專利名稱：非接觸機械端面密封結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種非接觸機械端面密封，適用于各種壓縮機、泵和釜攪拌器等旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)軸的軸端密封裝置。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)式流體機械的轉(zhuǎn)軸一般采用普通機械密封或接觸式機械端面密封，進(jìn)入20世紀(jì)90年代，以約翰·克蘭公司等世界密封巨商為代表相繼推出了螺旋槽端面機械密封，如干式氣體端面密封(簡稱為DGS，見Lubrication Engineering，1990，46(9)pp607)和上游泵送機械密封(簡稱UP-Stream MS，見LubricationEngineering，1990，46(4)pp213，USAPatent 4,290,611和中國專利03134193.4)。圍繞這兩類密封隨后出現(xiàn)了多個發(fā)明，其中除單向旋轉(zhuǎn)DGS和UP-Stream MS外還有雙向旋轉(zhuǎn)DGS和UP-Stream MS(見Lubrication Engineering，1993，49(3)pp217、USAPatent 20020093141和中國專利98103575.2)，除有單個環(huán)帶外還有雙環(huán)帶(見USA Patent 4,212,475、ASME Journal of Lubrication Technology，1968，pp450以及Lubrication Engineering，1994，50(8)pp625和中國專利96108614.9)，主要應(yīng)用于離心壓縮機和泵類轉(zhuǎn)軸的軸端密封裝置上。上述機械密封一般都存在啟動或停車性能較差或密封性能受擾動易于出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，并且密封能力比較低、防固體顆粒能力有限，不能很好地適應(yīng)于易汽化結(jié)晶、固體顆粒含量較高或高操作參數(shù)等場合。以色列人Etsion I發(fā)明了一種多(微)孔端面密封(見Tribology Transactions，1996，39(3)pp677)應(yīng)用于泵類液體軸封裝置，最近他又公開了將此類結(jié)構(gòu)應(yīng)用于氣體密封裝置的成果(見ASME Journal ofTribology，2004，126(4)pp788)，但是這種機械密封在產(chǎn)生動壓效應(yīng)和降低泄漏量方面的效果很有限(見世界專利WO02093046)。為此，中國專利200510038704.9公開了一種零泄漏非接觸式機械密封，在機械密封的動環(huán)和靜環(huán)端面上同時開有泵送槽并均勻分布有微觀潤滑腔(即微孔)，但是這種密封僅僅適用于液體介質(zhì)，并且防固體顆粒能力、靜壓效應(yīng)、流體動壓效應(yīng)、泵汲效應(yīng)有限，造成密封效果有限，不能很好地滿足石油和石油化工常見工藝介質(zhì)，特別是含有固體顆粒的介質(zhì)、氣體介質(zhì)及易結(jié)晶、易汽化和有毒、污染性強等介質(zhì)的密封要求。靜壓效應(yīng)、流體動壓效應(yīng)有限，造成低壓條件下啟停效果差。流體動壓效應(yīng)有限，使機械密封流體膜的承載能力或端面保持非接觸的能力有限，造成端面磨損，使用壽命短。
發(fā)明內(nèi)容為了克服已有技術(shù)中密封的防固體顆粒能力、靜壓效應(yīng)、流體動壓效應(yīng)、泵汲效應(yīng)有限，使得低壓條件下啟停效果差，使用壽命短，且尤其是應(yīng)用于含有固體顆粒的介質(zhì)、氣體介質(zhì)及易結(jié)晶、易汽化和有毒、污染性強等介質(zhì)時，密封性差的不足，本實用新型提供一種能應(yīng)用于各種條件的介質(zhì)，大大增強防固體顆粒能力、靜壓效應(yīng)、流體動壓效應(yīng)、泵汲效應(yīng)，使得密封效果好，低壓條件下啟停效果好，可頻繁啟動，使用壽命長的非接觸機械端面密封結(jié)構(gòu)。
