhuǎn)時螺旋槽組的動壓效應(yīng)所形成的流體薄膜的承載能力和剛度較大，特別適用于可雙向旋轉(zhuǎn)的干式氣體密封。


圖1是本發(fā)明的可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置的縱向剖視圖圖2是圖1中的密封端面上螺旋槽組的示意圖圖3是圖1中的密封端面上另一種螺旋槽組的示意圖現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1是本發(fā)明的可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置的縱向剖視圖。該密封裝置包括密封腔體、動環(huán)、靜環(huán)、副密封圈、彈性組件、固定組件。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的機(jī)殼1與旋轉(zhuǎn)軸2之間構(gòu)成安裝密封的空間，桶形的密封腔體3橫向置于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的機(jī)殼1內(nèi)，旋轉(zhuǎn)軸2穿過密封腔體3的孔；固定組件4將環(huán)形的動環(huán)5固定在旋轉(zhuǎn)軸2上，環(huán)形的靜環(huán)6與動環(huán)5對峙，彈性組件7位于密封腔體3及靜環(huán)6之間，在彈性組件的彈力作用下使靜環(huán)6與動環(huán)5相互貼合，兩個相互貼合面分別為環(huán)形密封端面8、9，副密封圈10安裝在靜環(huán)6與彈性組件7之間，防止密封流體11在此處的泄漏；固定在密封腔體3上的銷釘12用來防止靜環(huán)6轉(zhuǎn)動，但允許其軸向移動。本發(fā)明的特征是上述動環(huán)5和靜環(huán)6的密封端面8、9中的至少一個上具有螺旋槽組，本實(shí)施例中螺旋槽組設(shè)置在動環(huán)密封端面8上，該螺旋槽組沿密封端面的圓周方向分布(參見圖2和圖3)，每個螺旋槽組包括供氣槽E，供氣槽E的左、右兩側(cè)有螺旋槽，所謂螺旋槽就是在密封端面上加工的淺槽，該槽的外觀型線是對數(shù)螺旋線，或者是阿基米德螺旋線、二次曲線、直線。螺旋槽在半徑方向上至少有三列，本實(shí)施例中只有三列，其中槽g1和g1′為第一列、槽g2和g2′為第二列、槽g3和g3′為第三列。每二列之間是不開槽的臺，槽g1、g2之間是左第一臺r1，槽g1′、g2′之間是右第一臺r1′，槽g2、g3之間是左第二臺r2，槽g2′、g3′之間是右第二臺r2′等等。
圖2是圖1中的密封端面上螺旋槽組的示意圖。圖中有供氣槽E，其深度為3-50μm，最佳為5-15μm，其寬度為0.3-3mm，最佳為0.5-1.5mm。供氣槽的兩個側(cè)壁由通過密封端面圓心的二條射線構(gòu)成，二條射線不平行，兩線之間的距離S1≠S2。也可以由兩條平行的徑向線段構(gòu)成，兩線之間的距離S1=S2。
以供氣槽為對稱軸，在其兩側(cè)分布至少三列螺旋槽，螺旋槽的分布如上面所述，供氣槽左側(cè)的螺旋槽與右側(cè)的螺旋槽是對稱的，如g1與g1′是對稱的，g2與g2′是對稱的等等。左側(cè)的螺旋槽所占圓周方向的夾角β1與右側(cè)的螺旋槽所占圓周方向的夾角β2相等，β1=β2。
每個螺旋槽組在圓周方向所占角度為β,β=β1+β2，兩組螺旋槽之間未開槽的平面部分在圓周方向所占角度為γ,β/γ=0.5-5，最佳范圍1-2。
動、靜環(huán)的兩個密封端面相互貼合部分的外徑為R2，內(nèi)徑為R1(參見圖1)，在R2,R1之間，螺旋槽組在徑向所占高度為A，未開槽的平面部分在徑向所占高度為B,A/B=0.5-5，最佳范圍1-3。
左側(cè)螺旋槽與右側(cè)螺旋槽的螺旋角的絕對值相等，但方向相反，一側(cè)為正角，另一側(cè)為負(fù)角，螺旋角定義為上述螺旋槽外觀型線的曲線上，某一點(diǎn)的切線與過該點(diǎn)的密封端面的同心圓的切線之間的夾角，螺旋角的絕對值|α|=5-30°，最佳范圍為10-20°，例如15°。
每個螺旋槽的法向?qū)挾鹊姆秶鸀?.5-5mm，最佳范圍為1-3mm。
每個螺旋槽的法向?qū)挾扰c未開槽的臺的寬度之比g/r=0.5-2，最佳范圍為0.8-1.2，例如g1/g2/g3/r1/r2=1/1/1/1/1。
