一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，包括動環(huán)、靜環(huán)，所述動環(huán)和靜環(huán)的端面的一側(cè)為高壓側(cè)即上游，另一側(cè)為低壓側(cè)即下游，所述動環(huán)或靜環(huán)至少一個端面上沿周向均勻分布有由方向性毫米級孔簇組成的形似含羞草的動壓型孔簇，所述似含羞草型孔簇構(gòu)成環(huán)帶，所述環(huán)帶設(shè)在端面上游，所述環(huán)帶的下游設(shè)有光滑平面的環(huán)形密封壩。本實用新型的有益效果有：雙列周向?qū)ΨQ分布的傾斜孔排布既適用于單向旋轉(zhuǎn)機(jī)械也適用于雙向旋轉(zhuǎn)機(jī)械，同時其產(chǎn)生的流體動壓效應(yīng)增大了端面在低速低壓下的快速開啟能力；上游側(cè)徑向型孔具有導(dǎo)流作用和改善端面間潤滑狀態(tài)的作用；傾斜孔簇的上游泵送作用減小了泄漏率；毫米級孔具有吸納大直徑范圍固體顆粒的優(yōu)勢，增加了耐磨性，確保了機(jī)械密封在惡劣工況下的長周期穩(wěn)定運行。
【專利說明】一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及流體機(jī)械的機(jī)械密封裝置，適用于航空航天、石油石化、能源電力和化工制藥等領(lǐng)域用壓縮機(jī)、泵和釜攪拌器等旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸的軸端密封裝置，尤其涉及一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，特別適用于液體密封場合。

【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械密封技術(shù)在航空航天、石油化工、能源電力、化工制藥等領(lǐng)域都已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對機(jī)械密封提出了更高的要求，在減小泄漏率的同時要求降低端面溫度、減小熱變形、增加端面的耐磨性等。非接觸式機(jī)械密封相比于傳統(tǒng)的機(jī)械密封存在很多優(yōu)點，比如摩擦磨損小、端面產(chǎn)熱少、功耗小等優(yōu)點，具有更大的發(fā)展空間，另一方面端面加工工藝的改進(jìn)也推動了非接觸式機(jī)械密封的發(fā)展。
[0003]目前應(yīng)用比較廣泛的非接觸式機(jī)械密封技術(shù)有在端面開設(shè)微孔、螺旋槽等各種槽型結(jié)構(gòu)。中國專利200710067278.7涉及一種變分布多孔端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，所述微孔大小不等，在密封端面上呈中心對稱分布。此機(jī)械密封可以在一定程度上增強(qiáng)流體膜的耐壓性、耐磨性、收斂特性和阻尼，從而提高流體膜的動壓效果，改善端面潤滑狀態(tài)，提高流體膜剛度，但是其動壓效果的增強(qiáng)效果緩慢，尤其對于啟動時干摩擦問題的改善效果甚微，高速抗干擾能力不足，而且不能產(chǎn)生上游泵送效應(yīng)，因此無法解決減少密封泄漏的問題。美國專利US005454572A中首次提出了螺旋槽端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，此機(jī)械密封具有較低的摩擦功耗，動壓開啟力大，但是存在低速下開啟特性不理想、不適合雙向旋轉(zhuǎn)機(jī)械，無法解決減小泄漏的問題。最近的中國專利201010583081.4實用新型了一種穗形排布微孔端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，該實用新型型孔的微米級尺寸決定此類密封不能產(chǎn)生顯著的動壓效應(yīng)，而且在被應(yīng)用于液體介質(zhì)的密封時其動壓效應(yīng)只能依賴于微孔處有限的空化效應(yīng)，在介質(zhì)壓力高于一定值時這種有限空化效應(yīng)將不再存在，因此難以獲得有效的動壓效應(yīng)，并確保端面的及時開啟和大的液膜剛度或高穩(wěn)定性；此外，端面上微米級大小的型孔無法滿足長時間使用帶來端面磨損顆粒的吸納效果。鑒于上述實用新型的不足之處，本實用新型一種具有毫米級上游泵送孔的似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，以滿足上述行業(yè)領(lǐng)域提出的高要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服已有密封技術(shù)中存在的動壓效應(yīng)有限、耐壓耐磨損能力不足、低速低壓下啟停效果較差、泄漏率較大、不適合雙向旋轉(zhuǎn)等缺點，本實用新型提出了一種動壓效應(yīng)好、低速低壓下啟停效果好、泄漏率低、端面潤滑冷卻效果優(yōu)異且適合雙向旋轉(zhuǎn)、可靠性高、使用壽命長的似含羞草毫米級上游泵送型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)。