本實用新型的技術(shù)方案是一種非接觸機械端面密封結(jié)構(gòu)，包括機械密封的動環(huán)、靜環(huán)，動環(huán)或靜環(huán)其中之一的端面上開有依照旋轉(zhuǎn)中心對稱的微槽及微孔環(huán)帶，微孔環(huán)帶設(shè)在端面上游，微槽設(shè)在下游，所述微孔環(huán)帶旁有環(huán)形密封壩。
所述的環(huán)形密封壩位于微孔環(huán)帶的下游，為內(nèi)環(huán)帶。
所述的環(huán)形密封壩的微孔環(huán)帶的上游，為外環(huán)帶。
所述的微孔環(huán)帶的上游和下游都有環(huán)形密封壩。
所述的環(huán)形密封壩是由微孔環(huán)帶邊的端面自身所構(gòu)成的。
所述的環(huán)形密封壩的徑向?qū)挾确秶鸀?.1～10mm。
微孔的直徑范圍為10～200μm，深徑比范圍為0.01～0.5，微孔的面積密度范圍為0.05～0.5。
微槽的槽深范圍為2～30μm，介質(zhì)為液體時，微槽的槽深范圍優(yōu)選10～30μm，介質(zhì)為氣體時，微槽的槽深范圍優(yōu)選2～10μm；微槽的螺旋角度數(shù)范圍為10～30°，槽數(shù)4～60個。
微槽可以是單向螺旋槽、單向人字螺旋槽、單向Y形螺旋槽、單向L形螺旋槽、單向圓弧槽、雙向T形槽、雙向U形槽、雙向樹形槽。
本實用新型的工作原理微孔環(huán)帶設(shè)在端面上游，即高壓側(cè)，微槽設(shè)在下游，即低壓側(cè)，雙環(huán)帶中的外環(huán)帶可以很好的阻止固體顆粒進(jìn)入密封端面，當(dāng)有微量顆粒進(jìn)入端面之后，微孔可以起到部分吸納作用，而內(nèi)環(huán)帶對進(jìn)入微槽的顆粒起到第三道防線的作用，使進(jìn)入流體動壓槽的顆粒微乎其微，從而大大提高了密封的整體防固體顆粒的能力，使該密封可以應(yīng)用于含固體顆粒濃度較高的場合。當(dāng)被密封工藝介質(zhì)比較干凈時，可以去掉外環(huán)帶而使整個端面上游部分布滿微孔。
密封端面上獨特的上游環(huán)帶微多孔產(chǎn)生的流體動靜壓效應(yīng)及下游微槽產(chǎn)生的泵汲效應(yīng)和流體動壓效應(yīng)，使該密封結(jié)構(gòu)可以極大地提高端面間流體動壓效應(yīng)和靜壓效應(yīng)，提供了保持端面非接觸的最大能力，其中微孔的靜壓效應(yīng)類似于最佳錐面端面密封，增大了密封的軸向剛度，從而使該密封的抗干擾能力或穩(wěn)定性及在低壓條件下的啟動或停車性能優(yōu)于一般螺旋槽流體動壓機械密封，同時也使該密封的密封能力如耐高壓性能得到提高。
當(dāng)該密封與其他密封組合成混合式機械密封，并配置緩沖流體支持系統(tǒng)時，可以實現(xiàn)實際的零泄漏，特別適合于輸送易燃、易爆、有毒或污染嚴(yán)重介質(zhì)的機泵或釜用攪拌器的軸端密封，并使該密封更加安全可靠，密封能力進(jìn)一步提高，密封的使用壽命延長。
本實用新型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、密封端面上獨特的環(huán)帶微多孔-螺旋槽結(jié)構(gòu)，大大提高了防固體顆粒能力、靜壓效應(yīng)、流體動壓效應(yīng)、泵汲效應(yīng)，使得密封效果好、低壓條件下啟停效果好；2、通過設(shè)置微槽的槽深可以應(yīng)用于液體介質(zhì)和氣體介質(zhì)，密封性好；3、增強的流體動壓效應(yīng)和泵汲效應(yīng)實現(xiàn)了密封的非接觸、無磨損和無泄漏，延長了使用壽命，提高了密封的可靠性。
圖1是本實用新型機械端面實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實用新型機械端面實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實用新型機械端面實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步描述。
