流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)，靜環(huán)的密封端面開(kāi)設(shè)有連接形成正十二邊形的12個(gè)凹槽，這些凹槽相互連通且其中任意兩個(gè)相鄰凹槽的連接處與靜環(huán)的外圓周面貫通。動(dòng)環(huán)隨著與之連接的軸旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心效應(yīng)，帶動(dòng)所述凹槽內(nèi)的流體旋轉(zhuǎn)，從而在動(dòng)環(huán)的密封端面與靜環(huán)的密封端面之間產(chǎn)生液膜。動(dòng)環(huán)和靜環(huán)均由碳化硅/石墨復(fù)合材料制成，并使用反應(yīng)燒結(jié)碳化硅加碳技術(shù)加工。所述流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)適用于核主泵中，實(shí)現(xiàn)在高壓放射性工作環(huán)境中的良好密封功能。
【專利說(shuō)明】
流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及使用高壓、放射性工作介質(zhì)及長(zhǎng)壽命要求的流體動(dòng)壓型機(jī)械密封的大中型機(jī)械，特別涉及一種流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械密封由于泄漏量低和不需要日常維護(hù)的特點(diǎn)，已廣泛取代了壓蓋軟填料密封。而其中的流體動(dòng)壓型機(jī)械密封是將密封面設(shè)計(jì)為特殊的幾何結(jié)構(gòu)，利用相對(duì)旋轉(zhuǎn)自行產(chǎn)生流體動(dòng)壓效應(yīng)。
[0003]流體動(dòng)壓型機(jī)械密封的密封面是由兩個(gè)垂直于回轉(zhuǎn)軸線的密封平面組成，其中一個(gè)密封面零件安裝在其他零件上保持靜止，稱為“靜環(huán)”，而另一個(gè)固定在軸上并隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為“動(dòng)環(huán)”。動(dòng)靜環(huán)在相對(duì)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中通過(guò)摩擦而實(shí)現(xiàn)密封功能。為了使兩個(gè)密封平面由于摩擦產(chǎn)生的熱量及磨損量保持在允許范圍內(nèi)，在密封面之間必須有一層流體潤(rùn)滑膜。而流體動(dòng)壓型機(jī)械密封的流體潤(rùn)滑膜就是通過(guò)將密封端面設(shè)計(jì)為特殊的幾何結(jié)構(gòu)，通過(guò)動(dòng)靜環(huán)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而自行產(chǎn)生流體動(dòng)壓，在密封面之間形成一層很薄的液膜，避免動(dòng)靜環(huán)之間的干磨，減少磨損量并實(shí)現(xiàn)密封。
[0004]在工程應(yīng)用領(lǐng)域，有的設(shè)計(jì)將動(dòng)環(huán)或靜環(huán)端面加工成毫米級(jí)的U形槽、半圓形槽、圓弧槽、直線槽、臺(tái)階結(jié)構(gòu)或者微米級(jí)的淺槽，還有在密封面邊緣沿周向加工成波紋面。其中，微米級(jí)的淺槽由于流體動(dòng)壓較小，在一定工況下容易造成液膜厚度不足，導(dǎo)致密封面干磨。波紋面加工難度大，由于加工誤差很難保證斜波紋面的波峰與理論面等高。而毫米級(jí)的槽形密封面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，使用范圍最廣，但部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗非均勻力和熱影響能力差，選用的材料和制造工藝不合適，容易引起局部變形，造成液膜不穩(wěn)定。
[0005]核主栗是反應(yīng)堆冷卻劑栗的簡(jiǎn)稱，為反應(yīng)堆冷卻劑提供驅(qū)動(dòng)壓頭，把核反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量送至蒸發(fā)器，最終再由核主栗送回反應(yīng)堆進(jìn)行循環(huán)。典型反應(yīng)堆核主栗運(yùn)行參數(shù)如下:運(yùn)行溫度:293 0C ；運(yùn)行壓力:15.5 MPa;軸密封設(shè)計(jì)壽命:> 26000h。因此，核主栗使用的流體動(dòng)壓型機(jī)械密封必須耐高壓、耐放射性工作介質(zhì)，并且具有很長(zhǎng)的使用壽命。
[0006]核主栗用流體動(dòng)壓型機(jī)械密封依靠動(dòng)靜環(huán)超微的高精度密封端面組合和相互滑動(dòng)摩擦，形成密封面。要確保和維持密封面的精度和密封性，不但對(duì)動(dòng)靜環(huán)密封面的平面度、粗糙度要求嚴(yán)格，而且在很大程度上依賴于選用的材料特性。對(duì)材料的機(jī)械性能、工作環(huán)境、潤(rùn)滑特性、使用壽命、配對(duì)材料的耐磨性、導(dǎo)熱性和耐熱性等均有極高的要求。常用的材料主要有碳石墨等“軟材料”，以及鎳合金、氧化鋁、碳化鎢、碳化硅、氮化硅等“硬材料”。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)，通過(guò)設(shè)計(jì)新的密封面幾何形狀，使其適用于核主栗等大中型機(jī)械，更好地實(shí)現(xiàn)在高壓放射性工作環(huán)境中的密封功能。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)，其中包含靜環(huán)，所述靜環(huán)的密封端面開(kāi)設(shè)有連接形成正十二邊形的12個(gè)凹槽，這些凹槽之間相互連通，且其中任意兩個(gè)相鄰凹槽的連接處與所述靜環(huán)的外圓周面貫通;在這些凹槽中引入流體。
