專利名稱：變錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種旋轉(zhuǎn)機(jī)器軸向端面的非接觸式端面動密封裝置，適用于各種型式的泵、反應(yīng)釜、壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、分離機(jī)等旋轉(zhuǎn)類機(jī)器的軸向端面密封。
背景技術(shù)：
機(jī)械密封廣泛應(yīng)用于眾多的旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸向端面密封，有接觸式和非接觸式之分。 在接觸式機(jī)械密封結(jié)構(gòu)中，密封面因摩擦、磨損、發(fā)熱、變形等現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致密封性能迅速下降，致使工作狀態(tài)不穩(wěn)定，且壽命短，易出現(xiàn)故障。非接觸式機(jī)械密封，是通過在密封端面上開設(shè)淺凹槽，以產(chǎn)生流體動壓效應(yīng)，使流體進(jìn)入動環(huán)和靜環(huán)的摩擦配合端面后形成流體膜，將動、靜環(huán)密封分開，達(dá)到非接觸式的運(yùn)轉(zhuǎn)，起到潤滑和延長使用壽命的作用，又能有效防止被密封介質(zhì)通過密封端面的泄漏，其工作狀態(tài)比較穩(wěn)定，可靠，使用壽命長。其以較優(yōu)越的性能和更低的維護(hù)成本，將在未來獲得更多的應(yīng)用。但其泄漏量相對較大，且穩(wěn)定性在很大程度上受被密封機(jī)組轉(zhuǎn)速和介質(zhì)性能的影響。目前的動壓槽的形狀中，以等槽深螺旋槽和“T”形槽端面密封最為典型。螺旋槽型動壓效應(yīng)非常顯著。與其他槽型相比，它具有承載能力高，流體膜剛度大，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但其密封面只能單向旋轉(zhuǎn)。公開號CN1415877A的中國專利文獻(xiàn)公開了一種雙螺旋角三維螺旋槽端面密封裝置，其端面上開設(shè)的螺旋淺槽的上游即高壓側(cè)更寬、下游即低壓側(cè)更窄，槽的深度從上游即高壓側(cè)到下游即低壓側(cè)逐漸變淺，從而形成一種三維收斂形螺旋槽。該雙螺旋角三維螺旋槽端面密封裝置可獲得更大的流體膜剛度，但其傾斜的槽底和螺旋的槽型加工非常困難，并且該類密封只能單向旋轉(zhuǎn)。CN1401954A公開了一種由角形微槽族組成的螺旋槽端面機(jī)械密封，其角形微槽走向與螺旋槽方向一致，該密封端面淺槽結(jié)構(gòu)顯得比較復(fù)雜，因該角形微槽沿螺旋槽走向分布，且不存在明顯的收縮形狀，能在一定程度上獲得較普通螺旋槽更高的流體膜剛度，但其復(fù)雜的角形微槽族加工非常困難，并且仍然只能單向旋轉(zhuǎn)。“T”形槽端面密封動壓效應(yīng)較為顯著，其端流體膜承載能力和流體膜剛度較大，但其最大好處在于能實(shí)現(xiàn)雙向旋轉(zhuǎn)。實(shí)用中還有很多螺旋槽和“T”形槽的變形槽，其共同特征是，流體膜剛度和流體膜承載能力大則往往只能單向旋轉(zhuǎn)；能雙向旋轉(zhuǎn)的槽型卻又具有較低的流體膜剛度和流體膜承載能力。但其基本都是等深槽，即全部槽形邊緣的槽深都是由槽口平面以轉(zhuǎn)折角形式直接達(dá)到其一致的槽底深度，導(dǎo)致了液膜厚度、剛度變化等在有槽和無槽部位的階躍性突變，影響了密封運(yùn)行性的穩(wěn)定性和可靠性。而對于不同介質(zhì)、不同機(jī)組轉(zhuǎn)速條件下，非接觸式密封穩(wěn)定性的解決，將是影響非接觸式機(jī)械密封廣泛應(yīng)用的一個關(guān)鍵問題。

實(shí)用新型內(nèi)容針對上述情況，本實(shí)用新型提供了一種能雙向旋轉(zhuǎn)且具備更高的流體膜剛度和流體膜承載能力的非接觸式端面動密封裝置。[0007]本實(shí)用新型為一種變錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，其基本結(jié)構(gòu)同樣是在以端面相對的旋轉(zhuǎn)環(huán)與靜止環(huán)間的密封端面上，沿圓周以等間距設(shè)置有至少兩個由周緣向心延伸且槽深度連續(xù)減小的淺槽，其中各淺槽為寬度由外周向心性連續(xù)縮窄的波形曲面凹槽(即動壓波形面)，其任一圓周面上的槽形截面的展開形狀均為連續(xù)平滑周期起伏的波狀曲線， 各淺槽底面上的任一向心線的延長線以與端平面具有斜角的方式交匯于端面中心軸線上的同一點(diǎn)，所說各淺槽的波形凹面形狀為由具有該斜角的向心線繞端面中心軸線的圓周運(yùn)動，和該向心線同時以其與端面中心軸線的交匯點(diǎn)為擺動中心在設(shè)定的斜角變化范圍內(nèi)作周期往復(fù)擺動的復(fù)合運(yùn)動的軌跡。