專利名稱：微凸體雙層復(fù)合槽深端面機械密封結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及端面機械密封設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體是動壓槽和低壓泵送槽與槽底微凸體結(jié)構(gòu)組成的雙層復(fù)合槽深端面機械密封結(jié)構(gòu)，適用于各種壓縮機、泵、汽輪機和釜攪拌器等旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)軸的軸端密封裝置。
背景技術(shù)：
由于環(huán)境溫度下降、工藝介質(zhì)的深入、密封氣體的可壓縮性等因素使得密封氣膜溫度下降，導(dǎo)致水汽等介質(zhì)液相析出并吸附于密封表面、破壞密封氣膜穩(wěn)定，并最終導(dǎo)致密封失效。隨著過程裝備的高參數(shù)化、輸運介質(zhì)的多樣化，高壓、低溫、介質(zhì)臨界相變等工況下氣相介質(zhì)液相析出吸附導(dǎo)致的氣體密封失效問題更加突出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決非接觸氣體密封中，由于溫度降低導(dǎo)致端面間氣膜凝結(jié)引起的密封失效問題，提供一種能應(yīng)用于各種工況，尤其是高壓、低溫、介質(zhì)臨界相變等工況的密封端面結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的技術(shù)方案是微凸體雙層復(fù)合槽深端面機械密封結(jié)構(gòu)，包括機械密封的動環(huán)和靜環(huán)，動環(huán)和靜環(huán)的相互接觸面是端面，其特征在于所述的動環(huán)或靜環(huán)的端面上，由高壓側(cè)向低壓側(cè)依次設(shè)置依照旋轉(zhuǎn)中心對稱分布的微凸體雙層復(fù)合槽深動壓槽、密封壩、環(huán)槽和微凸體雙層復(fù)合槽深泵送槽；所述的動壓槽設(shè)置在端面上游(高壓側(cè))，所述的動壓槽下層加工有微凸臺織構(gòu)；所述的泵送槽設(shè)置在端面下游(低壓側(cè))，所述的泵送槽下層加工有微凸臺織構(gòu)；所述的泵送槽的傾斜方向與動壓槽的傾斜方向相反；所述的密封壩為未加工過的光面；所述的環(huán)槽與所述的泵送槽連通，并設(shè)置在泵送槽上游。所述的微凸體雙層復(fù)合槽深動壓槽設(shè)置在端面上游(高壓側(cè))，提供密封端面動壓開啟力，并避免水汽凝結(jié)，動壓型槽上層可以是螺旋槽、斜線槽、T型槽等形狀，深度為2 10 ;動壓槽下層的微凸臺織構(gòu)可以是四邊形、圓形、三角形等規(guī)則柱體，也可以是圓錐、三角錐等錐體，槽深為(T50 u m ；所述的微凸體雙層復(fù)合槽深泵送槽設(shè)置在端面下游(低壓側(cè))，提供反向泵送作用以減小泄漏率，并避免水汽凝結(jié)，泵送型槽上層輪廓可以是螺旋槽、斜線槽、T型槽等形狀，其傾斜方向與上游動壓槽相反，深度為21()1!!!!;泵送型槽下層的微凸臺織構(gòu)可以是四邊形、圓形、三角形等規(guī)則柱體，也可以是圓錐、三角錐等錐體，槽深為2 50 u m ；所述的微凸體雙層復(fù)合槽深泵送槽上游凹槽環(huán)帶的寬度設(shè)置為0. f 5mm。密封端面由高壓側(cè)向低壓側(cè)依次設(shè)置依照旋轉(zhuǎn)中心對稱分布的微凸體雙層復(fù)合槽深動壓槽、密封壩、環(huán)槽和微凸體雙 層復(fù)合槽深泵送槽。高壓側(cè)的微凸體雙層復(fù)合槽深動壓槽由底層微凸體織構(gòu)和上層動壓型槽組成；低壓側(cè)微凸體雙層復(fù)合槽深泵送槽由底層微凸體織構(gòu)和上層泵送型槽組成。