一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，包括動(dòng)環(huán)、靜環(huán)，所述動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的端面的一側(cè)為高壓側(cè)即上游，另一側(cè)為低壓側(cè)即下游，所述動(dòng)環(huán)或靜環(huán)至少一個(gè)端面上沿周向均勻分布有由方向性毫米級(jí)孔簇組成的形似含羞草的動(dòng)壓型孔簇，所述似含羞草型孔簇構(gòu)成環(huán)帶，所述環(huán)帶設(shè)在端面上游，所述環(huán)帶的下游設(shè)有光滑平面的環(huán)形密封壩。本實(shí)用新型的有益效果有：雙列周向?qū)ΨQ(chēng)分布的傾斜孔排布既適用于單向旋轉(zhuǎn)機(jī)械也適用于雙向旋轉(zhuǎn)機(jī)械，同時(shí)其產(chǎn)生的流體動(dòng)壓效應(yīng)增大了端面在低速低壓下的快速開(kāi)啟能力；上游側(cè)徑向型孔具有導(dǎo)流作用和改善端面間潤(rùn)滑狀態(tài)的作用；傾斜孔簇的上游泵送作用減小了泄漏率；毫米級(jí)孔具有吸納大直徑范圍固體顆粒的優(yōu)勢(shì)，增加了耐磨性，確保了機(jī)械密封在惡劣工況下的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及流體機(jī)械的機(jī)械密封裝置，適用于航空航天、石油石化、能源電力和化工制藥等領(lǐng)域用壓縮機(jī)、泵和釜攪拌器等旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸的軸端密封裝置，尤其涉及一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，特別適用于液體密封場(chǎng)合。

【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械密封技術(shù)在航空航天、石油化工、能源電力、化工制藥等領(lǐng)域都已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械密封提出了更高的要求，在減小泄漏率的同時(shí)要求降低端面溫度、減小熱變形、增加端面的耐磨性等。非接觸式機(jī)械密封相比于傳統(tǒng)的機(jī)械密封存在很多優(yōu)點(diǎn)，比如摩擦磨損小、端面產(chǎn)熱少、功耗小等優(yōu)點(diǎn)，具有更大的發(fā)展空間，另一方面端面加工工藝的改進(jìn)也推動(dòng)了非接觸式機(jī)械密封的發(fā)展。
[0003]目前應(yīng)用比較廣泛的非接觸式機(jī)械密封技術(shù)有在端面開(kāi)設(shè)微孔、螺旋槽等各種槽型結(jié)構(gòu)。中國(guó)專(zhuān)利200710067278.7涉及一種變分布多孔端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，所述微孔大小不等，在密封端面上呈中心對(duì)稱(chēng)分布。此機(jī)械密封可以在一定程度上增強(qiáng)流體膜的耐壓性、耐磨性、收斂特性和阻尼，從而提高流體膜的動(dòng)壓效果，改善端面潤(rùn)滑狀態(tài)，提高流體膜剛度，但是其動(dòng)壓效果的增強(qiáng)效果緩慢，尤其對(duì)于啟動(dòng)時(shí)干摩擦問(wèn)題的改善效果甚微，高速抗干擾能力不足，而且不能產(chǎn)生上游泵送效應(yīng)，因此無(wú)法解決減少密封泄漏的問(wèn)題。美國(guó)專(zhuān)利US005454572A中首次提出了螺旋槽端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，此機(jī)械密封具有較低的摩擦功耗，動(dòng)壓開(kāi)啟力大，但是存在低速下開(kāi)啟特性不理想、不適合雙向旋轉(zhuǎn)機(jī)械，無(wú)法解決減小泄漏的問(wèn)題。最近的中國(guó)專(zhuān)利201010583081.4實(shí)用新型了一種穗形排布微孔端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，該實(shí)用新型型孔的微米級(jí)尺寸決定此類(lèi)密封不能產(chǎn)生顯著的動(dòng)壓效應(yīng)，而且在被應(yīng)用于液體介質(zhì)的密封時(shí)其動(dòng)壓效應(yīng)只能依賴(lài)于微孔處有限的空化效應(yīng)，在介質(zhì)壓力高于一定值時(shí)這種有限空化效應(yīng)將不再存在，因此難以獲得有效的動(dòng)壓效應(yīng)，并確保端面的及時(shí)開(kāi)啟和大的液膜剛度或高穩(wěn)定性；此外，端面上微米級(jí)大小的型孔無(wú)法滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間使用帶來(lái)端面磨損顆粒的吸納效果。