[發明專利]一種實現零泄漏非接觸的多端面組合式機械密封

在審

• 申請號: 201310563469.1
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN103557334A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 陳匯龍;吳強波;劉志斌;左木子;徐成
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 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

本發明涉及多端面機械密封設計技術領域，具體是指一種考慮停車密封、實現零泄漏、非接觸的新型多端面機械密封結構，目的在于獲得理想的密封效果和最大程度上減少變形以及磨損。

背景技術

隨著工業技術的發展，對機械密封的性能要求越來越高，在一些高壓、高速、高溫等工況下，特別是一些航空航天、核電站、石油化工等領域，要求機械密封實現零泄漏、變形小、壽命長。能源的急劇消耗和嚴格的環保目標，使得提高機械密封的穩定性和壽命成為機械密封制造領域深受關注和重視的課題。

為了實現機械密封的零泄漏和延長機械密封使用壽命，目前的研究主要是通過密封端面的表面微造型和組合密封實現“非接觸”和“零泄漏”，并取得了一定的成效。如：以色列教授Etsion.I在Model?for?mechanical?seals?with?regular?microsurface?structure.Tribology?Transactions.39(3)：677-683(1996)一文中提出在機械密封端面加工微觀凹腔，能夠產生動壓效應，改善潤滑狀態；中國專利200710067282.7提出一種在動環或靜環開設變分布微孔的機械密封結構，微孔大小不等，在密封端面呈中心對稱分布，增加動壓效應，但是微凹腔的泵送能力較弱，無法解決泄漏問題，而且不能解決開機、停車時的干摩擦問題；中國專利101701585A、2534428Y、96216242.6等公布了不同結構的上游泵送機械密封環，其泵送能力和動壓效應，能夠減少泄漏量，降低磨損程度，延長密封副的使用壽命，但是開機時的瞬間開啟能力和停車時的磨損依然沒有得到有效的解決；中國專利200510038704.9公開了一種槽腔耦合的端面機械密封，在機械密封的動環或者是靜環上開設微腔和泵送槽，這兩種造型的結合使得機械密封的流體動壓效應和上游泵送效應更為顯著，但對于開機時的潤滑狀況改善效果仍然還不夠明顯。

中國專利200620040216.1公布了一種螺旋組合機械密封裝置，在軸套內壁設有花鍵、密封槽、外壁設有螺旋槽，能夠減少密封腔介質的工作壓力，改善工作效果，延長使用壽命；中國專利201310015689.0公布了一種多端面組合機械密封，通過在靜環設有多個與注水孔連通的流道孔以及與流道孔連通的一道或多道第一環形槽，使得動靜環接觸面具有多道端面和多個流道，形成自循環、自冷卻的效果，保證了良好的潤滑狀態和冷卻效果；美國專利2008/0290606A1公布了一種組合機械密封，在軸上固定一個外罩，與動環連接，防止泄露，在動環與靜環接觸端面加工成圓錐形，形成第二道密封；加拿大專利2508354A公布了一種包括配套環、軸向移動的主環形成的密封機構，可以適用于不同壓力參數的密封。然而，上述密封都不能有效的解決停車時端面的嚴重磨損問題，密封性能也未能達到理想的狀態。

發明內容

基于上述問題，本發明的目的就是彌補現有技術上的不足而提出的一種有效考慮停車密封的潤滑狀態、實現零泄漏非接觸的多端面組合式機械密封。該密封結構的使用可以大大簡化密封系統的結構，實現理想的密封效果，散熱均勻，減少熱變形，密封端面的改進可以有效的減少顆粒的進入，從而減少端面磨損，增強密封的穩定性，延長密封副的使用壽命。

為實現上述目的，本發明主要涉及密封副端面接觸的改進問題，其特征在于：將機械密封靜環伸出端面嵌套在動環內，在其接觸的表面上依次開設有凹腔、泵送槽，其中在第一道靜環端面上開設沿周向和徑向呈均勻分布的凹腔，結構可以是三角形、矩形、六邊形、圓形、圓弧截面等，結構參數為：微孔欄數為n＝12～30，周向開孔長度比徑向開孔長度比γ＝0.4～0.8，微孔深度h＝5～20μm，半徑r＝20～50μm；在靠近內徑的動環端面上開設泵送槽，其槽型可以是螺旋線型、圓弧線型、斜線型、T字型、人字型等，槽深為5～10μm，槽數為6～20個。

本發明的效果主要是：(1)在靠近外徑處靜環端面上開設微凹腔，其動壓效應產生的開啟力能夠極大的改善密封端面的摩擦潤滑狀態，此處形成第一道密封；(2)在機械密封靠近內徑處的動環端面上開設泵送槽，起到流體泵送效應和動壓效應，增大開啟力的同時將低壓側泄漏液體泵送至上游高壓側，減少泄漏量。當摩擦副不旋轉時，在彈簧預緊力下，靠內徑處的端面緊密貼合，能夠有效的防止停車或者低速運轉時引起的泄漏，此處形成第二道密封；(3)兩個密封端面之間的軸向泄漏通道，起到間隙密封或迷宮密封的作用，能有效的降低泄漏介質的壓力，形成了第三道密封；(4)動靜環的嵌套，在實際運轉時，形成了類似的“軸承效應”，可以更好的改善密封副的潤滑狀態和散熱。