高壓側(cè)的微凸體雙層復(fù)合槽深結(jié)構(gòu)，其上層溝槽提供的動壓開啟力；低壓側(cè)的微凸體雙層復(fù)合槽深結(jié)構(gòu)，其上層泵送槽減小泄漏率。在高壓側(cè)動壓槽和低壓側(cè)泵送槽的底部加工的微凸臺織構(gòu)，使表面呈現(xiàn)疏水性能，改善液滴在端面上的吸附狀態(tài)，使其沿著槽型方向流出端面間隙，進而達到除去端面間凝結(jié)水汽的作用，從而提升端面氣膜的穩(wěn)定性，保證密封穩(wěn)定持續(xù)運轉(zhuǎn)。本發(fā)明的工作原理上游的螺旋槽或其它動壓型槽，使由上游高壓產(chǎn)生的壓力流進入槽區(qū)后，在切向轉(zhuǎn)速剪切作用下，氣體沿著螺旋槽方向逐漸累積，形成動壓效應(yīng)；動壓型槽槽底的凸臺織構(gòu)產(chǎn)生的疏水效應(yīng)，可以防止水汽在動壓槽底部的凝結(jié)從而避免動壓槽失效。密封壩的存在使氣體在此處重新分布，增強端面運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。下游凹槽環(huán)帶和微凸體雙層復(fù)合槽深結(jié)構(gòu)可進一步控制密封端面上的水汽凝結(jié)。其中凹槽環(huán)帶可以使氣體在端面上進一步均勻分布，并吸附端面上形成的水汽，使冷凝液滴進入下游泵送槽。泵送槽上部為螺旋槽等泵送槽，可提供反向泵送效應(yīng)，減小泄漏率、增強端面的動壓效果；泵送槽底部的微凸臺生疏水效應(yīng)，使進入槽區(qū)的液滴隨著氣流流出端面，從而避免端面間水汽凝結(jié)對于密封運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的影響。本發(fā)明所述的非接觸機械端面密封結(jié)構(gòu)的有益效果主要表現(xiàn)在1、槽底微織構(gòu)產(chǎn)生的疏水效應(yīng)避免了密封氣膜中冷凝析出的液體在端面的吸附，防止密封端面型槽功能失效；2、上游動壓槽和下游泵送槽的雙層復(fù)合槽深結(jié)構(gòu)增強了密封端面的動壓效應(yīng)和減小了泄漏率；3、密封端面下游側(cè)的凹槽環(huán)帶可吸附端面上的水汽，并提供水汽進入螺旋槽織構(gòu)的通道，進一步消除了密封端面的水汽凝結(jié)；4、增強的動壓效應(yīng)和槽底微織構(gòu)對水汽的吸附性能，可提高端面氣膜的穩(wěn)定性，提升密封運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，延長了使用壽命，提高了端面的穩(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明的端面實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的端面實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的端面實施例一的側(cè)視圖；圖4是本發(fā)明的密封原理示意圖；圖5是本發(fā)明的端面實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的端面實施例二的側(cè)視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。