一種實(shí)現(xiàn)零泄漏非接觸的多端面組合式機(jī)械密封的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種動(dòng)環(huán)與靜環(huán)之間具有多端面并通過(guò)微凹腔、間隙通道、泵送槽的組合作用，實(shí)現(xiàn)零泄漏、非接觸的機(jī)械密封。這種機(jī)械密封摩擦副的不同端面上分別開(kāi)設(shè)一些微凹腔或泵送槽，利用微凹腔和泵送槽的動(dòng)壓效應(yīng)實(shí)現(xiàn)非接觸，利用不同端面間的間隙通道(或帶有迷宮)降低泄漏介質(zhì)的壓力，利用泵送槽的泵送效應(yīng)減少泄漏量或達(dá)到零泄漏。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用不同端面的表面微造型結(jié)構(gòu)和間隙通道的組合實(shí)現(xiàn)零泄漏、非接觸，改善運(yùn)行過(guò)程中的潤(rùn)滑性能。同時(shí)，通過(guò)不同端面的不同密封間隙實(shí)現(xiàn)良好的開(kāi)、停車(chē)密封，對(duì)減少機(jī)械密封的熱變形和防顆粒磨損也有一定的效果，適用于一切液體介質(zhì)的高參數(shù)機(jī)械密封領(lǐng)域。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種實(shí)現(xiàn)零泄漏非接觸的多端面組合式機(jī)械密封
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多端面機(jī)械密封設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是指一種考慮停車(chē)密封、實(shí)現(xiàn)零泄漏、非接觸的新型多端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，目的在于獲得理想的密封效果和最大程度上減少變形以及磨損。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械密封的性能要求越來(lái)越高，在一些高壓、高速、高溫等工況下，特別是一些航空航天、核電站、石油化工等領(lǐng)域，要求機(jī)械密封實(shí)現(xiàn)零泄漏、變形小、壽命長(zhǎng)。能源的急劇消耗和嚴(yán)格的環(huán)保目標(biāo)，使得提高機(jī)械密封的穩(wěn)定性和壽命成為機(jī)械密封制造領(lǐng)域深受關(guān)注和重視的課題。
[0003]為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械密封的零泄漏和延長(zhǎng)機(jī)械密封使用壽命，目前的研究主要是通過(guò)密封端面的表面微造型和組合密封實(shí)現(xiàn)“非接觸”和“零泄漏”，并取得了一定的成效。如:以色列教授 Etsion.1 在 Model for mechanical seals with regular microsurfacestructure.Tribology Transactions.39(3):677-683 (1996) 一文中提出在機(jī)械密封端面加工微觀凹腔，能夠產(chǎn)生動(dòng)壓效應(yīng)，改善潤(rùn)滑狀態(tài)；中國(guó)專(zhuān)利200710067282.7提出一種在動(dòng)環(huán)或靜環(huán)開(kāi)設(shè)變分布微孔的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，微孔大小不等，在密封端面呈中心對(duì)稱(chēng)分布，增加動(dòng)壓效應(yīng)，但是微凹腔的泵送能力較弱，無(wú)法解決泄漏問(wèn)題，而且不能解決開(kāi)機(jī)、停車(chē)時(shí)的干摩擦問(wèn)題；中國(guó)專(zhuān)利101701585A、2534428Y、96216242.6等公布了不同結(jié)構(gòu)的上游泵送機(jī)械密封環(huán)，其泵送能力和動(dòng)壓效應(yīng)，能夠減少泄漏量，降低磨損程度，延長(zhǎng)密封副的使用壽命，但是開(kāi)機(jī)時(shí)的瞬間開(kāi)啟能力和停車(chē)時(shí)的磨損依然沒(méi)有得到有效的解決；中國(guó)專(zhuān)利200510038704.9公開(kāi)了一種槽腔耦合的端面機(jī)械密封，在機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)或者是靜環(huán)上開(kāi)設(shè)微腔和泵送槽，這兩種造型的結(jié)合使得機(jī)械密封的流體動(dòng)壓效應(yīng)和上游泵送效應(yīng)更為顯著，但對(duì)于開(kāi)機(jī)時(shí)的潤(rùn)滑狀況改善效果仍然還不夠明顯。
