CN107906206A - 一种可双向旋转的筒罩型槽端面机械密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可双向旋转的筒罩型槽端面机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，所述动环或静环的至少一个密封端面上设置有多个沿周向均匀分布的筒罩型流体动压槽，所述动压槽关于其自身径向中心线对称，所述动压槽包括依次连接的槽口、槽壁和槽根，所述槽口设置在所述密封端面的高压侧，所述槽根设置在所述密封端面的低压侧，所述槽壁包括依次连接的矩形槽壁和锥形槽壁，所述矩形槽壁与所述锥形槽壁的小锥面相连接，所述锥形槽壁的大锥面与所述槽根相连接并形成尖角形收敛结构。本发明结构形状结构简单，便于设计生产，当该装置的动环随旋转轴正向或逆向旋转时，在动、静环密封端面之间均可形成连续、稳定的流体薄膜。

Description

一种可双向旋转的筒罩型槽端面机械密封结构

技术领域

本发明涉及一种可双向旋转的非接触流体动压式机械密封的端面结构，特别是涉及一种可双向旋转的筒罩型槽端面机械密封结构。

背景技术

机械密封分为接触式与非接触式。非接触式机械密封在运行时密封端面相互不接触，端面无磨损，功耗非常小，即使在高速高压的工况下也能正常工作。与普通接触式机械密封相比，非接触式机械密封最大的特点在于其密封端面上有深约数微米至数毫米的浅槽或深槽。当轴旋转时，这些槽可以产生流体动压，使密封端面之间保持数微米的微小间隙，间隙之间为气膜或液膜，此时密封端面高速相对旋转时摩擦力非常小，而且由于密封端面间的间隙非常小，通过其间的泄漏量也很小。非接触式机械密封的技术关键点是密封端面上的槽型，不同的槽型具有不同的流体动压特性，因此，在实用上出现了多种形状结构的动压槽。可用于双向旋转的槽型如专利US5222743，US5947481，CN01102213.2，US6726213B2，CN201210034116.8，CN201310059819.0等均曾公开报道。动压槽的开设不仅要有较好的形状以提高动压效应和逆流泵送效应，还要有利于加工制造，便于加工以降低生产成本。双向槽虽然对轴的旋转方向无限制，但其流体动压特性不强，流体膜刚度不足。大多数双向槽型由于缺乏足够的流体动压特性导致密封端面间隙过小，此时系统压力波动和转子扰动常导致端面碰撞，使密封面磨损并提前失效。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种有良好流体动压效应的可双向旋转的筒罩型槽端面机械密封结构，当该装置的动环随旋转轴正向或逆向旋转时，在动、静环端面之间均可形成稳定的流体薄膜。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供了一种可双向旋转的筒罩型槽端面机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，所述动环或静环的至少一个密封端面上设置有多个沿周向均匀分布的筒罩型流体动压槽，所述动压槽关于其自身径向中心线对称，所述动压槽包括依次连接的槽口、槽壁和槽根，所述槽口设置在所述密封端面的高压侧，所述槽根设置在所述密封端面的低压侧，所述槽壁包括依次连接的矩形槽壁和锥形槽壁，所述矩形槽壁与所述锥形槽壁的小锥面相连接，所述锥形槽壁的大锥面与所述槽根相连接并形成尖角形收敛结构。

