上游泵送機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)及其端面型槽的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種密封效果較好的上游泵送機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)及其端面型槽。該動(dòng)環(huán)端面型槽是內(nèi)外兩側(cè)壁為螺旋線的螺旋槽，內(nèi)外兩側(cè)壁的末端分別與向螺旋槽內(nèi)側(cè)延伸的內(nèi)圓弧和外圓弧相切，內(nèi)圓弧和外圓弧相連形成端面型槽的封閉端。該動(dòng)環(huán)，動(dòng)環(huán)的密封端面上具有8-15個(gè)動(dòng)環(huán)端面型槽，各端面型槽以動(dòng)環(huán)的軸線中心對稱。
【專利說明】上游泵送機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)及其端面型槽
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本技術(shù)涉及上游泵送機(jī)械密封，具體地說，是一種上游泵送機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)及其端面型槽。
【背景技術(shù)】
[0002]上游泵送機(jī)械密封是基于現(xiàn)代流體動(dòng)壓潤滑理論的一種新型非接觸式端面密封。與靜環(huán)相對的動(dòng)環(huán)端面上開有型槽，動(dòng)環(huán)繞軸線相對于靜環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用動(dòng)環(huán)的密封端面的型槽形成的“端面泵”將少量隔離介質(zhì)沿密封端面泵汲到密封腔內(nèi)，并在兩密封環(huán)端面間形成穩(wěn)定液膜，從而阻止被封介質(zhì)泄漏。由于被封介質(zhì)的壓力高于隔離介質(zhì)的壓力，而隔離介質(zhì)的流向是由低壓的隔離介質(zhì)腔流向高壓的密封腔腔，所以稱之為“上游”泵送。
[0003]上游泵送機(jī)械密封與普通機(jī)械密封相比其特點(diǎn)在于它利用端面開槽技術(shù)提高了密封的流體動(dòng)壓效應(yīng)。由于型槽流體動(dòng)壓效應(yīng)產(chǎn)生的粘性剪切流與高壓被封介質(zhì)和低壓隔離介質(zhì)產(chǎn)生的壓差流方向相反，因此當(dāng)剪切流與壓差流流量相等時(shí)可使密封的總泄漏量為零。此外，端面開槽所形成的“端面泵”會(huì)使流入的隔離介質(zhì)逐漸增壓。液體壓力增高后會(huì)使彈性安裝的端面脫開形成穩(wěn)定液膜，起到了潤滑作用，大大提高了機(jī)械密封的使用壽命。
[0004]上游泵送機(jī)械密封的密封機(jī)理依靠流體動(dòng)壓效應(yīng)使隔離介質(zhì)從低壓側(cè)流向高壓側(cè)，產(chǎn)生開啟力以平衡閉合力，實(shí)現(xiàn)非接觸式密封。上游泵送機(jī)械密封端面型槽一般為關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸中心對稱的結(jié)構(gòu)，槽的輪廓線多為直線、螺旋線、圓?。徊蹟?shù)通常為8到15個(gè)，槽深為微米級(jí)，密封寬度較大。單一線型型槽結(jié)構(gòu)簡潔，建模方便。
[0005]圖1為上游泵送機(jī)械密封中的具有螺旋型槽結(jié)構(gòu)的動(dòng)環(huán)示意圖。當(dāng)動(dòng)環(huán)I沿圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺旋槽2槽內(nèi)隔離介質(zhì)在螺旋型槽線凸面的作用下增速并沿螺旋槽槽線不斷向外徑側(cè)輸送，形成剪切流，受密封壩3和密封堰4的阻擋，進(jìn)而形成動(dòng)壓液膜；同時(shí)，被密封介質(zhì)由于壓差作用從高壓側(cè)5向低壓側(cè)6流動(dòng)，形成壓差流，當(dāng)剪切流與壓差流相平衡時(shí)實(shí)現(xiàn)零泄漏。動(dòng)壓液膜的形成，使動(dòng)環(huán)與靜環(huán)的端面間無接觸磨損，密封件壽命也大大提聞。