上述結(jié)構(gòu)中，就所說各波形曲面凹槽式淺槽在圓周方向的截面形狀而言，相對于其槽面的中心徑向線可以是兩側(cè)對稱的形狀，也可以是兩側(cè)不對稱的形狀。這里所說的其槽形狀的對稱與否，取決于該具有所說斜角的向心線的復(fù)合運(yùn)動軌跡中作圓周運(yùn)動和/或周期往復(fù)擺動時速度的均勻性，并且可以據(jù)此針對不同使用需要對其進(jìn)行調(diào)整或設(shè)定。而波形曲面凹槽式淺槽的數(shù)量，則取決于所說該向心線作所說往復(fù)擺動時的往復(fù)周期頻率的大小。因此，進(jìn)一步的優(yōu)選方式是，上述波形曲面凹槽式淺槽的形狀為由具有該斜角的向心線繞端面中心軸線作勻速圓周運(yùn)動，和該向心線與中心軸線的交匯點(diǎn)同時在設(shè)定的斜角變化范圍內(nèi)作周期往復(fù)擺動的復(fù)合運(yùn)動的軌跡，且各波形曲面凹槽式淺槽在任一圓周面上的槽形截面展開形狀呈現(xiàn)為一連續(xù)的正弦或余弦曲線的形狀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，除為滿足或適應(yīng)特殊的使用需要外，將上述結(jié)構(gòu)中所說的波形曲面凹槽式淺槽中任一向心線與端面的斜角設(shè)為20° > I α I > 0°的范圍內(nèi)，通常都可以適應(yīng)和滿足一般情況下的使用需要。其中，在其它動壓波形面參數(shù)相同的前提下，動壓效果最為顯著的更優(yōu)選形式，是將該斜角的范圍設(shè)定為2° > I α I >0°。實(shí)驗(yàn)顯示，在其它動壓波形面參數(shù)相同的前提下，隨動壓波形曲面的增加，動壓效果增強(qiáng)。因此，除為滿足或是應(yīng)特殊的使用需要外，上述結(jié)構(gòu)中所說的該波形曲面凹槽式淺槽在其所在端面上沿圓周等間距設(shè)置為4 36個，通常都可以滿足一般情況下的使用需要。除為適應(yīng)和/或滿足特定的使用需要外，上述結(jié)構(gòu)中所說的淺槽，通常都是開設(shè)在密封端面中靠徑向外側(cè)的適當(dāng)環(huán)形區(qū)域中。因此，在不排除在密封端面的全部區(qū)域中都開設(shè)有所說淺槽的情況下，本實(shí)用新型上述的波形曲面凹槽式淺槽的優(yōu)選設(shè)置方式，是開設(shè)在其所在端面上徑向內(nèi)側(cè)距離>2毫米的環(huán)狀端平面區(qū)域(即密封壩平面區(qū)域)之外的徑向外周環(huán)狀區(qū)域中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在其它動壓波形面參數(shù)相同的前提下，隨密封環(huán)端面密封壩徑向距離即壩寬的減小，動壓效果將增強(qiáng)。根據(jù)使用需要，本實(shí)用新型上述密封裝置中所說的波形曲面凹槽式淺槽，可以采用只設(shè)置在旋轉(zhuǎn)環(huán)或靜止環(huán)相對兩側(cè)密封端面中的一側(cè)的形式，也可以設(shè)置在旋轉(zhuǎn)環(huán)和靜止環(huán)相對兩側(cè)密封端面上的形式。進(jìn)一步，在單獨(dú)采用本實(shí)用新型上述結(jié)構(gòu)形式密封裝置的單級密封結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上， 根據(jù)實(shí)際使用需要，在密封的總體布局上還可有多種形式的變化和/或組合。例如，可采用串聯(lián)式密封(兩級以上)、串聯(lián)帶中間迷宮(兩級以上)，還可以與浮環(huán)密封、碳環(huán)密封、迷宮密封等其它密封型式組合使用。[0015]本實(shí)用新型該機(jī)械密封裝置中的外徑側(cè)為高壓側(cè)，內(nèi)徑側(cè)為低壓側(cè)，密封介質(zhì)的泄漏方向?yàn)橛赏鈴絺?cè)向內(nèi)徑側(cè)泄漏。工作時，被密封介質(zhì)由各波狀曲線狀的動壓淺槽外徑側(cè)的開口流入端面。隨著密封面的旋轉(zhuǎn)，密封介質(zhì)在淺槽內(nèi)被逐漸壓縮，壓力升高，并最終在淺槽與密封面交界附近達(dá)到壓力極值，這樣密封面間就形成了很強(qiáng)的流體動壓效應(yīng)，從而獲得了很高的流體膜剛度，提升了密封的穩(wěn)定性。本實(shí)用新型上述結(jié)構(gòu)的動壓波形面的動壓淺槽可用于雙向旋轉(zhuǎn)，在密封正反轉(zhuǎn)時都能產(chǎn)生足夠的流體動壓力。