[發明專利]中間旋轉環機械密封裝置

無效

• 申請號: 201010144528.8
• 申請日: 2010-04-12
• 公開（公告）號: CN101806362A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 王和順;朱維兵;王強
• 申請（專利權）人: 西華大學
• 主分類號: F16J15/34
• 分類號: F16J15/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于旋轉機器的軸端密封，特別涉及一種中間旋轉環機械密封裝置，此中間旋轉環機械密封裝置可用于各種型式的壓縮機、膨脹機、分離機、泵、反應釜等旋轉類機器的軸端密封。

背景技術

機械密封廣泛應用于眾多的旋轉機械軸端，因其工作狀況的復雜性，對機械密封的深入研究將是一個長期、艱巨而又必須不斷推進的過程，特別是高速和低速機組軸端密封的穩定性，始終是困擾研究人員的兩個難點問題。具體表現在：接觸式機械密封在高速狀態下密封面間相對轉速過高，導致密封面摩擦、磨損、發熱、變形等現象嚴重，密封性能迅速下降，甚至不能正常工作；而非接觸式機械密封在低轉速狀態下端面間流體膜不能生成足夠的開啟力和剛度，無法保證密封面的正常分離及間隙的穩定性。因此，很有必要研究一種密封面相對轉速可調控的機械密封技術，一方面降低高速接觸式機械密封端面的相對轉速，另一方面提高低速非接觸式機械密封端面的相對轉速，使不同的機械密封都能夠工作在一個合理的轉速范圍內，從而增加密封的穩定性，延長其使用壽命。

對于高轉速接觸式機械密封，為了降低密封面摩擦、磨損、發熱、變形等嚴重現象，主要通過有以下一些應對措施：

(1)摩擦副材料研究

常用的摩擦副硬環面材料有：硬質合金、陶瓷、特殊鋼、鑄造金屬這幾大類，而其中又以硬質合金和陶瓷類材料使用較多，實用中以碳化硅、氮化硅、碳化鎢居多。特別的是，近年來有研究報道金剛石材料在密封中的應用，少數公司已計劃開發超納米晶體金剛石技術密封端面。常用的摩擦副軟環面有：碳石墨、銅合金、樹脂，其中碳石墨以其良好的自潤滑性、耐腐蝕性、易加工性和較好的傳熱性成為使用率最高的常用的軟環面材料。

(2)密封體特別是動、靜環散熱狀況研究

主要采取：選用散熱性好的材料、改善密封的沖洗條件、優化設計密封結構等措施。因受密封相關介質流量(沖洗量)大小的限制，多數密封中熱量無法通過大幅增加流體流量來帶走，而摩擦副因受耐腐蝕、低摩損等其它條件的約束，很難同時找到動靜環散熱性都非常好的材料配對，因此，此方向的研究只能在一定程度上提高密封的穩定性，難以擺脫高轉速的根本性影響

摩擦副材料研究受材料技術的限制，目前尚不能根本改善高速狀況密封的穩定性，但其效果隨著研究的深入在不斷推進。

對于非接觸式機械密封，以等槽深螺旋槽和“T”形槽端面密封最為典型。如何增強端面流體動壓效應，以增大端面流體膜承載能力和流體膜剛度，從而提升密封運行穩定性，延長使用壽命，拓展密封運用場合是非接觸式機械密封研究和未來發展的一個主要方向。而配對的密封端面間的相對旋轉速度是影響端面流體膜承載能力和流體膜剛度的一個關鍵因素，端面流體膜承載能力和流體膜剛度基本跟端面間相對旋轉速度呈線性正比關系變化。一直以來由于思維定勢的影響和機組條件的限制，并未出現脫離被密封機組轉速來尋找合適的密封端面相對旋轉速度的研究報道和實用產品，這使一些轉速較高和較低機組的軸端密封穩定性和壽命顯著降低，特別是低轉速機組。目前的研究仍主要集中在密封端面槽型及其參數的優化上。

中國專利02146449.9公開了一種雙螺旋角三維螺旋槽端面密封裝置，如圖1所示。其特征是：螺旋槽的上游即高壓側更寬、下游即低壓側更窄，且螺旋槽的深度從上游即高壓側到下游即低壓側逐漸變淺，從而形成一種三維收斂形螺旋槽。該雙螺旋角三維螺旋槽端面密封裝置可獲得更大的流體膜剛度，但其傾斜的槽底加工非常困難。

中國專利02132978.8公開了一種由角形微槽族組成的螺旋槽端面機械密封，如圖2所示。該角形微槽走向與螺旋槽方向一致，該密封端面淺槽結構顯得比較復雜，因該角形微槽沿螺旋槽走向分布，且不存在明顯的收縮形狀，難以大幅提升端面流體膜剛度。

根據目前的密封端面槽型，螺旋槽是一種具有最大流體膜承載能力和流體膜剛度的槽型結構，但對于轉速較低的機組，因其過低的端面相對旋轉速度，已成影響其端面流體動壓效應強弱的瓶頸，端面槽型的優化已難以從根本上改善流體動壓的形成。

綜上所述原因，設計出一種中間旋轉環機械密封裝置，該中間旋轉環機械密封裝置能使不同轉速機組密封端面都能獲得一個合適的相對旋轉速度，從而擺脫被密封機組轉速對密封性能的影響，提升較高(低)轉速機組密封的使用壽命。

發明內容

本發明的目的是提供一種中間旋轉環機械密封裝置，該機械密封裝置能適應更大轉速范圍的機組，特別是高(低)轉速機組。