[0006]密封結(jié)構(gòu)、材料特性等關(guān)系到其密封性能優(yōu)劣，其中端面型槽的幾何結(jié)構(gòu)及其參數(shù)對密封效果的影響最大。螺旋槽是單一型槽中性能較為良好的結(jié)構(gòu)，其液膜承載能力與液膜剛度均大于斜線槽與人字槽，影響其密封性能的型槽參數(shù)主要有:槽傾斜角、槽徑寬徑比等。有關(guān)研究表明，槽徑寬徑比大于0.73后，雖然上游泵送量還在增大，但液膜剛度迅速減小，不利于密封穩(wěn)定性；根據(jù)FLUENT軟件對槽內(nèi)壓力進(jìn)行壓力流場模擬分析，內(nèi)徑進(jìn)口處壓力最小，槽末端壓力達(dá)到最大，但有部分區(qū)域出現(xiàn)負(fù)壓現(xiàn)象，使液膜承載能力下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本技術(shù)的目的是提供一種密封效果較好的上游泵送機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)端面型槽。
[0008]本技術(shù)的上游泵送機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)端面型槽，該端面型槽是內(nèi)外兩側(cè)壁為螺旋線的螺旋槽，內(nèi)外兩側(cè)壁的末端分別與向螺旋槽內(nèi)側(cè)延伸的內(nèi)圓弧和外圓弧相切，內(nèi)圓弧和外圓弧相連形成端面型槽的封閉端。
[0009]上述的上游泵送機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)端面型槽，螺旋線為對數(shù)螺旋線。
[0010]上述的上游泵送機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)端面型槽，型槽槽深3_7um，螺旋槽的傾斜角為15。-22。。
[0011]本技術(shù)同時(shí)提供了一種密封效果好的上游泵送機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)。
[0012]該上游泵送機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)，動(dòng)環(huán)的密封端面上具有8-15個(gè)上述的動(dòng)環(huán)端面型槽，各端面型槽以動(dòng)環(huán)的軸線中心對稱。
[0013]上述的上游泵送機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)，槽徑寬徑比為0.5-0.75。
[0014]本技術(shù)的有益效果:本技術(shù)的型槽末端是內(nèi)圓弧和外圓弧之間的圓弧槽，可以說本技術(shù)型槽是螺旋槽與圓弧槽的組合，通過對本技術(shù)的組合型槽內(nèi)的壓力與單一螺旋槽的壓力進(jìn)行壓力流場在同等條件下進(jìn)行模擬分析，對于本技術(shù)的組合型槽，負(fù)壓區(qū)面積有所減小，承載能力有所提高，本技術(shù)的組合型槽的液膜剛度及開啟力等性能優(yōu)于單一螺旋槽。 申請人:分析，可能是圓弧槽的加入，改變了原來的螺旋槽的出口方向，即使得泵送流體由原來的與上游來流對沖變成了回歸低壓下游的回流，從而在槽末端形成穩(wěn)定的高壓區(qū)屏障，這樣，高壓區(qū)屏障就能更有效的阻斷上游來流，密封效果更好。在螺旋槽末端加入相切圓弧槽，槽徑寬徑比保持不變，即加大了承載槽的面積，在液膜壓力分布不變的情況下，開啟力將增大。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是現(xiàn)有的上游泵送機(jī) 械密封中的具有螺旋槽的動(dòng)環(huán)示意圖；
圖2是本技術(shù)的上游泵送機(jī)械密封中的具有組合型槽的動(dòng)環(huán)示意圖；
圖3是計(jì)算區(qū)域示意圖。
[0016]圖4是在壓力為0.4MPa時(shí)動(dòng)環(huán)900r/min下計(jì)算區(qū)域動(dòng)環(huán)端面靜壓分布云圖。
[0017]圖5是在壓力為0.4MPa時(shí)動(dòng)環(huán)2500r/min下計(jì)算區(qū)域動(dòng)環(huán)端面靜壓分布云圖。
[0018]圖6是在壓力為0.4MPa時(shí)動(dòng)環(huán)4000r/min下計(jì)算區(qū)域動(dòng)環(huán)端面靜壓分布云圖。