每個螺旋槽的深度范圍為2-20μm，最佳范圍3-10μm。全部螺旋槽的深度可以相等，也可以不相等。例如，沿徑向從外圓到內(nèi)孔方向槽深逐漸變淺，如果三列螺旋槽的深度從外到內(nèi)分別為h1、h2、h3，則h1＞h2＞h3。同時，在圓周方向上每個螺旋槽的深度也可以是變化的，例如從進(jìn)氣槽開始向兩側(cè)逐漸變淺。
根據(jù)密封尺寸的不同螺旋槽組(即β角所占區(qū)域)的數(shù)量也不同，尺寸越大則槽組數(shù)量越多，其數(shù)量為3-30組，最佳范圍為4-20組。
上述實(shí)施例中螺旋槽組設(shè)置在動環(huán)密封端面上，若設(shè)置在靜環(huán)密封端面上，或者同時設(shè)置在動環(huán)、靜環(huán)密封端面上時，螺旋槽組的分布以及技術(shù)特征與上述相同。
圖3給出了密封端面上螺旋槽組的另一種形式的實(shí)施例。與圖2不同之處在于1．在供氣槽左、右兩側(cè)的螺旋槽是不對稱的，主槽的長度大于副槽的長度，β1＞β2；2．主槽的深度大于副槽的深度；3．螺旋槽在半徑方向上的列數(shù)大于三列，圖中為四列。
如果螺旋槽設(shè)置在動環(huán)密封端面8上(見圖1)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的正常旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r針方向，則β1區(qū)域內(nèi)的螺旋槽為主槽，β2區(qū)域內(nèi)的螺旋槽為副槽，這時將主槽的深度按額定轉(zhuǎn)速設(shè)計為最佳值，副槽設(shè)計得較淺些，而且主槽長度大于副槽，β1＞β2。這樣設(shè)計的好處是旋轉(zhuǎn)機(jī)械按正常旋轉(zhuǎn)方向n向工作時，主槽工作在最佳狀態(tài)下，而副槽的干擾較小，在動、靜環(huán)密封端面間有連續(xù)穩(wěn)定的流體薄膜，同時，由于螺旋槽組中有四列螺旋槽，產(chǎn)生的動壓效應(yīng)較強(qiáng)，上述流體薄膜的承載能力和剛度較大；當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸逆向旋轉(zhuǎn)時，通常逆向轉(zhuǎn)速低于正向轉(zhuǎn)速，這時流體膜的厚度較小，深度較小的副槽工作在最佳狀態(tài)下，仍能在動、靜環(huán)密封端面間有連續(xù)穩(wěn)定的流體薄膜。
綜上所述，無論旋轉(zhuǎn)軸正向旋轉(zhuǎn)，或者逆向旋轉(zhuǎn)，本發(fā)明的可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置都可以在動靜環(huán)密封端面之間形成連續(xù)穩(wěn)定的流體薄膜，而且流體薄膜的承載能力和剛度較大，有效地實(shí)現(xiàn)雙向旋轉(zhuǎn)條件下的密封。本發(fā)明適用于各種壓縮機(jī)、泵、反應(yīng)釜攪拌器等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸端密封，特別是可雙向旋轉(zhuǎn)的干式氣體密封。
權(quán)利要求1．一種可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置，包括密封腔體、動環(huán)、靜環(huán)、副密封圈、彈性組件、固定組件；旋轉(zhuǎn)機(jī)械的機(jī)殼與旋轉(zhuǎn)軸之間構(gòu)成安裝密封裝置的空間，密封腔體置于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的機(jī)殼內(nèi)，旋轉(zhuǎn)軸穿過密封腔體的孔，固定元件將環(huán)形的動環(huán)固定在旋轉(zhuǎn)軸上，環(huán)形的靜環(huán)與動環(huán)對峙，彈性組件位于密封腔體及靜環(huán)之間，使靜環(huán)與動環(huán)的端面相互貼合，兩個相互貼合的端面均為環(huán)形的密封端面，副密封圈安裝在靜環(huán)與彈性組件之間；其特征是上述動環(huán)和靜環(huán)密封端面中的至少一個上具有螺旋槽組，該螺旋槽組沿密封端面的圓周方向分布，每個螺旋槽組包括徑向的供氣槽以及在供氣槽左、右側(cè)分布的螺旋槽，螺旋槽在半徑方向上至少有三列，每二列之間是不開槽的臺。