[發明專利]傾斜漸變多孔端面非接觸式機械密封結構

有效

• 申請號: 201310364262.1
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN103470762A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 彭旭東;佘寶瑛;孟祥鎧;李紀云
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: F16J15/16
• 分類號: F16J15/16
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

(一）技術領域

本發明所涉及的是旋轉軸的端面密封裝置，適用于各種壓縮機、泵和釜用攪拌器等旋轉機械轉軸的軸端密封裝置，屬于機械端面密封技術領域。

（二）背景技術

目前，流體機械的轉軸密封經常采用機械密封，隨著石油化工行業的飛速發展，要求機械密封具有更高的穩定性和長壽命。非接觸式機械密封以其動壓性能優良，摩擦功耗低、端面潤滑效果好，密封性能穩定而越來越受到石化行業的青睞，但目前開發的一些非接觸式密封端面結構如：單向螺旋槽、直線槽、雙向T型槽，雙向U型槽等存在泄漏率大，而較大的泄漏量在一些特殊場合，如：有毒介質、易燃易爆介質等工況下會成為限制其應用的決定性因素；且在礦上、冶金、建筑、石化等高固體顆粒場合，介質中的硬質磨料也容易在槽根部積聚且對端面產生磨損，導致密封失效。為此，Etsion.I最先發明了一種多孔端面應用于泵類液體軸封裝置，且目前國內外已有多項此類專利（如：USA?Patent6,046,430；USA?Patent6,341,782；世界專利WO02093046；中國專利：200510038704.9；200910153312.5）但是由于目前專利中所設計的微孔結構具有相同的幾何尺寸，沒有從高壓側到低壓側形成收斂型流道，故流體動壓效果較差，耐壓能力不強，從而使密封端面的流體膜承載能力有限，容易發生端面的接觸摩擦磨損，很大程度上抵消了微孔的減磨優勢。因此研發一種密封端面結構在增強端面動壓開啟性能和潤滑性能、減小端面摩擦磨損和泄漏率成為機械密封中的一個關鍵問題。

（三）發明內容

本發明要克服現有單向螺旋槽和直線槽，雙向T型槽、U型槽或圓弧槽等存在泄漏率大，防固體顆粒能力和耐摩擦磨損能力差的缺點，同時為了克服微孔端面在低速或高壓下流體動壓效應差，耐壓能力和抗干擾能力不夠的缺點，提供一種能實用于各種條件和介質的非接觸式機械密封結構——傾斜漸變多孔端面非接觸式機械密封結構，該結構具有動壓效應好、防固體顆粒能力和耐摩擦磨損能力強、泄漏率低、端面潤滑效果好、耐壓能力和抗干擾能力強，使用壽命長。

本發明的有益效果是：同螺旋槽或直線槽或圓弧槽結構相比，所述漸變孔可以吸納不同大小的固體顆粒或其它磨料，存儲潤滑劑的能力大小與該孔所處位置的線速度高低相對應，可避免高摩擦熱產生并使端面具有較好的耐磨性和潤滑能力。與等直徑多孔端面相比，所述漸變孔向下游側傾斜因此具有向下游泵送作用，且沿周向和徑向傾斜排布，從而使剪切流和壓差流流向一致指向下游側，因此具有較強的動壓開啟性能，從而避免了端面的摩擦磨損；所述漸變孔從上游到下游尺寸逐漸減小，沿徑向成收斂狀排布，因此具有較強的抗干擾能力且泄漏率也較小。

本發明的技術方案：

傾斜漸變多孔端面非接觸式機械密封結構，它包括機械密封的動環、靜環，所述動環和靜環端面的一側為高壓側即上游，所述動環和靜環端面的另一側為低壓側即下游，其特征在于：所述動環或靜環中至少有一個密封環的端面上開有依照旋轉中心對稱分布的傾斜漸變孔，構成漸變孔環帶；所述漸變孔的隊列排列成與所述的端面的直徑成傾斜角的傾斜直線，且各個隊列的傾斜角相等；所述隊列中的漸變孔從高壓側即上游到低壓側即下游孔徑逐漸減小；位于相同半徑上的漸變孔的尺寸相同；所述密封環的端面上的上游和下游上設有光滑平面的環形密封壩。

所述隊列的傾斜度β取值范圍為0～90°，其中β為漸變孔隊列所在直線和該直線與所述的端面圓周交點處圓周的切線間的夾角，且各個隊列傾斜直線的β均相等；所述漸變孔的長軸傾斜角θ取值范圍為0～180°，其中θ為漸變孔的長軸和所述的切線間的夾角。

進一步，所述漸變孔環帶的徑向長度比a定義為a=（r_o-r_g）/（r_o-r_i），其中r_i、r_o分別為開孔端面的內外半徑，r_g為端面開孔區的最小半徑；所述徑向長度比a的取值范圍為0.4～1。

進一步，所述漸變孔單個隊列包含3～20個漸變孔，優選為5～10個。

進一步，所述漸變孔位于高壓側的孔長軸為0.1～5mm，長、短軸之比為1～10；所述漸變孔位于低壓側的孔長軸為0.05～1mm，長、短軸之比為1～10；所述漸變孔的結構尺寸的漸變幅度為0.05～1mm；所述隊列中的相鄰漸變孔的等間距相等，相鄰兩孔之間的間距為0.05～1mm。