[0005]本實用新型的技術(shù)方案是:
[0006]一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，包括動環(huán)、靜環(huán)，所述動環(huán)和靜環(huán)的端面的一側(cè)為高壓側(cè)即上游，另一側(cè)為低壓側(cè)即下游，所述動環(huán)或靜環(huán)至少一個端面上沿周向均勻分布有由方向性毫米級孔簇組成的形似含羞草的動壓型孔簇，所述似含羞草型孔簇構(gòu)成環(huán)帶，所述環(huán)帶設(shè)在端面上游，所述環(huán)帶的下游設(shè)有光滑平面的環(huán)形密封壩，所述兩個似含羞草型孔簇結(jié)構(gòu)周向之間的非開孔區(qū)域構(gòu)成密封堰，起到限流和靜密封的作用。
[0007]進(jìn)一步，所述似含羞草型孔簇結(jié)構(gòu)在密封端面上呈周期性對稱排布。
[0008]進(jìn)一步，所述似含羞草型孔簇包含徑向的中軸線，所述的中軸線的端部有徑向的頂部型孔，在所述的軸線兩側(cè)有對稱分布的與所述的中軸線成傾斜角度的側(cè)型孔，同側(cè)的側(cè)型孔沿所述的中軸線排列成行，所述頂部型孔開設(shè)在所述的中軸線的上游側(cè)。
[0009]進(jìn)一步，所述似含羞草型孔簇的側(cè)型孔與中軸線之間的傾斜角度為30°?60°。
[0010]進(jìn)一步，所述似含羞草型孔簇的頂部型孔和側(cè)型孔的長軸和短軸之比大于1，尺寸為I?Smnin
[0011]本實用新型的工作原理:靜壓工況下，密封流體從高壓側(cè)進(jìn)入密封端面，徑向型孔具有的導(dǎo)流作用將密封流體迅速引入端面，動環(huán)開始旋轉(zhuǎn)后，被密封流體在速度剪切和壓差的共同作用下進(jìn)入密封端面的頂部型孔中，當(dāng)流體從開槽區(qū)進(jìn)入非開槽區(qū)時由于流體擠壓效應(yīng)，在開槽邊界處壓力迅速升高，毫米級型孔將因空化效應(yīng)和泵汲效應(yīng)而產(chǎn)生強(qiáng)流體動壓效應(yīng)，迅速產(chǎn)生大開啟力確保端面及時打開并在端面間維持微米級流體薄膜，同時似含羞草型孔簇的富集效應(yīng)使上述強(qiáng)流體動壓效應(yīng)得到疊加。傾斜側(cè)型孔的泵送作用將運動到下游端面的密封流體泵送回端面上游，因此大大減小了密封流體的泄漏。
[0012]本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:(I)雙列周向?qū)ΨQ分布傾斜側(cè)型孔排布既適用于單向旋轉(zhuǎn)機(jī)械也適用于雙向旋轉(zhuǎn)機(jī)械；(2)頂部的徑向型孔具有的導(dǎo)流作用改善了啟停階段端面間的潤滑狀態(tài)，避免了端面的摩擦磨損，延長了使用壽命；(3)傾斜側(cè)型孔的上游泵送作用減小了端面之間流體的泄漏，因此具有優(yōu)異的密封效果；(4)雙列周向?qū)ΨQ分布傾斜側(cè)型孔將因空化效應(yīng)和泵汲效應(yīng)而產(chǎn)生強(qiáng)流體動壓效應(yīng)，迅速產(chǎn)生大開啟力確保端面及時打開并在端面間維持微米級流體薄膜，有利于端面在低速低壓下的快速開啟，與此同時似含羞草型孔簇的富集效應(yīng)使上述強(qiáng)流體動壓效應(yīng)得到疊加，使密具有優(yōu)異穩(wěn)定性；
(5)型孔具有防吸納較大直徑范圍固體顆粒的優(yōu)勢，增加了耐磨性，確保了機(jī)械密封在惡劣工況下的長周期穩(wěn)定運行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型的端面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本實用新型的頂部型孔和側(cè)型孔的結(jié)構(gòu)放大圖。
[0015]圖3是本實用新型的實施案例中密封結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4是本實用新型的菱形孔、三角形孔、矩形孔和斜直線圓弧槽等不同的側(cè)型孔組合端面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方案