而且由于該動壓淺槽采用的是其圓周截面的展開形狀均為連續(xù)平滑周期起伏的波狀曲線狀的波形曲面，即其槽兩側(cè)邊緣與端面的銜接及槽的下凹深度變化，始終都是平滑曲線狀逐漸過渡的，槽的深度沿徑向由內(nèi)向外也是線性逐漸增加的， 使該動壓波形面密封環(huán)能具有卓越的動壓效應(yīng)，即液膜厚度、剛度變化等均勻平順，沒有傳統(tǒng)動壓淺槽結(jié)構(gòu)存在的階躍性突變，從而使密封運(yùn)行性能更為穩(wěn)定、可靠，不僅在通常工況條件下的密封效果更優(yōu)于傳統(tǒng)的槽形的動壓密封效果，而且還特別適合對密封運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性要求特別高、運(yùn)行壽命較長，無備用裝置，在運(yùn)行周期內(nèi)無檢修可能的工況條件。以下結(jié)合由附圖所示實(shí)施例的具體實(shí)施方式
，對本實(shí)用新型的上述內(nèi)容再作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。但不應(yīng)將此理解為本實(shí)用新型上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)例。在不脫離本實(shí)用新型上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包括在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。

圖1是本實(shí)用新型一種密封裝置中動壓波形面淺槽結(jié)構(gòu)的密封端面狀態(tài)的示意圖。圖2是圖1的A-A軸向剖面結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3是圖2中旋轉(zhuǎn)環(huán)中該動壓波形面淺槽的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實(shí)用新型另一種密封裝置中動壓波形面淺槽結(jié)構(gòu)的密封端面狀態(tài)的示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1如圖1 圖3所示，在靜環(huán)座6上經(jīng)防轉(zhuǎn)銷3、推環(huán)4、密封圈5、彈簧7等結(jié)構(gòu)設(shè)置有靜止環(huán)2，與其端面相對配合安裝有一旋轉(zhuǎn)環(huán)1，其間該相對端面為密封端面。在旋轉(zhuǎn)環(huán)1和/或靜止環(huán)2間的一側(cè)或兩側(cè)密封端面上(圖中示出的是在旋轉(zhuǎn)環(huán)1側(cè)的單端面密封形式)，在密封壩寬(即其徑向內(nèi)側(cè)距離2毫米的環(huán)狀端平面區(qū)域9之外的徑向外周環(huán)狀區(qū)域中，沿圓周等間距設(shè)置有4 36個由周緣向心延伸，且槽的深度線性連續(xù)減小、槽的寬度由外周向心性連續(xù)縮窄的波形曲面凹槽的淺槽8。該淺槽8的任一圓周面上的槽形截面展開形狀均為連續(xù)平滑周期起伏的波狀曲線。各淺槽8底面上的任一向心線10的延長線以與端平面具有斜角α的方式交匯于端面中心軸線11上的同一點(diǎn)0;所說各淺槽的波形凹面形狀為由具有該斜角α的向心線10繞端面中心軸線11的勻速圓周運(yùn)動，和該向心線10同時以其與端面中心軸線11的交匯點(diǎn)0為擺動中心在設(shè)定的斜角α的變化范圍內(nèi)作周期往復(fù)擺動的復(fù)合運(yùn)動的軌跡，各波形曲面凹槽式淺槽8相對于其槽的中心徑向線的兩側(cè)是對稱形式的，且優(yōu)選為使各波形曲面凹槽式淺槽8在任一圓周面上的槽形截面展開形狀呈現(xiàn)為一連續(xù)的正弦或余弦曲線的形狀。所說的該斜角α的角度范圍是20° >| α I > 0°，更優(yōu)選的范圍是2° > I α I > 0°。實(shí)施例2如圖4所示，本例密封裝置與實(shí)施例1結(jié)構(gòu)的不同在于，在實(shí)施例1的密封端面中的各相鄰兩波形曲面凹槽的淺槽8之間，還各開設(shè)有一個常規(guī)結(jié)構(gòu)形式的T形密封槽12，形成一種組合式的密封結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求1.變錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，在以端面相對的旋轉(zhuǎn)環(huán)(1)與靜止環(huán)(2)間的密封端面上，沿圓周以等間距設(shè)置有至少兩個由周緣向心延伸且槽深度連續(xù)減小的淺槽(8)， 其特征是各淺槽(8)為寬度由外周向心性連續(xù)縮窄的波形曲面凹槽，其任一圓周面上的槽形截面的展開形狀均為連續(xù)平滑周期起伏的波狀曲線，各淺槽(8)底面上的任一向心線 (10)的延長線以與端平面具有斜角(α )的方式交匯于端面中心軸線(11)上的同一點(diǎn)(0)， 所說各淺槽的波形凹面形狀為由具有該斜角(α )的向心線(10)繞端面中心軸線(11)的圓周運(yùn)動，和該向心線(10)同時以其與端面中心軸線(11)的交匯點(diǎn)(0)為擺動中心在設(shè)定的斜角(α )變化范圍內(nèi)作周期往復(fù)擺動的復(fù)合運(yùn)動的軌跡。