鑒于上述實(shí)用新型的不足之處，本實(shí)用新型一種具有毫米級(jí)上游泵送孔的似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，以滿(mǎn)足上述行業(yè)領(lǐng)域提出的高要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服已有密封技術(shù)中存在的動(dòng)壓效應(yīng)有限、耐壓耐磨損能力不足、低速低壓下啟停效果較差、泄漏率較大、不適合雙向旋轉(zhuǎn)等缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提出了一種動(dòng)壓效應(yīng)好、低速低壓下啟停效果好、泄漏率低、端面潤(rùn)滑冷卻效果優(yōu)異且適合雙向旋轉(zhuǎn)、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)的似含羞草毫米級(jí)上游泵送型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0006]一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，包括動(dòng)環(huán)、靜環(huán)，所述動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的端面的一側(cè)為高壓側(cè)即上游，另一側(cè)為低壓側(cè)即下游，所述動(dòng)環(huán)或靜環(huán)至少一個(gè)端面上沿周向均勻分布有由方向性毫米級(jí)孔簇組成的形似含羞草的動(dòng)壓型孔簇，所述似含羞草型孔簇構(gòu)成環(huán)帶，所述環(huán)帶設(shè)在端面上游，所述環(huán)帶的下游設(shè)有光滑平面的環(huán)形密封壩，所述兩個(gè)似含羞草型孔簇結(jié)構(gòu)周向之間的非開(kāi)孔區(qū)域構(gòu)成密封堰，起到限流和靜密封的作用。
[0007]進(jìn)一步，所述似含羞草型孔簇結(jié)構(gòu)在密封端面上呈周期性對(duì)稱(chēng)排布。
[0008]進(jìn)一步，所述似含羞草型孔簇包含徑向的中軸線，所述的中軸線的端部有徑向的頂部型孔，在所述的軸線兩側(cè)有對(duì)稱(chēng)分布的與所述的中軸線成傾斜角度的側(cè)型孔，同側(cè)的側(cè)型孔沿所述的中軸線排列成行，所述頂部型孔開(kāi)設(shè)在所述的中軸線的上游側(cè)。
[0009]進(jìn)一步，所述似含羞草型孔簇的側(cè)型孔與中軸線之間的傾斜角度為30°?60°。
[0010]進(jìn)一步，所述似含羞草型孔簇的頂部型孔和側(cè)型孔的長(zhǎng)軸和短軸之比大于1，尺寸為I?Smnin
[0011]本實(shí)用新型的工作原理:靜壓工況下，密封流體從高壓側(cè)進(jìn)入密封端面，徑向型孔具有的導(dǎo)流作用將密封流體迅速引入端面，動(dòng)環(huán)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)后，被密封流體在速度剪切和壓差的共同作用下進(jìn)入密封端面的頂部型孔中，當(dāng)流體從開(kāi)槽區(qū)進(jìn)入非開(kāi)槽區(qū)時(shí)由于流體擠壓效應(yīng)，在開(kāi)槽邊界處壓力迅速升高，毫米級(jí)型孔將因空化效應(yīng)和泵汲效應(yīng)而產(chǎn)生強(qiáng)流體動(dòng)壓效應(yīng)，迅速產(chǎn)生大開(kāi)啟力確保端面及時(shí)打開(kāi)并在端面間維持微米級(jí)流體薄膜，同時(shí)似含羞草型孔簇的富集效應(yīng)使上述強(qiáng)流體動(dòng)壓效應(yīng)得到疊加。傾斜側(cè)型孔的泵送作用將運(yùn)動(dòng)到下游端面的密封流體泵送回端面上游，因此大大減小了密封流體的泄漏。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:(I)雙列周向?qū)ΨQ(chēng)分布傾斜側(cè)型孔排布既適用于單向旋轉(zhuǎn)機(jī)械也適用于雙向旋轉(zhuǎn)機(jī)械；(2)頂部的徑向型孔具有的導(dǎo)流作用改善了啟停階段端面間的潤(rùn)滑狀態(tài)，避免了端面的摩擦磨損，延長(zhǎng)了使用壽命；(3)傾斜側(cè)型孔的上游泵送作用減小了端面之間流體的泄漏，因此具有優(yōu)異的密封效果；(4)雙列周向?qū)ΨQ(chēng)分布傾斜側(cè)型孔將因空化效應(yīng)和泵汲效應(yīng)而產(chǎn)生強(qiáng)流體動(dòng)壓效應(yīng)，迅速產(chǎn)生大開(kāi)啟力確保端面及時(shí)打開(kāi)并在端面間維持微米級(jí)流體薄膜，有利于端面在低速低壓下的快速開(kāi)啟，與此同時(shí)似含羞草型孔簇的富集效應(yīng)使上述強(qiáng)流體動(dòng)壓效應(yīng)得到疊加，使密具有優(yōu)異穩(wěn)定性；
(5)型孔具有防吸納較大直徑范圍固體顆粒的優(yōu)勢(shì)，增加了耐磨性，確保了機(jī)械密封在惡劣工況下的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型的端面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本實(shí)用新型的頂部型孔和側(cè)型孔的結(jié)構(gòu)放大圖。
[0015]圖3是本實(shí)用新型的實(shí)施案例中密封結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4是本實(shí)用新型的菱形孔、三角形孔、矩形孔和斜直線圓弧槽等不同的側(cè)型孔組合端面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方案