[0019]圖7是靜壓分布z?圖中各顏色(灰度)與壓力對應(yīng)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]參見圖2所示的上游泵送機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)1，動(dòng)環(huán)的內(nèi)孔11直徑為50mm，外徑為100mm。動(dòng)環(huán)的密封端面2上具有12個(gè)組合型槽3，各型槽3以動(dòng)環(huán)的軸線中心對稱。型槽的進(jìn)口端與動(dòng)環(huán)內(nèi)孔相通。組合型槽3包括螺旋槽31和位于螺旋槽末端的圓弧槽32。螺旋槽的內(nèi)側(cè)壁311和外側(cè)壁312均為對數(shù)螺旋線，圓弧槽32的側(cè)壁主要包括內(nèi)圓弧321和外圓弧322。內(nèi)側(cè)壁311的末端與向螺旋槽內(nèi)側(cè)延伸的內(nèi)圓弧321相切，外側(cè)壁312的末端與向螺旋槽內(nèi)側(cè)延伸的外圓弧322相切，內(nèi)圓弧和外圓弧平滑相連形成端面型槽的封閉端。型槽槽深5um，螺旋槽的傾斜角為21°。槽徑寬徑比為0.7。
[0021]對該動(dòng)環(huán)端面靜壓分布試驗(yàn)如下。
[0022]由于整個(gè)端面上的槽型成周期性分布，槽數(shù)N=12，故取整個(gè)密封端面的1/N作為計(jì)算區(qū)域。計(jì)算區(qū)域有兩條圓弧及兩條螺旋線圍成，組合型槽3位于計(jì)算區(qū)域的一側(cè)。計(jì)算區(qū)域如圖3所示。[0023]手工建模后計(jì)算出上游泵送機(jī)械密封的液膜的壓力云圖參見圖4-7。圖7是靜壓分布云圖中各顏色(灰度)與壓力對應(yīng)圖，圖中數(shù)值單位是Pa，如圖7中下端最深顏色表示壓力為最小，數(shù)值為-1.18*105Pa (負(fù)壓)，圖7中上端最淺顏色表示壓力為最大，數(shù)值為
1.84*106Pao
[0024]圖4-6為被密封介質(zhì)在壓力為0.4MPa時(shí)，動(dòng)環(huán)3種不同轉(zhuǎn)速(900r/min、2500 r/min、4000 r/min)下計(jì)算區(qū)域內(nèi)液膜的靜壓分布云圖。對照圖7,可以看出，在組合型槽外槽根處存在高于介質(zhì)壓力的最大靜壓，這是增加液膜開啟力的重要因素之一，能夠局部地阻止高壓側(cè)液體向低壓側(cè)流動(dòng)，從而起到一定的密封作用，且由于圓弧槽的回流作用，使得泵送流體由原來的與上游來流對沖變成了回歸低壓下游的回流，從而在型槽末端形成穩(wěn)定的高壓區(qū)屏障，阻斷上游來流。在內(nèi)槽根處存在最小靜壓，能夠?qū)⒏邏簜?cè)流向低壓側(cè)的泄漏液體吸收并泵送向高壓側(cè)，起到減少或杜絕泄漏的作用。組合型槽可在一定程度上提高液膜的穩(wěn)定性，在槽底部形成高壓環(huán)，有效地阻止被封介質(zhì)泄漏。從圖中可以看出，負(fù)壓區(qū)面積較小，承載能力有所提高，組合型槽的液膜剛度及開啟力等性能優(yōu)于單一螺旋槽。
【權(quán)利要求】
1.上游泵送機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)端面型槽，該端面型槽是內(nèi)外兩側(cè)壁為螺旋線的螺旋槽，其特征是:內(nèi)外兩側(cè)壁的末端分別與向螺旋槽內(nèi)側(cè)延伸的內(nèi)圓弧和外圓弧相切，內(nèi)圓弧和外圓弧相連形成端面型槽的封閉端。
2.如權(quán)利要求1所述的上游泵送機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)端面型槽，其特征是:螺旋線為對數(shù)螺旋線。
3.如權(quán)利要求1所述的上游泵送機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)端面型槽，其特征是:型槽槽深3-7um，螺旋槽的傾斜角為15° -22°。
4.上游泵送機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)，其特征是:動(dòng)環(huán)的密封端面上具有8-15個(gè)權(quán)利要求1、2或3所述的動(dòng)環(huán)端面型槽，各端面型槽以動(dòng)環(huán)的軸線中心對稱。
5.如權(quán)利要求4所述的動(dòng)環(huán)，其特征是:槽徑寬徑比為0.5-0.75。
【文檔編號(hào)】F16J15/16GK103527792SQ201310544633
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】孫見君, 馬晨波, 王敏, 海樂檬, 李志宏, 李正新, 王鑫 申請人:南京林業(yè)大學(xué)