[0004]中國(guó)專(zhuān)利200620040216.1公布了一種螺旋組合機(jī)械密封裝置，在軸套內(nèi)壁設(shè)有花鍵、密封槽、外壁設(shè)有螺旋槽，能夠減少密封腔介質(zhì)的工作壓力，改善工作效果，延長(zhǎng)使用壽命；中國(guó)專(zhuān)利201310015689.0公布了一種多端面組合機(jī)械密封，通過(guò)在靜環(huán)設(shè)有多個(gè)與注水孔連通的流道孔以及與流道孔連通的一道或多道第一環(huán)形槽，使得動(dòng)靜環(huán)接觸面具有多道端面和多個(gè)流道，形成自循環(huán)、自冷卻的效果，保證了良好的潤(rùn)滑狀態(tài)和冷卻效果；美國(guó)專(zhuān)利2008/0290606A1公布了一種組合機(jī)械密封，在軸上固定一個(gè)外罩，與動(dòng)環(huán)連接，防止泄露，在動(dòng)環(huán)與靜環(huán)接觸端面加工成圓錐形，形成第二道密封；加拿大專(zhuān)利2508354A公布了一種包括配套環(huán)、軸向移動(dòng)的主環(huán)形成的密封機(jī)構(gòu)，可以適用于不同壓力參數(shù)的密封。然而，上述密封都不能有效的解決停車(chē)時(shí)端面的嚴(yán)重磨損問(wèn)題，密封性能也未能達(dá)到理想的狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的就是彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)上的不足而提出的一種有效考慮停車(chē)密封的潤(rùn)滑狀態(tài)、實(shí)現(xiàn)零泄漏非接觸的多端面組合式機(jī)械密封。該密封結(jié)構(gòu)的使用可以大大簡(jiǎn)化密封系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)理想的密封效果，散熱均勻，減少熱變形，密封端面的改進(jìn)可以有效的減少顆粒的進(jìn)入，從而減少端面磨損，增強(qiáng)密封的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)密封副的使用壽命。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明主要涉及密封副端面接觸的改進(jìn)問(wèn)題，其特征在于:將機(jī)械密封靜環(huán)伸出端面嵌套在動(dòng)環(huán)內(nèi)，在其接觸的表面上依次開(kāi)設(shè)有凹腔、泵送槽，其中在第一道靜環(huán)端面上開(kāi)設(shè)沿周向和徑向呈均勻分布的凹腔，結(jié)構(gòu)可以是三角形、矩形、六邊形、圓形、圓弧截面等，結(jié)構(gòu)參數(shù)為:微孔欄數(shù)為η = 12?30，周向開(kāi)孔長(zhǎng)度比δ = 0.3?0.4，徑向開(kāi)孔長(zhǎng)度比Y = 0.4?0.8,微孔深度h = 5?20μηι,半徑r = 20?50μηι ;在靠近內(nèi)徑的動(dòng)環(huán)端面上開(kāi)設(shè)泵送槽，其槽型可以是螺旋線型、圓弧線型、斜線型、T字型、人字型等，槽深為5?10 μ m,槽數(shù)為6?20個(gè)。
[0007]本發(fā)明的效果主要是:(I)在靠近外徑處?kù)o環(huán)端面上開(kāi)設(shè)微凹腔，其動(dòng)壓效應(yīng)產(chǎn)生的開(kāi)啟力能夠極大的改善密封端面的摩擦潤(rùn)滑狀態(tài)，此處形成第一道密封；(2)在機(jī)械密封靠近內(nèi)徑處的動(dòng)環(huán)端面上開(kāi)設(shè)泵送槽，起到流體泵送效應(yīng)和動(dòng)壓效應(yīng)，增大開(kāi)啟力的同時(shí)將低壓側(cè)泄漏液體泵送至上游高壓側(cè)，減少泄漏量。當(dāng)摩擦副不旋轉(zhuǎn)時(shí)，在彈簧預(yù)緊力下，靠?jī)?nèi)徑處的端面緊密貼合，能夠有效的防止停車(chē)或者低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)引起的泄漏，此處形成第二道密封；(3)兩個(gè)密封端面之間的軸向泄漏通道，起到間隙密封或迷宮密封的作用，能有效的降低泄漏介質(zhì)的壓力，形成了第三道密封；(4)動(dòng)靜環(huán)的嵌套，在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，形成了類(lèi)似的“軸承效應(yīng)”，可以更好的改善密封副的潤(rùn)滑狀態(tài)和散熱。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本發(fā)明的動(dòng)環(huán)端面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是本發(fā)明的靜環(huán)端面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖3是本發(fā)明的動(dòng)、靜環(huán)裝配的示意圖。
