專利名稱：：仿花草流體型槽端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械的非接觸式端面密封結(jié)構(gòu)，特別涉及一種可雙向旋轉(zhuǎn)的仿花草流體型槽端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的非接觸式端面密封裝置，適用于各種壓縮機(jī)、泵和釜用攪拌器等旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸的軸端密封裝置。
背景技術(shù)：
：軸端密封(如機(jī)械密封，填料密封，迷宮式密封等)是各種流體機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械等旋轉(zhuǎn)機(jī)械中不可缺少的基礎(chǔ)部件。目前非接觸式機(jī)械密封以其非接觸、無磨損、低能耗、抗高壓和高穩(wěn)定性等突出特點(diǎn)和先進(jìn)性能已成為高參數(shù)旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械的首選軸端密封。可雙向旋轉(zhuǎn)的端面密封已有報(bào)導(dǎo)，如中國(guó)專利98103575.2“可雙向旋轉(zhuǎn)的雙列雙葉螺旋槽端面密封”、01102213.2“可雙向旋轉(zhuǎn)的螺旋槽端面密封裝置”、200610049841.7“耐磨型機(jī)械端面密封結(jié)構(gòu)”、200720106746.6“變分布多孔端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)”和200910154418.7“一種具有跨尺度表面織構(gòu)特征的液體潤(rùn)滑端面密封結(jié)構(gòu)”，美國(guó)專利US5090712“Non-contacting,gap-typesealhavingaringwithapatternedmicrodamsealface，，、US6446976“Hydrodynamicfacesealwithgroovedsealingdamforzero-leakage，，、US7194803“Sealringandmethodofformingmicro-topographyringsurfaces，，、US7775528“Bi-directionalpatternfordynamicseals”和US20020093141^Bi-directionrotatablefacesealwithspiralgrooves”等，除專利200610049841.7和US7194803之外，其他中外專利均是在機(jī)械密封端面上開微米級(jí)的流體動(dòng)壓型槽(如T型槽、“王”字槽、雙螺旋槽等)或型孔，因此，動(dòng)壓槽的幾何型式和有關(guān)幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)是上述發(fā)明的核心技術(shù)，是確保機(jī)械密封能夠正、反向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)端面之間的完全非接觸且同時(shí)獲得優(yōu)良性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。盡管這些流體型槽端面密封具有低摩擦功耗(如T型槽、“王”字槽和微孔)和優(yōu)良的穩(wěn)定性(“王”字槽和雙螺旋槽)，但是啟動(dòng)性能或低速低壓密封性能不理想，流體膜的承載能力和剛度也受到一定程度限制。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有雙向旋轉(zhuǎn)型槽端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)中存在的密封的啟動(dòng)性能或低速低壓性能不理想、流體膜的承載能力和剛度受限制的問題，本發(fā)明提供一種仿花草流體型槽端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種仿花草流體型槽端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，包括機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)和靜環(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，所述動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的端面的另一側(cè)為低壓側(cè)即下游，所述端面的下游設(shè)有光滑平面的環(huán)形密封壩，其特征在于所述動(dòng)環(huán)或靜環(huán)的至少一個(gè)端面上設(shè)有多個(gè)沿周向均勻分布的由引流槽和以引流槽為中心的左、右型槽組成的外形類似花草形狀的流體型槽，所述引流槽為徑向槽，所述流體型槽分布在依照端面中心的一個(gè)環(huán)帶上，所述環(huán)帶設(shè)在端面的上游，所述仿花草流體型槽之間的非開槽區(qū)域構(gòu)成密封堰。進(jìn)一步，所述流體型槽在密封端面上呈周期性排布。進(jìn)一步，所述環(huán)帶的寬度設(shè)為wh，其中O彡Wh<B，B為密封面寬度。進(jìn)一步，所述左、右型槽以引流槽為中心呈對(duì)稱布置，所述左、右型槽在上游與所述的引流槽靠攏，在下游與所述的引流槽分開。進(jìn)一步，所述引流槽的徑向尺寸均小于左、右型槽的徑向尺寸。