實施例一參見圖1一種非接觸機械端面密封結(jié)構(gòu)，包括機械密封的動環(huán)、靜環(huán)，動環(huán)或靜環(huán)其中之一的端面上開有依照旋轉(zhuǎn)中心對稱的微槽2及微孔環(huán)帶，微孔環(huán)帶設(shè)在端面上游，微槽2設(shè)在下游，所述微孔環(huán)帶旁有環(huán)形密封壩。密封堰3是微槽與微槽之間未開槽的部分。
所述的環(huán)形密封壩位于微孔環(huán)帶的下游，為內(nèi)環(huán)帶5。
所述的內(nèi)環(huán)帶的徑向?qū)挾确秶鸀?.1～10mm。
微孔1的直徑范圍為10～200μm，深徑比范圍為0.01～0.5，微孔的面積密度范圍為0.05～0.5。
微槽的槽深范圍為2～30μm，介質(zhì)為液體時，微槽的槽深范圍優(yōu)選10～30μm，介質(zhì)為氣體時，微槽的槽深范圍優(yōu)選2～10μm；微槽的螺旋角度數(shù)范圍為10～30°，槽數(shù)4～60個。
微槽2可以是單向螺旋槽、單向人字螺旋槽、單向Y形螺旋槽、單向L形螺旋槽、單向圓弧槽、單向帶擴(kuò)展流道的螺旋槽。
密封工作時，若被密封流體中含有固體顆粒，則外環(huán)帶起到節(jié)流作用和防止大于端面間隙的固體顆粒進(jìn)入，微孔使端面間流體產(chǎn)生動靜壓效應(yīng)，且對經(jīng)由外環(huán)帶進(jìn)入的顆粒產(chǎn)生研磨和吸納作用。內(nèi)環(huán)帶的節(jié)流和防顆粒能力使進(jìn)入微槽的顆粒微乎其微，同時由于微槽產(chǎn)生的強烈流體動壓和泵汲效應(yīng)以及微多孔產(chǎn)生的流體動靜壓效應(yīng)，使該密封的軸向剛度大幅提高，產(chǎn)生對泄漏介質(zhì)的上游泵送作用更強，因此該密封在形成端面非接觸的同時，完全可以避免現(xiàn)有機械密封技術(shù)所面臨的磨粒磨損現(xiàn)象的產(chǎn)生，并實現(xiàn)零泄漏、高穩(wěn)定性和高可靠性。內(nèi)外環(huán)帶在密封處于待用狀態(tài)時，還起到停車密封的作用。
本非接觸機械端面密封結(jié)構(gòu)應(yīng)用于帶緩沖流體支持系統(tǒng)的混合機械密封裝置時，也可完全實現(xiàn)真正意義上的零泄漏。
上述密封的總體布局可以是上述單級排列，也可以是兩級、三級或多級串聯(lián)排列。
實施例二參見圖2一種非接觸機械端面密封結(jié)構(gòu)，包括機械密封的動環(huán)、靜環(huán)，動環(huán)或靜環(huán)其中之一的端面上開有依照旋轉(zhuǎn)中心對稱的微槽2及微孔環(huán)帶，微孔環(huán)帶設(shè)在端面上游，微槽2設(shè)在下游，所述微孔環(huán)帶旁有環(huán)形密封壩。
所述的環(huán)形密封壩位于微孔環(huán)帶的上游，為外環(huán)帶4。
所述的外環(huán)帶的徑向?qū)挾确秶鸀?.1～10mm。
本實施例其余結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)方式與實施例一相同。
實施例三參見圖3所述的微孔環(huán)帶的上游和下游都有環(huán)形密封壩。
所述的環(huán)形密封壩的徑向?qū)挾确秶鸀?.1～10mm。
本實施例其余結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)方式與實施例一相同。
權(quán)利要求1.一種非接觸機械端面密封結(jié)構(gòu)，包括機械密封的動環(huán)、靜環(huán)，其特征在于動環(huán)或靜環(huán)其中之一的端面上開有依照旋轉(zhuǎn)中心對稱的微槽及微孔環(huán)帶，微孔環(huán)帶設(shè)在端面上游，微槽設(shè)在下游，所述微孔環(huán)帶旁有環(huán)形密封壩。