[0009]優(yōu)選地，所述流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包含動(dòng)環(huán)，所述動(dòng)環(huán)的密封端面與所述靜環(huán)的密封端面平行。
[0010]優(yōu)選地，所述動(dòng)環(huán)隨著與之垂直并連接的軸旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心效應(yīng)，帶動(dòng)所述凹槽內(nèi)的流體旋轉(zhuǎn)而在動(dòng)環(huán)的密封端面與靜環(huán)的密封端面之間產(chǎn)生液膜。
[0011]優(yōu)選地，各個(gè)所述凹槽是矩形槽。
[0012]優(yōu)選地，各個(gè)所述凹槽是毫米級(jí)的矩形槽。
[0013]優(yōu)選地，所述凹槽連接形成的正十二邊形的中心與所述靜環(huán)的圓心同心。
[0014]優(yōu)選地，所述動(dòng)環(huán)和靜環(huán)均由碳化硅/石墨復(fù)合材料制成。
[0015]優(yōu)選地，所述動(dòng)環(huán)和靜環(huán)均通過(guò)反應(yīng)燒結(jié)碳化硅加碳技術(shù)加工而成。
[0016]優(yōu)選地，所述流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)設(shè)置于核主栗中。
[0017]本發(fā)明提供的流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)新穎，實(shí)現(xiàn)了以下的有益效果:
(1)設(shè)計(jì)了一種新的核主栗用動(dòng)靜環(huán)密封面幾何結(jié)構(gòu)，更好地實(shí)現(xiàn)了在高壓放射性工作環(huán)境中的密封功能；
(2)通過(guò)選用合適的材料和制造工藝，更好的實(shí)現(xiàn)了核主栗用機(jī)械密封的密封特性并延長(zhǎng)了使用壽命；
(3)為其他類(lèi)似的核主栗用流體動(dòng)壓機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了新的思路和突破口。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本流體動(dòng)壓型機(jī)械密封靜環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖及其局部放大側(cè)剖視圖；
圖2是本流體動(dòng)壓型機(jī)械密封動(dòng)環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖及其A-A向側(cè)剖視圖；
圖3是本流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面動(dòng)環(huán)和靜環(huán)安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明提出一種新的核主栗用流體動(dòng)壓機(jī)械密封端面結(jié)構(gòu)。參見(jiàn)圖1，本發(fā)明所述流體動(dòng)壓型機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的靜環(huán)10，在其密封端面開(kāi)設(shè)有12個(gè)凹槽11，其連接形成正十二邊形，該正十二邊形的中心與所述靜環(huán)10的圓心同心。根據(jù)右側(cè)的局部放大圖可見(jiàn)，各凹槽11是毫米級(jí)的矩形槽。
[0020]這12個(gè)凹槽11之間相互連通，且其中任意兩個(gè)相鄰凹槽11的連接處與靜環(huán)10的外圓周面貫通，既保證了由流體動(dòng)壓產(chǎn)生液膜所需的高壓流體引入，同時(shí)也增加了高壓流體容積，可以更好地實(shí)現(xiàn)機(jī)械密封在不同工況下的受力均勻性及液膜穩(wěn)定性。
[0021]參見(jiàn)圖2所示，本發(fā)明所述流體動(dòng)壓型機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)20端面，設(shè)計(jì)為與靜環(huán)10端面平行的結(jié)構(gòu)。通過(guò)研磨確保密封面的粗糙度及平面度滿足設(shè)計(jì)要求。