[0017]一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，包括動(dòng)環(huán)7、靜環(huán)8，所述動(dòng)環(huán)7和靜環(huán)8的端面的一側(cè)為高壓側(cè)即上游，另一側(cè)為低壓側(cè)即下游，所述動(dòng)環(huán)7或靜環(huán)8至少一個(gè)端面上沿周向均勻分布有由方向性毫米級(jí)孔簇組成的形似含羞草的動(dòng)壓型孔簇2、4組成的形似含羞草的動(dòng)壓型孔簇結(jié)構(gòu)1，所述似含羞草型孔簇I構(gòu)成環(huán)帶，所述環(huán)帶設(shè)在端面上游，所述環(huán)帶的下游設(shè)有光滑平面的環(huán)形密封壩6，所述兩個(gè)似含羞草型孔簇結(jié)構(gòu)周向之間的非開(kāi)孔區(qū)域構(gòu)成密封堰5，起到限流和靜密封的作用。
[0018]進(jìn)一步，所述似含羞草型孔簇I在密封端面上呈周期性對(duì)稱(chēng)排布。
[0019]所述似含羞草型孔簇包含徑向的中軸線，所述的中軸線的端部有徑向的頂部型孔3，在所述的軸線兩側(cè)有對(duì)稱(chēng)分布的與所述的中軸線成傾斜角度的左側(cè)型孔21、右側(cè)型孔41，同側(cè)的左側(cè)型孔21或右側(cè)型孔41沿所述的中軸線排列成行，所述頂部型孔3開(kāi)設(shè)在所述的中軸線的上游側(cè)。頂部型孔3的長(zhǎng)軸位于所述的中軸線上。
[0020]進(jìn)一步，所述似含羞草型孔簇的左側(cè)型孔21和右側(cè)型孔41與中軸線之間的傾斜角度為30°?60°。
[0021]進(jìn)一步，所述似含羞草型孔簇的型孔(包括頂部型孔和側(cè)型孔)的長(zhǎng)軸和短軸之比大于1，尺寸大小為I?5mm，所述型孔包括徑向型孔3和傾斜側(cè)型孔21、41。
[0022]進(jìn)一步，所述似含羞草型孔簇I中型孔的形狀可以為橢圓形9、長(zhǎng)方形12、菱形10、斜直線圓短邊形11等規(guī)則圖形。
[0023]左側(cè)型孔21或右側(cè)型孔41合稱(chēng)為側(cè)型孔。本實(shí)用新型所述的側(cè)型孔與中軸線成傾斜角度，是指?jìng)?cè)型孔的長(zhǎng)軸與所述的中軸線成傾斜角度。
[0024]本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)實(shí)用新型構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本實(shí)用新型的保護(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，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思所能想到的等同技術(shù)手段。
【權(quán)利要求】
1.一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，包括動(dòng)環(huán)、靜環(huán)，所述動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的端面的一側(cè)為高壓側(cè)即上游，另一側(cè)為低壓側(cè)即下游，所述動(dòng)環(huán)或靜環(huán)至少一個(gè)端面上沿周向均勻分布有由方向性毫米級(jí)孔簇組成的形似含羞草的動(dòng)壓型孔簇，所述似含羞草型孔簇構(gòu)成環(huán)帶，所述環(huán)帶設(shè)在端面上游，所述環(huán)帶的下游設(shè)有光滑平面的環(huán)形密封壩，兩個(gè)似含羞草型孔簇結(jié)構(gòu)周向之間的非開(kāi)孔區(qū)域構(gòu)成密封堰，起到限流和靜密封的作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述似含羞草型孔簇結(jié)構(gòu)在端面上呈周期性對(duì)稱(chēng)排布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述似含羞草型孔簇包含徑向的中軸線，所述的中軸線的端部有徑向的頂部型孔，在所述的軸線兩側(cè)有對(duì)稱(chēng)分布的與所述的中軸線成傾斜角度的側(cè)型孔，同側(cè)的側(cè)型孔沿所述的中軸線排列成行，所述頂部型孔開(kāi)設(shè)在所述的中軸線的上游側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的側(cè)型孔與中軸線之間的傾斜角度為30°?60°。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的頂部型孔和側(cè)型孔的長(zhǎng)軸和短軸之比大于I，尺寸大小為I?5mm。
【文檔編號(hào)】F16J15/34GK204127319SQ201420413132
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】彭旭東, 包超英, 孟祥鎧, 李紀(jì)云, 王玉明 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)