進(jìn)一步，所述左、右型槽外側(cè)壁型線為光滑型線或鋸齒型線。更進(jìn)一步，所述左、右型槽的下游端與端面同心的型槽相連接，所述與端面同心的型槽的寬度Wa和深度ha均對(duì)應(yīng)相等,且Wa=O.52.0mm,ha=hg/10hg/5,hg是仿花草流體型槽的深度。或則，所述仿花草流體型槽的左、右型槽的下游端各自與一個(gè)型孔連接，所述型孔的直徑或邊長(zhǎng)dd和深度hd均對(duì)應(yīng)相等，取值范圍分別為dd=O.53.5mm,hd=hg/10hg/5,hg是仿花草流體型槽的深度。進(jìn)一步，所述仿花草流體型槽端面密封用于密封液體介質(zhì)時(shí)，所述仿花草流體型槽深度hg的取值范圍為hg=O.253.5mm，最佳取值范圍為hg=O.5I.8mm，所述引流槽徑向長(zhǎng)度Ip的取值范圍為lp=1/6lg/2，Ig是左、右型槽的徑向長(zhǎng)度值；用于密封氣體介質(zhì)時(shí)，所述仿花草流體型槽深度hg的取值范圍為hg=320μm,徑向長(zhǎng)度Ip=lg/3IgO進(jìn)一步，所述仿花草流體型槽的槽深呈上游深、下游淺的變化規(guī)律，所述仿花草流體型槽的深槽部分是淺槽部分深度的I.I3.O倍。本發(fā)明所述引流槽的形狀可以為紡錘形、矩形、三角形、W形、橢圓形等形狀；所述左、右型槽的側(cè)壁型線可以為螺旋線、圓弧線、直線等光滑型線。本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在I.本發(fā)明采用仿花草特別是仿典型蘭花、水仙和蘆薈等花草外形，構(gòu)成的仿花草流體型槽具有更好的流體導(dǎo)流效果，流體型槽根部區(qū)域的壓力更高、分布更均勻，因此提高了密封的承載力和流體膜的剛度，增強(qiáng)了密封的穩(wěn)定性；2.本發(fā)明中仿花草流體型槽的下游端以圓弧槽或圓環(huán)槽連接，或設(shè)有毫米級(jí)型孔，提高了密封運(yùn)行時(shí)仿花草流體型槽根部區(qū)域及其周邊區(qū)域的壓力分布均勻程度，產(chǎn)生的流體動(dòng)壓效應(yīng)強(qiáng)，端面潤(rùn)滑效果好，進(jìn)一步提高了流體膜剛度，增強(qiáng)了密封的穩(wěn)定性，同時(shí)也提高了密封的啟動(dòng)性能；3.本發(fā)明中流體型槽的槽深呈上游深、下游淺的變化規(guī)律，在流體泵汲效應(yīng)增強(qiáng)的同時(shí)，深槽可以在密封正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下產(chǎn)生流體動(dòng)壓效應(yīng)，而淺槽儲(chǔ)存的流體可以防止低速低壓條件下或機(jī)泵啟動(dòng)過程中端面產(chǎn)生干磨，進(jìn)一步提高了端面的潤(rùn)滑效果，減少了端面可能產(chǎn)生的磨損，進(jìn)一步提高了密封的動(dòng)壓開啟特性，提高了密封的整體性能和耐磨損性能，特別適用于可雙向旋轉(zhuǎn)的非接觸式密封裝置；4.本發(fā)明的密封結(jié)構(gòu)制成的密封裝置安裝時(shí)無旋向要求，可單向或雙向旋轉(zhuǎn)，可有效控制泄漏率，密封運(yùn)行安全可靠，使用壽命長(zhǎng)。圖I是本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。4圖2是本發(fā)明實(shí)施例一的流體型槽局部結(jié)構(gòu)示意放大圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4a是本發(fā)明實(shí)施例三的變槽深流體型槽結(jié)構(gòu)示意圖。圖4b是本發(fā)明實(shí)施例三的變槽深流體型槽局部結(jié)構(gòu)放大圖。圖4c是本發(fā)明實(shí)施例三的變槽深流體型槽剖面圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例四的鋸齒形流體型槽結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施例五的引流槽與左、右型槽脫離的分體式流體型槽結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施進(jìn)一步詳述實(shí)施例一參照?qǐng)D1-2，一種仿花草流體型槽端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，包括機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)和靜環(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，所述動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的端面的另一側(cè)為低壓側(cè)即下游，所述端面的下游設(shè)有光滑平面的環(huán)形密封壩3，特點(diǎn)是所述動(dòng)環(huán)或靜環(huán)的至少一個(gè)端面上設(shè)有多個(gè)沿周向均勻分布的由引流槽22和以引流槽22為中心的左、右型槽21、23組成的外形類似花草形狀的流體型槽2，所述引流槽22為徑向槽，所述流體型槽2分布在依照端面I中心的一個(gè)環(huán)帶上，所述環(huán)帶設(shè)在端面I的上游，所述仿花草流體型槽I之間的非開槽區(qū)域構(gòu)成密封堰4，起到限流和靜密封作用。進(jìn)一步，所述流體型槽2在密封端面上呈周期性排布。進(jìn)一步，所述環(huán)帶的寬度設(shè)為wh，其中O彡Wh<B，B為密封面寬度。