實施例一參見圖1-3 :微凸體雙層復(fù)合槽深端面機械密封結(jié)構(gòu)，包括機械密封的動環(huán)5，靜環(huán)6，動環(huán)和靜環(huán)的相互接觸面是端面，動環(huán)或靜環(huán)其中一個端面上，由高壓側(cè)向低壓側(cè)依次設(shè)置依照旋轉(zhuǎn)中心對稱分布的微凸體雙層復(fù)合槽深動壓槽1、密封壩2、環(huán)槽3和微凸體雙層復(fù)合槽深泵送槽4，動壓槽I與環(huán)槽3之間由密封壩2相連，密封壩2與泵送槽4之間由環(huán)槽3相連；微凸體雙層復(fù)合槽深動壓槽I設(shè)置在端面上游(高壓側(cè))，動壓槽的上層可以是螺旋槽、斜線槽、T型槽等形狀；動壓槽I的下層是微凸臺織構(gòu)，微凸體可以是四邊形、圓形、三角形等規(guī)則柱體，也可以是圓錐、三角錐等錐體結(jié)構(gòu)；微凸體雙層復(fù)合槽深動壓槽I上層動壓槽的優(yōu)化取值范圍為21()1!!!!,動壓槽I下層微凸臺織構(gòu)的深度的優(yōu)化取值范圍為2 50i!m，微凸臺織構(gòu)沿著徑向凸臺寬度的取值范圍為5(T200iim，凸臺間的間隔為7(T250iim，沿著周向的凸臺寬度的取值范圍為50 200iim，凸臺間的間隔為70^250 u m ；微凸體雙層復(fù)合槽深泵送槽4設(shè)置在端面下游(低壓側(cè))，所述的泵送槽4的傾斜方向與動壓槽I的傾斜方向相反，泵送槽4的上層可以是螺旋槽、斜線槽、T型槽等形狀；泵送槽4的下層是微凸臺織構(gòu)，微凸體可以是四邊形、圓形、三角形等規(guī)則柱體，也可以是圓錐、三角錐等錐體結(jié)構(gòu)；微凸體雙層復(fù)合槽深泵送槽4上層泵送槽的優(yōu)化取值范圍為2 10 u m,泵送槽下層微凸臺織構(gòu)的深度的優(yōu)化取值范圍為fSOiim，微凸臺織構(gòu)沿著徑向凸臺寬度的取值范圍為5(T200iim，凸臺間的間隔為7(T250iim，沿著周向的凸臺寬度的取值范圍為50 200iim，凸臺間的間隔為70^250 u m ；密封壩2是未加工過的光面；

環(huán)槽3與微凸體雙層復(fù)合槽深泵送槽4連通，設(shè)置在泵送槽的上游；環(huán)槽3的寬度設(shè)置為0. f 5mm。密封工作時，上游的螺旋槽或其它動壓型槽1，使上游高壓產(chǎn)生的壓力流進入槽區(qū)，在切向轉(zhuǎn)速剪切作用下，氣體沿著螺旋槽方向逐漸累積，形成動壓效應(yīng)；動壓型槽槽底的凸臺織構(gòu)44使水汽在光滑端面41上的吸附狀態(tài)42轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷疇顟B(tài)43，進而可以防止水汽在動壓槽底部的凝結(jié)從而避免動壓槽失效。密封壩的存在使氣體在此處重新分布，增強端面運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。下游凹槽環(huán)帶和微凸體雙層復(fù)合槽深結(jié)構(gòu)可進一步控制密封端面上的水汽凝結(jié)。其中凹槽環(huán)帶可以使氣體在端面上進一步均勻分布，并吸附端面上形成的水汽，使冷凝液滴進入下游泵送槽。泵送槽上部為螺旋槽等泵送槽，可提供反向泵送效應(yīng)，減小泄漏率、增強端面的動壓效果；泵送槽上部底部的微凸臺生疏水效應(yīng)，使進入槽區(qū)的液滴隨著氣流流出端面，從而避免端面間水汽凝結(jié)對于密封運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的影響，尤其適用于密封氣中含有少量水汽的情況下。實施例二參見圖5、6 :微凸體雙層復(fù)合槽深端面機械密封結(jié)構(gòu)，包括機械密封的動環(huán)5，靜環(huán)6，動環(huán)或靜環(huán)其中一個端面上，由高壓側(cè)向低壓側(cè)依次設(shè)置依照旋轉(zhuǎn)中心對稱分布的動壓槽1、密封壩2、環(huán)槽3和微凸體雙層復(fù)合槽深泵送槽4，動壓槽I與環(huán)槽3之間由密封壩2相連，密封壩2與泵送槽4之間由環(huán)槽3相連；動壓槽I設(shè)置在端面上游(高壓側(cè))，動壓槽可以是螺旋槽、T型槽、圓形微孔或傾斜橢圓微孔等端面型槽結(jié)構(gòu)，槽深的優(yōu)化取值范圍為21()1!!!!;本實例其余結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)方式與實施例一相同，尤其適用于高壓、低溫或者多相介質(zhì)由于溫度降低導(dǎo)致的液滴冷凝的工況下。