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置，其特征是每個螺旋槽組中的供氣槽的深度為3-50μm，最佳為5-15μm，其寬度為0.3-3mm，最佳為0.5-1.5mm。供氣槽的兩個側(cè)壁是由二條射線構(gòu)成，二條射線不平行，彼此之間的距離為S1、S1,S1≠S2。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置，其特征是供氣槽的兩個側(cè)壁是由二條平行射線構(gòu)成，二平行射線之間的距離S1=S2。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置，其特征是供氣槽左側(cè)的螺旋槽與右側(cè)的螺旋槽是對稱的。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置，其特征是供氣槽左側(cè)的螺旋槽與右側(cè)的螺旋槽是不對稱的。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置，其特征是每個螺旋槽組在圓周方向所占角度為β，兩組螺旋槽之間未開槽的平面部分在圓周方向所占角度為γ,β/γ=0.5-5，最佳范圍1-2。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所達(dá)的可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置，其特征是螺旋槽組即β角所占區(qū)域的數(shù)量為3-30組，最佳范圍為4-20組。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置，其特征是螺旋槽組在徑向所占高度為A，未開槽的平面部分在徑向所占高度為B,A/B=0.5-5，最佳范圍1-3。
9． 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置，其特征是左側(cè)螺旋槽與右側(cè)螺旋槽的螺旋角的絕對值相等，但方向相反，一側(cè)為正角，另一側(cè)為負(fù)角，螺旋角的絕對值|α|=5-30°，最佳范圍為10-20°，例如15°。
10．根據(jù)權(quán)利要求1所述的可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置，其特征是每個螺旋槽的法向?qū)挾扰c未開槽的臺的寬度之比，g/r=0.5-2，最佳范圍為0.8-1.2。
11．根據(jù)權(quán)利要求1所述的可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置，其特征是每個螺旋槽的深度范圍為2-20μm，最佳范圍3-10μm，全部螺旋槽的深度相等。
12．根據(jù)權(quán)利要求1所述的可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置，其特征是每個螺旋槽的深度是不等深的，沿半徑從外圓到內(nèi)孔方向槽深逐漸變淺；在圓周方向上每個螺旋槽的深度也是變化的，從供氣槽開始向兩側(cè)逐漸變淺。
專利摘要一種可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置,包括密封腔體、動環(huán)、靜環(huán)、副密封圈、彈性組件、固定組件;其特征是:動環(huán)和靜環(huán)密封端面中的至少一個上具有螺旋槽組,該螺旋槽組沿密封端面的圓周方向分布,每個螺旋槽組包括徑向的供氣槽以及在供氣槽左、右側(cè)分布的螺旋槽,螺旋槽在半徑方向上至少有三列,每二列之間是不開槽的臺。本實(shí)用新型適用于各種壓縮機(jī)、泵、反應(yīng)釜攪拌器等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸端密封,特別是可雙向旋轉(zhuǎn)的干式氣體密封。
文檔編號F16J15/34GK2460801SQ0120154
公開日2001年11月21日 申請日期2001年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月18日
發(fā)明者王玉明 申請人:王玉明