進(jìn)一步，所述左、右型槽21、23以引流槽22為中心呈對(duì)稱布置，所述左、右型槽21、23在上游與所述的引流槽22靠攏，在下游與所述的引流槽22分開，起到雙向泵送密封介質(zhì)的作用。進(jìn)一步，所述引流槽22的徑向尺寸均小于左、右型槽21、23的徑向尺寸。進(jìn)一步，所述左、右型槽21、23外側(cè)壁型線為光滑型線。進(jìn)一步，所述仿花草流體型槽端面密封用于密封液體介質(zhì)時(shí)，所述仿花草流體型槽2深度hg的取值范圍為hg=O.253.5mm，最佳取值范圍為hg=O.5I.8mm，所述引流槽22徑向長(zhǎng)度Ip的取值范圍為lp=lg/6lg/2，Ig是左、右型槽21、23的徑向長(zhǎng)度值；用于密封氣體介質(zhì)時(shí)，所述仿花草流體型槽2深度hg的取值范圍為hg=320μm,徑向長(zhǎng)度Ip=lg/3lg。本發(fā)明中所述引流槽22的形狀可以為紡錘形、矩形、三角形、W形、橢圓形等形狀；所述左、右型槽21、23的側(cè)壁型線可以為螺旋線、圓弧線、直線等光滑型線。針對(duì)不同旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械的操作條件，通過優(yōu)化仿花草流體型槽的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以滿足不同場(chǎng)合下對(duì)密封性能的使用要求，特別適用于可雙向旋轉(zhuǎn)的非接觸式端面密封裝置。實(shí)施例二參照?qǐng)D3，本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于所述仿花草流體型槽的下游端與其他型槽5或型孔6相連接，以提高槽根部所在端面周向及其附近區(qū)域的壓力分布均勻性，增強(qiáng)流體動(dòng)壓效應(yīng)，提高流體膜剛度，提高密封的啟動(dòng)特性和低速低壓運(yùn)行能力，提高端面的抗磨損能力。所述型槽5可以是圓環(huán)槽51、圓弧槽52等型線槽，所述型槽5的寬度和深度分別為Wa和ha,取值范圍為wa=O.52.0mm,ha=hg/10hg/5,其中hg是仿花草流體型槽的深度；所述型孔6是毫米級(jí)規(guī)則截面孔，其截面形狀可以是矩形、正方形、梯形、V形、U形、半圓形、橢圓形等，所述型孔6的直徑或邊長(zhǎng)和深度分別為山和匕，取值范圍為dd=0.53.5mm,hd=hg/10hg/5。其余結(jié)構(gòu)和實(shí)施方式與實(shí)施例一相同。實(shí)施例三參照?qǐng)D4a_4c，本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于所述流體型槽呈現(xiàn)為上游深、下游淺的收斂型臺(tái)階結(jié)構(gòu)。所述收斂型流體型槽可以是一個(gè)臺(tái)階、兩個(gè)臺(tái)階或多個(gè)臺(tái)階，但是為控制加工成本，在滿足一定性價(jià)比的前提下，一般以兩個(gè)或三個(gè)臺(tái)階為好，所述收斂型流體型槽下游側(cè)的最小深度應(yīng)不小于1.5μm(干氣密封)或O.Imm(液體密封)；另外，在密封穩(wěn)定性和端面潤(rùn)滑性要求更高的場(chǎng)合，也可以采用收斂型斜臺(tái)階結(jié)構(gòu)，所述斜臺(tái)階的傾斜角為210度。采用收斂型臺(tái)階結(jié)構(gòu)的仿花草流體型槽端面機(jī)械密封是為了滿足轉(zhuǎn)速較低或啟動(dòng)過程較長(zhǎng)或操作工況易于發(fā)生突變等應(yīng)用場(chǎng)合的需求，以增強(qiáng)端面型槽泵汲效應(yīng)，提高流體膜剛度，避免干磨現(xiàn)象發(fā)生，確保機(jī)器運(yùn)行時(shí)的安全可靠性，同時(shí)也起到節(jié)能的目的。其余結(jié)構(gòu)和實(shí)施方式與實(shí)施例一相同。實(shí)施例四參照?qǐng)D5，本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于所述流體型槽的左、右型槽21、23的側(cè)壁型線是鋸齒狀型線，是仿蘆薈等草科植物外形結(jié)構(gòu)的流體型槽。所述左、右型槽21、23的鋸齒側(cè)壁可以是外側(cè)壁為鋸齒狀，也可以是內(nèi)側(cè)壁為鋸齒狀，也可以是內(nèi)、外側(cè)壁均為鋸齒狀，鋸齒邊的基本型線同樣是典型光滑型線，包括螺旋線、圓弧線、直線等基本型線。一般這種流體型槽可以結(jié)合實(shí)施例三來實(shí)際使用，齒數(shù)對(duì)應(yīng)臺(tái)階數(shù)。主要應(yīng)用場(chǎng)合也與實(shí)施例三相同。其余結(jié)構(gòu)和實(shí)施方式與實(shí)施例一相同。實(shí)施例五參見圖6，本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于所述流體型槽的引流槽22與左、右型槽21、23相分離。其余結(jié)構(gòu)和實(shí)施方式與實(shí)施例一相同。本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(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，本發(fā)明的保護(hù)范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。權(quán)利要求1.