2.如權(quán)利要求1所述的一種非接觸機械端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的環(huán)形密封壩位于微孔環(huán)帶的下游，為內(nèi)環(huán)帶。
3.如權(quán)利要求1所述的一種非接觸機械端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的環(huán)形密封壩的微孔環(huán)帶的上游，為外環(huán)帶。
4.如權(quán)利要求1所述的一種非接觸機械端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的微孔環(huán)帶的上游和下游都有環(huán)形密封壩。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的一種非接觸機械端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的環(huán)形密封壩的徑向?qū)挾确秶鸀?.1～10mm。
6.如權(quán)利要求1-4之一所述的一種非接觸機械端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于微孔的直徑范圍為10～200μm，深徑比范圍為0.01～0.5，微孔的面積密度范圍為0.05～0.5。
7.如權(quán)利要求1-4之一所述的一種非接觸機械端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于微槽的槽深范圍為2～30μm，介質(zhì)為液體時，微槽的槽深范圍優(yōu)選10～30μm，介質(zhì)為氣體時，微槽的槽深范圍優(yōu)選2～10μm；微槽的螺旋角度數(shù)范圍為10～30°，槽數(shù)4～60個。
8.如權(quán)利要求5所述的一種非接觸機械端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于微槽的槽深范圍為2～30μm，介質(zhì)為液體時，微槽的槽深范圍優(yōu)選10～30μm，介質(zhì)為氣體時，微槽的槽深范圍優(yōu)選2～10μm；微槽的螺旋角度數(shù)范圍為10～30°，槽數(shù)4～60個。
9.如權(quán)利要求6所述的一種非接觸機械端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于微槽的槽深范圍為2～30μm，介質(zhì)為液體時，微槽的槽深范圍優(yōu)選10～30μm，介質(zhì)為氣體時，微槽的槽深范圍優(yōu)選2～10μm；微槽的螺旋角度數(shù)范圍為10～30°，槽數(shù)4～60個。
10.如權(quán)利要求1-4之一所述的一種非接觸機械端面密封結(jié)構(gòu)，其特征在于微槽可以是單向螺旋槽、單向人字螺旋槽、單向Y形螺旋槽、單向L形螺旋槽、單向圓弧槽、雙向T形槽、雙向U形槽、雙向樹形槽。
專利摘要一種非接觸機械端面密封結(jié)構(gòu)，包括機械密封的動環(huán)、靜環(huán)，動環(huán)或靜環(huán)其中之一的端面上開有依照旋轉(zhuǎn)中心對稱的微槽及微孔環(huán)帶，微孔環(huán)帶設(shè)在端面上游，微槽設(shè)在下游，所述微孔環(huán)帶旁有環(huán)形密封壩。本實用新型非接觸機械端面密封結(jié)構(gòu)能應(yīng)用于各種條件的介質(zhì)，大大增強防固體顆粒能力、靜壓效應(yīng)、流體動壓效應(yīng)、泵汲效應(yīng)，使得密封效果好，低壓條件下啟停效果好，可頻繁啟動，使用壽命長。
文檔編號F16J15/16GK2934785SQ200620100860
公開日2007年8月15日 申請日期2006年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月27日
發(fā)明者彭旭東, 李紀(jì)云 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)