2.如權(quán)利要求1所述的變錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，其特征是所說的波形曲面凹槽式淺槽(8)中任一向心線(10)與端面的斜角(α)為20° >| α | > 0°。
3.如權(quán)利要求2所述的變錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，其特征是所說的斜角(α)為2° > I α I > 0°。
4.如權(quán)利要求1所述的變錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，其特征是所說的淺槽(8)為在端面上等間距設(shè)置的4 36個。
5.如權(quán)利要求1所述的變錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，其特征是所說的波形曲面凹槽式的淺槽(8)設(shè)置在其所在端面上徑向內(nèi)側(cè)距離>2毫米的環(huán)狀端平面區(qū)域(9)之外的徑向外周環(huán)狀區(qū)域中。
6.如權(quán)利要求1所述的變錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，其特征是所說的波形曲面凹槽式淺槽(8)的形狀為由具有該斜角(α )的向心線(10)繞端面中心軸線(11)作勻速圓周運(yùn)動，和該向心線(10)同時以其與中心軸線(11)的交匯點(diǎn)(0)為擺動中心在設(shè)定的斜角變化范圍內(nèi)作周期往復(fù)擺動的復(fù)合運(yùn)動的軌跡，且各波形曲面凹槽式淺槽(8)在任一圓周面上的槽形截面展開形狀呈現(xiàn)為一連續(xù)的正弦或余弦曲線的形狀。
7.如權(quán)利要求1所述的變錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，其特征是所說的波形曲面凹槽式淺槽(8)設(shè)置在其所在端面的全部區(qū)域中。
8.如權(quán)利要求1至7之一所述的變錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，其特征是所說的波形曲面凹槽式淺槽(8)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)環(huán)(1)與靜止環(huán)(2)相對的兩密封端面中的至少一側(cè)端面上。
9.如權(quán)利要求1至7之一所述的變錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，其特征是在所說的相鄰兩波形曲面凹槽式的淺槽(8)之間，還設(shè)置有常規(guī)結(jié)構(gòu)形式的T形密封槽(12)。
專利摘要變錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置。在以端面相對的旋轉(zhuǎn)環(huán)與靜止環(huán)間的密封端面上，沿圓周以等間距設(shè)置有至少兩個由周緣向心延伸且槽深度連續(xù)減小的淺槽，各淺槽為寬度由外周向心性連續(xù)縮窄的波形曲面凹槽，其任一圓周面上的槽形截面的展開形狀均為連續(xù)平滑周期起伏的波狀曲線，各淺槽底面上的任一向心線的延長線以與端平面具有斜角的方式交匯于端面中心軸線上的同一點(diǎn)。各淺槽的波形凹面形狀，為由具有該斜角的向心線繞端面中心軸線的圓周運(yùn)動，和該向心線同時以其與端面中心軸線的交匯點(diǎn)為中心在設(shè)定的與端平面的斜角變化范圍內(nèi)作周期往復(fù)擺動的復(fù)合運(yùn)動的軌跡。該形式的機(jī)械密封的液膜厚度、剛度變化等均勻平順，沒有階躍性的突變，具有卓越的動壓效應(yīng)，運(yùn)行性能穩(wěn)定可靠。
文檔編號F16J15/16GK202327104SQ201120438829
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者吳忠永, 張君凱, 張智, 李龍, 王和順, 王旭, 黃澤沛 申請人:四川日機(jī)密封件股份有限公司