[0011]圖4是本發(fā)明的密封原理示意圖。
[0012]圖4的圖面說(shuō)明如下:
[0013]1-靜環(huán)；2-動(dòng)環(huán)；3_傳動(dòng)銷(xiāo)；4-彈簧；5_彈簧座；6_緊定螺釘；7_傳動(dòng)螺釘；8-動(dòng)環(huán)O形圈；9_靜環(huán)O形圈；10_防轉(zhuǎn)銷(xiāo)；11_壓蓋；12_推環(huán)；13_軸套；
【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明中的端面微造型可采用電火花、電化學(xué)腐蝕、激光加工等工藝加工。
[0015]在機(jī)械密封動(dòng)環(huán)端面上開(kāi)設(shè)沿旋轉(zhuǎn)中心對(duì)稱(chēng)分布的泵送螺旋槽，如圖1所示；槽開(kāi)在c-d表面，槽深5?10 μ m，槽數(shù)6?20個(gè)，動(dòng)環(huán)靠外徑端面與靜環(huán)裝配的距離Ii1比113大4?ΙΟμπι，比與匕的比例為I?1.5倍；在靜環(huán)端面上開(kāi)設(shè)沿周向和徑向均勻分布的微孔，如圖2所示；微孔欄數(shù)為η = 12?30,微孔深度h = 5?20 μ m,半徑r = 20?50 μ m,靜環(huán)伸出臺(tái)階h6為4?8mm，動(dòng)靜環(huán)的裝配圖如圖3所示；密封環(huán)的工作原理圖如圖
4所示。當(dāng)主機(jī)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶有一定壓力的粘性流體介質(zhì)進(jìn)入動(dòng)環(huán)2和靜環(huán)I的密封間隙a-b-c-d，其中密封間隙匕為10?15μπι，由于動(dòng)環(huán)端面開(kāi)設(shè)的泵送槽及靜環(huán)端面上的微凹腔，利用泵送槽的泵送效應(yīng)能夠有效的減少泄漏，利用槽和腔的動(dòng)壓效應(yīng)保證端面非接觸，能夠有效的改善端面潤(rùn)滑狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)非接觸、零泄漏。
[0016]以上所述，僅僅是對(duì)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能想到的等同技術(shù)手段，凡依據(jù)本發(fā)明對(duì)以上實(shí)施例作任何的等同變化的更改、修飾和演變等，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種實(shí)現(xiàn)零泄漏非接觸的多端面組合式機(jī)械密封，其特征在于:在機(jī)械密封摩擦副徑向設(shè)置多端面并分別開(kāi)設(shè)微凹腔、泵送槽，使動(dòng)、靜環(huán)實(shí)現(xiàn)多端面密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)零泄漏非接觸的多端面組合式機(jī)械密封，其特征在于:凹腔沿周向和徑向呈均勻分布，凹腔可以是三角形、矩形、六邊形、圓形、圓弧截面等，微孔欄數(shù)為η= 12?30，其周向開(kāi)孔長(zhǎng)度比3 = 0.3?0.4，徑向開(kāi)孔長(zhǎng)度比Y =0.4?0.8，所開(kāi)微孔深度h = 5?20 μ m,所開(kāi)微孔半徑r = 20?50 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)零泄漏非接觸的多端面組合式機(jī)械密封，其特征在于:泵送槽的槽型可以是螺旋線型、圓弧線型、斜線型、T字型、人字型，其槽開(kāi)在端面內(nèi)徑，槽深為5?10 μ m,槽數(shù)為6?20個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)零泄漏非接觸的多端面組合式機(jī)械密封，其特征在于:泵送槽、凹腔可以開(kāi)在動(dòng)環(huán)端面或靜環(huán)端面，動(dòng)環(huán)和靜環(huán)可以相互嵌套。
【文檔編號(hào)】F16J15/34GK103557334SQ201310563469
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】陳匯龍, 吳強(qiáng)波, 劉志斌, 左木子, 徐成 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)