可选的，所述动压槽上设置有引流槽，所述引流槽从所述槽口延伸至所述槽根。

可选的，所述槽根的面为与所述动环或静环同心的弧形面。

可选的，所述动压槽为等深槽。

可选的，所述动压槽的槽深为1～100μm。

可选的，所述动压槽为变深槽，径向由所述槽口向所述槽根逐渐变浅，圆周方向由所述动压槽的中心线向两侧所述槽壁逐渐变浅。

可选的，所述引流槽为等深槽。

可选的，所述引流槽的槽深为1～50μm，所述引流槽的宽度为0.5～4mm。

可选的，所述矩形槽壁与所述动压槽的径向长度比为0.2～0.8，所述槽口与所述槽根的宽度比为0.2～0.8，所述锥形槽壁的夹角为20°～160°。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的一种可双向旋转的筒罩型槽端面机械密封结构形状结构简单，便于设计生产；当该装置的动环随旋转轴正向或逆向旋转时，在动、静环密封端面之间均可形成连续、稳定的流体薄膜；锥形槽壁的大锥面与槽根相连接并形成尖角形收敛结构，在此区域流道面积明显缩小，流体被压缩后，在此区域形成高压区，可以显著提升流体膜的膜压和刚度，有效提高双向槽的稳定性；在机器运行时，动环旋转，与静环产生相对运动，此时动压槽的第一矩形槽壁与第一锥形槽壁(或第二矩形槽壁与第二锥形槽壁)为迎水面，另一侧第二矩形槽壁与第二锥形槽壁(或第一矩形槽壁与第一锥形槽壁)为背水面，在密封环面与流体的剪切作用下，迎水面可引导流体泵入动压槽内，而背水面起到将动压槽内流体汲出的作用，可以有效减少被密封流体的泄漏量并避免了流体内杂质颗粒在槽内沉积的可能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中的筒罩型槽端面的结构示意图；

图2为本发明中设置了引流槽的动压槽结构示意图；

图3为图2中动压槽等深时的A-A示意图；

图4为图2中动压槽变深时的A-A示意图；

图5为图2中动压槽变深时的B-B示意图；

附图标记说明：1——动环；2——动压槽；21——第一矩形槽壁；22——第二矩形槽壁；23——第一锥形槽壁；24——第二锥形槽壁；3——槽根；4——槽口；5——引流槽；A——低压侧；B——高压侧；L1——矩形槽壁的径向长度；L2——动压槽的总径向长度；L3——槽口的宽度；L4——槽根的宽度；L5——引流槽的宽度；H1——动压槽的槽深；H2——引流槽的槽深；Ro——动环或静环的外圆半径；Ri——动环或静环的内圆半径；Rg——槽根的半径；β1——a点与圆心O的连线和c点与圆心O的连线形成的夹角；β2——b点与圆心O的连线和c点与圆心O的连线形成的夹角；β3——第一锥形槽壁和第二锥形槽壁的夹角。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步详细的说明。

如图1-5所示，本发明提供一种可双向旋转的筒罩型槽端面机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，所述动环或静环的至少一个密封端面上设置有多个沿周向均匀分布的筒罩型流体动压槽2，于本实施例中，如图1所示，选为在动环1的密封端面上设置有多个沿周向均匀分布的筒罩型流体动压槽2，动压槽2关于其自身径向中心线对称，动压槽2包括依次连接的槽口4、槽壁和槽根3，槽口4设置在所述密封端面的高压侧B，槽根3设置在所述密封端面的低压侧A，所述槽壁包括依次连接的矩形槽壁和锥形槽壁，所述矩形槽壁与所述锥形槽壁的小锥面相连接，所述锥形槽壁的大锥面与所述槽根相连接并形成尖角形收敛结构。在尖角形收敛结构区域流道面积明显缩小，流体被压缩后，在此区域形成高压区，可以显著提升流体膜的膜压和刚度，有效提高双向槽的稳定性。

于本实施例中，如图1-2所示，所述矩形槽壁包括第一矩形槽壁21和第二矩形槽壁22，所述锥形槽壁包括第一锥形槽壁23和第二锥形槽壁24，第一矩形槽壁21与第一锥形槽壁23连接，第二矩形槽壁22与第二锥形槽壁24连接。

为了便于贮气贮液，提高动环与静环之间的润滑性，避免机器启动时动环与静环相互咬死的情况发生，于本实施例中，如图2所示，动压槽2上设置有引流槽5，引流槽5从槽口4延伸至槽根3，动压槽2关于其自身径向中心线对称，引流槽5关于其自身径向中心线对称。同时，引流槽5还能够贮藏流体内的杂质颗粒，防止杂质颗粒破坏动环1与静环的密封面。于本实施例中，引流槽5可选为等深槽，引流槽5的槽深H2的可选取值范围为1～50μm，引流槽5的宽度L5的可选取值范围为0.5～4mm。