一種仿花草流體型槽端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，包括機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)和靜環(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，所述動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的端面的另一側(cè)為低壓側(cè)即下游，所述端面的下游設(shè)有光滑平面的環(huán)形密封壩，其特征在于所述動(dòng)環(huán)或靜環(huán)的至少一個(gè)端面上設(shè)有多個(gè)沿周向均勻分布的由引流槽和以引流槽為中心的左、右型槽組成的外形類似花草形狀的流體型槽，所述引流槽為徑向槽，所述流體型槽分布在依照端面中心的一個(gè)環(huán)帶上，所述環(huán)帶設(shè)在端面的上游，所述仿花草流體型槽之間的非開槽區(qū)域構(gòu)成密封堰。2.如權(quán)利要求I所述的仿花草流體型槽端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述流體型槽在密封端面上呈周期性排布。3.如權(quán)利要求2所述的仿花草流體型槽端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述環(huán)帶的寬度設(shè)為wh，其中O彡Wh<B，B為密封面寬度。4.如權(quán)利要求3所述的仿花草流體型槽端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述左、右型槽以引流槽為中心呈對(duì)稱布置，所述左、右型槽在上游與所述的弓I流槽靠攏，在下游與所述的引流槽分開。5.如權(quán)利要求4所述的仿花草流體型槽端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述引流槽的徑向尺寸均小于左、右型槽的徑向尺寸。6.如權(quán)利要求5所述的仿花草流體型槽端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述左、右型槽外側(cè)壁型線為光滑型線或鋸齒型線。7.如權(quán)利要求6所述的仿花草流體型槽端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述左、右型槽的下游端與端面同心的型槽相連接，所述與端面同心的型槽的寬度Wa和深度匕均對(duì)應(yīng)相等，且Wa=O.52.0mm,ha=hg/10hg/5,hg是仿花草流體型槽的深度。8.如權(quán)利要求6所述的仿花草流體型槽端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述仿花草流體型槽的左、右型槽的下游端各自與一個(gè)型孔連接，所述型孔的直徑或邊長(zhǎng)dd和深度hd均對(duì)應(yīng)相等,取值范圍分別為dd=O.53.5mm,hd=hg/10hg/5,hg是仿花草流體型槽的深度。9.如權(quán)利要求6-8之一所述的仿花草流體型槽端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述仿花草流體型槽端面密封用于密封液體介質(zhì)時(shí)，所述仿花草流體型槽深度hg的取值范圍為hg=O.253.5mm，所述引流槽徑向長(zhǎng)度Ip的取值范圍為lp=lg/6lg/2，Ig是左、右型槽的徑向長(zhǎng)度值；用于密封氣體介質(zhì)時(shí)，所述仿花草流體型槽深度hg的取值范圍為hg=320μm,徑向長(zhǎng)度Ip=lg/3lg。10.如權(quán)利要求9所述的仿花草流體型槽端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于所述仿花草流體型槽的槽深呈上游深、下游淺的變化規(guī)律，所述仿花草流體型槽的深槽部分是淺槽部分深度的I.I3.O倍。全文摘要本發(fā)明公開了一種仿花草流體型槽端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，包括機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)和靜環(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，所述動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的端面的另一側(cè)為低壓側(cè)即下游，所述端面的下游設(shè)有光滑平面的環(huán)形密封壩，特點(diǎn)是所述動(dòng)環(huán)或靜環(huán)的至少一個(gè)端面上設(shè)有多個(gè)沿周向均勻分布的由引流槽和以引流槽為中心的左、右型槽組成的外形類似花草形狀的流體型槽，所述引流槽為徑向槽，所述流體型槽分布在依照端面中心的一個(gè)環(huán)帶上，所述環(huán)帶設(shè)在端面的上游，所述仿花草流體型槽之間的非開槽區(qū)域構(gòu)成密封堰。本發(fā)明具有更好的流體導(dǎo)流效果，流體型槽根部區(qū)域的壓力更高、分布更均勻，提高了密封的承載力和流體膜的剛度。文檔編號(hào)F16J15/34GK102588601SQ20121003411公開日2012年7月18日申請(qǐng)日期2012年2月15日優(yōu)先權(quán)日2012年2月15日發(fā)明者彭旭東,李紀(jì)云,白少先,盛頌恩,許靜申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)