權(quán)利要求
1.微凸體雙層復(fù)合槽深端面機械密封結(jié)構(gòu)，包括機械密封的動環(huán)和靜環(huán)，動環(huán)和靜環(huán)的相互接觸面是端面，其特征在于所述的動環(huán)或靜環(huán)的端面上，由高壓側(cè)向低壓側(cè)依次設(shè)置依照旋轉(zhuǎn)中心對稱分布的微凸體雙層復(fù)合槽深動壓槽、密封壩、環(huán)槽和微凸體雙層復(fù)合槽深泵送槽；所述的動壓槽設(shè)置在端面上游(高壓側(cè))，所述的動壓槽下層加工有微凸臺織構(gòu)；所述的泵送槽設(shè)置在端面下游(低壓側(cè))，所述的泵送槽下層加工有微凸臺織構(gòu)；所述的泵送槽的傾斜方向與動壓槽的傾斜方向相反；所述的密封壩為未加工過的光面；所述的環(huán)槽與所述的泵送槽連通，并設(shè)置在泵送槽上游。
2.如權(quán)利要求1所述的微凸體雙層復(fù)合槽深端面機械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的微凸體雙層復(fù)合槽深動壓槽提供密封端面動壓開啟力，并避免水汽凝結(jié)，動壓型槽上層可以是螺旋槽、斜線槽、T型槽等形狀，深度為2 10 ym;動壓槽下層的微凸臺織構(gòu)可以是四邊形、圓形、三角形等規(guī)則柱體，也可以是三角錐、圓錐等錐體，槽深為(T50 u m ;動壓槽下層的微凸臺織構(gòu)沿著徑向凸臺寬度的取值范圍為5(T200 y m，凸臺間的間隔為7(T250 U m，沿著周向的凸臺寬度的取值范圍為5(T200iim，凸臺間的間隔為7(T250iim; 所述的微凸體雙層復(fù)合槽深泵送槽提供反向泵送作用以減小泄漏率，并避免水汽凝結(jié)，泵送型槽上層輪廓可以是螺旋槽、斜線槽、T型槽等形狀，其傾斜方向與上游動壓槽相反，深度為21()1!!!!;泵送型槽下層的微凸臺織構(gòu)可以是四邊形、圓形、三角形等規(guī)則柱體，也可以是三角錐、圓錐等錐體，槽深為疒50 ym;泵送型槽下層的微凸臺織構(gòu)沿著徑向凸臺寬度的取值范圍為5(T200iim，凸臺間的間隔為7(T250iim，沿著周向的凸臺寬度的取值范圍為5(T200iim，凸臺間的間隔為70^250 u m ； 所述的微凸體雙層復(fù)合槽深泵送槽上游的環(huán)槽，其寬度設(shè)置為0. f 5_。
全文摘要
微凸體雙層復(fù)合槽深端面機械密封結(jié)構(gòu)，包括機械密封的動環(huán)和靜環(huán)，動環(huán)和靜環(huán)的相互接觸面是端面，所述的動環(huán)或靜環(huán)的端面上，由高壓側(cè)向低壓側(cè)依次設(shè)置依照旋轉(zhuǎn)中心對稱分布的微凸體雙層復(fù)合槽深動壓槽、密封壩、環(huán)槽和微凸體雙層復(fù)合槽深泵送槽；所述的動壓槽設(shè)置在端面上游(高壓側(cè))，所述的動壓槽下層加工有微凸臺體織構(gòu)；所述的泵送槽設(shè)置在端面下游(低壓側(cè))，所述的泵送槽下層加工有微凸臺體織構(gòu)；所述的泵送槽的傾斜方向與動壓槽的傾斜方向相反；所述的密封壩為未加工過的光面；所述的環(huán)槽與所述的泵送槽連通，并設(shè)置在泵送槽上游。
文檔編號F16J15/40GK103062412SQ201210568179
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者白少先, 馬春紅, 彭旭東, 李紀云 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)