[0017]一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，包括動環(huán)7、靜環(huán)8，所述動環(huán)7和靜環(huán)8的端面的一側(cè)為高壓側(cè)即上游，另一側(cè)為低壓側(cè)即下游，所述動環(huán)7或靜環(huán)8至少一個端面上沿周向均勻分布有由方向性毫米級孔簇組成的形似含羞草的動壓型孔簇2、4組成的形似含羞草的動壓型孔簇結(jié)構(gòu)1，所述似含羞草型孔簇I構(gòu)成環(huán)帶，所述環(huán)帶設(shè)在端面上游，所述環(huán)帶的下游設(shè)有光滑平面的環(huán)形密封壩6，所述兩個似含羞草型孔簇結(jié)構(gòu)周向之間的非開孔區(qū)域構(gòu)成密封堰5，起到限流和靜密封的作用。
[0018]進(jìn)一步，所述似含羞草型孔簇I在密封端面上呈周期性對稱排布。
[0019]所述似含羞草型孔簇包含徑向的中軸線，所述的中軸線的端部有徑向的頂部型孔3，在所述的軸線兩側(cè)有對稱分布的與所述的中軸線成傾斜角度的左側(cè)型孔21、右側(cè)型孔41，同側(cè)的左側(cè)型孔21或右側(cè)型孔41沿所述的中軸線排列成行，所述頂部型孔3開設(shè)在所述的中軸線的上游側(cè)。頂部型孔3的長軸位于所述的中軸線上。
[0020]進(jìn)一步，所述似含羞草型孔簇的左側(cè)型孔21和右側(cè)型孔41與中軸線之間的傾斜角度為30°?60°。
[0021]進(jìn)一步，所述似含羞草型孔簇的型孔(包括頂部型孔和側(cè)型孔)的長軸和短軸之比大于1，尺寸大小為I?5mm，所述型孔包括徑向型孔3和傾斜側(cè)型孔21、41。
[0022]進(jìn)一步，所述似含羞草型孔簇I中型孔的形狀可以為橢圓形9、長方形12、菱形10、斜直線圓短邊形11等規(guī)則圖形。
[0023]左側(cè)型孔21或右側(cè)型孔41合稱為側(cè)型孔。本實用新型所述的側(cè)型孔與中軸線成傾斜角度，是指側(cè)型孔的長軸與所述的中軸線成傾斜角度。
[0024]本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對實用新型構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本實用新型的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型構(gòu)思所能想到的等同技術(shù)手段。
【權(quán)利要求】
1.一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，包括動環(huán)、靜環(huán)，所述動環(huán)和靜環(huán)的端面的一側(cè)為高壓側(cè)即上游，另一側(cè)為低壓側(cè)即下游，所述動環(huán)或靜環(huán)至少一個端面上沿周向均勻分布有由方向性毫米級孔簇組成的形似含羞草的動壓型孔簇，所述似含羞草型孔簇構(gòu)成環(huán)帶，所述環(huán)帶設(shè)在端面上游，所述環(huán)帶的下游設(shè)有光滑平面的環(huán)形密封壩，兩個似含羞草型孔簇結(jié)構(gòu)周向之間的非開孔區(qū)域構(gòu)成密封堰，起到限流和靜密封的作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述似含羞草型孔簇結(jié)構(gòu)在端面上呈周期性對稱排布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述似含羞草型孔簇包含徑向的中軸線，所述的中軸線的端部有徑向的頂部型孔，在所述的軸線兩側(cè)有對稱分布的與所述的中軸線成傾斜角度的側(cè)型孔，同側(cè)的側(cè)型孔沿所述的中軸線排列成行，所述頂部型孔開設(shè)在所述的中軸線的上游側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的側(cè)型孔與中軸線之間的傾斜角度為30°?60°。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的頂部型孔和側(cè)型孔的長軸和短軸之比大于I，尺寸大小為I?5mm。
【文檔編號】F16J15/34GK204127319SQ201420413132
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】彭旭東, 包超英, 孟祥鎧, 李紀(jì)云, 王玉明 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)