[0022]所述動(dòng)環(huán)20和靜環(huán)10，均選用碳化硅/石墨復(fù)合材料，密封面屬于“硬對(duì)硬”配合。碳化硅屬于新型陶瓷材料，接近金剛石的硬度使其具有優(yōu)秀的耐磨性，同時(shí)具有壽命長(zhǎng)，導(dǎo)熱性良好，配對(duì)材料的摩擦學(xué)相容性好，粘著傾向小等優(yōu)點(diǎn)。除了在高溫下溶融強(qiáng)堿和強(qiáng)氧化氣體外，在全濃度硫酸和沸點(diǎn)接近的苛性堿中也能使用，特別是能夠在很大溫度范圍內(nèi)保持耐腐蝕性和耐磨性。是核主栗用機(jī)械密封中應(yīng)用最廣泛的材料之一。石墨具有良好的自潤(rùn)滑性、化學(xué)惰性以及成本低的特點(diǎn)。石墨的自潤(rùn)滑性是因?yàn)槠渑c金屬或陶瓷摩擦?xí)r，在微觀上會(huì)有一層石墨轉(zhuǎn)移膜迅速涂覆在摩擦表面。本發(fā)明的動(dòng)環(huán)20、靜環(huán)10選用反應(yīng)燒結(jié)碳化娃加碳技術(shù)，其中含有一定比例的游離娃和碳，同時(shí)具有“硬材料”碳化娃和“軟材料”石墨的上述優(yōu)良特性，承受高壓及放射性工作介質(zhì)的同時(shí)，又極大地提高了本流體動(dòng)壓型機(jī)械密封的使用壽命。
[0023]由圖3可知，本發(fā)明所述流體動(dòng)壓型機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)10的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)新穎。其主要加工及安裝過(guò)程如下:
1)加工動(dòng)環(huán)20和靜環(huán)10至裝配尺寸；
2)使用熱套方法將靜環(huán)10與其他靜環(huán)10組件裝配在一起；
3)使用熱套方法將動(dòng)環(huán)20與其他動(dòng)環(huán)20組件裝配在一起；
4)研磨動(dòng)環(huán)20和靜環(huán)10至最終尺寸，保證密封面的粗糙度和平面度要求；
5)安裝機(jī)械密封其他零部件。
[0024]參考圖3，本流體動(dòng)壓機(jī)械密封的動(dòng)靜環(huán)10工作原理如下:動(dòng)環(huán)20隨著軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，受旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心效應(yīng)影響，靜環(huán)1的12個(gè)凹槽11中的液體也會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。貼近動(dòng)環(huán)20的流體與旋轉(zhuǎn)面的轉(zhuǎn)速相同，而與靜環(huán)10貼近的流體則是靜止的，從而產(chǎn)生液膜。雖然形成的液膜很薄，但離心力仍有將液膜從密封端面拋出的趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)密封功能。
[0025]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)包含靜環(huán)，所述靜環(huán)的密封端面開(kāi)設(shè)有連接形成正十二邊形的12個(gè)凹槽，這些凹槽之間相互連通，且其中任意兩個(gè)相鄰凹槽的連接處與所述靜環(huán)的外圓周面貫通;在這些凹槽中引入流體。2.如權(quán)利要求1所述的流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包含動(dòng)環(huán)，所述動(dòng)環(huán)的密封端面與所述靜環(huán)的密封端面平行。3.如權(quán)利要求2所述的流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述動(dòng)環(huán)隨著與之連接的軸旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心效應(yīng)，帶動(dòng)所述凹槽內(nèi)的流體旋轉(zhuǎn)而在動(dòng)環(huán)的密封端面與靜環(huán)的密封端面之間產(chǎn)生液膜。4.如權(quán)利要求1所述的流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)，其特征在于， 各個(gè)所述凹槽是矩形槽。5.如權(quán)利要求1所述的流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)，其特征在于， 各個(gè)所述凹槽是毫米級(jí)的矩形槽。6.如權(quán)利要求1所述的流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述凹槽連接形成的正十二邊形的中心與所述靜環(huán)的圓心同心。7.如權(quán)利要求2所述的流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述動(dòng)環(huán)和靜環(huán)均由碳化硅/石墨復(fù)合材料制成。8.如權(quán)利要求7所述的流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述動(dòng)環(huán)和靜環(huán)均通過(guò)反應(yīng)燒結(jié)碳化硅加碳技術(shù)加工而成。9.如權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述流體動(dòng)壓型機(jī)械密封面結(jié)構(gòu)設(shè)置于核主栗中。
【文檔編號(hào)】F04D29/12GK105952899SQ201610493978
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月29日
【發(fā)明人】董富弟, 李天斌, 盧熙寧
【申請(qǐng)人】上海電氣凱士比核電泵閥有限公司