为了使流体膜的膜压分布更均匀，槽根3的面设置为与所述动环或静环同心的弧形面，于本实施例中，如图1-2所示，槽根3的面设置为与动环1同心的弧形面，圆心为O。

于本实施例中，如图2-3所示，动压槽2为等深槽，动压槽2的槽深H1可选取值范围为1～100μm。于另一实施例中，如图2、4、5所示，动压槽2为变深槽，径向由槽口4向槽根3逐渐变浅，圆周方向由动压槽2的中心线向两侧所述槽壁逐渐变浅。当动压槽2为变深槽时，变深槽2的流道过流面积收敛性更强，从槽口4向槽根3流道面积进一步不断缩小，与等深槽的动压槽2相比，可以产生更大的膜压及刚度。

于本实施例中，如图1-4所示，矩形槽壁的径向长度L1与动压槽2的总径向长度L2之比为L1/L2＝0.2～0.8；槽口4的宽度L3与槽根3的宽度L4之比为L3/L4＝0.2～0.8；槽坝比(Ro-Rg)/(Ro-Ri)＝0.2～0.9；槽堰比β2/β1＝0.2～0.8；锥形槽壁的夹角即第一锥形槽壁23和第二锥形槽壁24的夹角为20°～160°。

本发明提供的一种可双向旋转的筒罩型槽端面机械密封结构，在机器运行时，动环1旋转，与静环产生相对运动，此时动压槽2的第一矩形槽壁21与第一锥形槽壁23为迎水面，相应的，另一侧第二矩形槽壁22与第二锥形槽壁24为背水面(或动压槽2的第二矩形槽壁22与第二锥形槽壁24为迎水面，相应的，第一矩形槽壁21与第一锥形槽壁23为背水面)，在密封环面与流体的剪切作用下，所述迎水面可引导流体泵入动压槽2内，而所述背水面起到将动压槽2内流体汲出的作用，可以有效减少被密封流体的泄漏量并避免了流体内杂质颗粒在槽内沉积的可能，本发明中的可双向旋转的筒罩型槽端面机械密封结构形状结构简单，便于设计生产，当该装置的动环随旋转轴正向或逆向旋转时，在动、静环密封端面之间均可形成连续、稳定的流体薄膜。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种可双向旋转的筒罩型槽端面机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，其特征在于，所述动环或静环的至少一个密封端面上设置有多个沿周向均匀分布的筒罩型流体动压槽，所述动压槽关于其自身径向中心线对称，所述动压槽包括依次连接的槽口、槽壁和槽根，所述槽口设置在所述密封端面的高压侧，所述槽根设置在所述密封端面的低压侧，所述槽壁包括依次连接的矩形槽壁和锥形槽壁，所述矩形槽壁与所述锥形槽壁的小锥面相连接，所述锥形槽壁的大锥面与所述槽根相连接并形成尖角形收敛结构。

2.根据权利要求1所述的可双向旋转的筒罩型槽端面机械密封结构，其特征在于，所述动压槽上设置有引流槽，所述引流槽从所述槽口延伸至所述槽根。

3.根据权利要求1所述的可双向旋转的筒罩型槽端面机械密封结构，其特征在于，所述槽根的面为与所述动环或静环同心的弧形面。

4.根据权利要求1或2所述的可双向旋转的筒罩型槽端面机械密封结构，其特征在于，所述动压槽为等深槽。

5.根据权利要求4所述的可双向旋转的筒罩型槽端面机械密封结构，其特征在于，所述动压槽的槽深为1～100μm。

6.根据权利要求1或2所述的可双向旋转的筒罩型槽端面机械密封结构，其特征在于，所述动压槽为变深槽，径向由所述槽口向所述槽根逐渐变浅，圆周方向由所述动压槽的中心线向两侧所述槽壁逐渐变浅。

7.根据权利要求2所述的可双向旋转的筒罩型槽端面机械密封结构，其特征在于，所述引流槽为等深槽。

8.根据权利要求7所述的可双向旋转的筒罩型槽端面机械密封结构，其特征在于，所述引流槽的槽深为1～50μm，所述引流槽的宽度为0.5～4mm。

9.根据权利要求1所述的可双向旋转的筒罩型槽端面机械密封结构，其特征在于，所述矩形槽壁与所述动压槽的径向长度比为0.2～0.8，所述槽口与所述槽根的宽度比为0.2～0.8，所述锥形槽壁的夹角为20°～160°。