[發明專利]一種自動排泄顆粒的組合流體動壓槽機械密封

無效

• 申請號: 201410070029.7
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103791097A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 陳匯龍;吳強波;鄒強;劉金鳳;付杰
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: F16J15/34
• 分類號: F16J15/34;F16J15/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及流體機械密封技術和流體動壓潤滑理論，具體是指一種保證機械密封液膜承載能力和低泄漏量為前提，自動排泄進入密封端面的微顆粒，防止泵送槽堵塞而喪失泵送能力，最大程度減小泄漏、降低端面磨損和延長機械密封使用壽命。

背景技術

在現代工業應用中，為了滿足航空航天、核電、石油化工等行業領域對機械密封零泄漏、低磨損、壽命長的嚴格要求，出現了表面改形密封技術(干氣密封技術、上游泵送機械密封技術、熱流體動力密封技術等)、多端面密封技術、監控密封技術、組合密封技術等。其最終目的都是為了改善機械密封的密封性能和運行穩定性。這些密封技術在輸送一些無雜質的介質時，能夠取得很好的效果，但是在輸送含顆粒、雜質較多的石油、化工等場合，往往會因為此類機械密封把固體顆粒吸入密封端面之間而不能及時排除，使密封端面微造型堵塞失效，無法發揮動壓型密封應用的作用，同時產生磨粒磨損，導致密封失效，產生嚴重的事故。

近幾年，針對機械密封顆粒磨損失效等問題，主要的解決方法是：通過增加輔助系統，采用過濾、沖洗、分離、隔離等措施，但往往導致費用較高，結構較復雜；或在傳動座外覆蓋隔離套，避免彈性元件與介質直接接觸，但是改變了密封端面的受力情況，費用也較高。針對機械密封端面吸入固體顆粒磨損等問題，也有研究者提出幾種端面改形設計，如：中國專利2534429Y公布了一種雙列同向流體動壓槽上游泵送機械密封，具有較好的密封能力和防固體顆粒作用，但是一旦顆粒進入到泵送槽，造成堵塞，將使機械密封失去動壓效應和泵送效應，導致密封失效；中國專利101701585A公布了一種雙向自上游泵送機械密封環，簡化了密封結構，延長了密封件的使用壽命，但是在顆粒吸入到端面后，沒有排除雜質的機制，堵塞問題仍然存在；中國專利103133696A和102518809A公布了能自動排泄顆粒和防固體顆粒吸入型的機械密封環結構，但是沒有驗證改形后的端面結構是否還有較好的端面開啟性能和密封能力。EP0564153A1中公開了一種具有雙列螺旋槽的非接觸式機械密封，具有較佳的啟動性能和防固體顆粒能力，但其密封能力較低，使用范圍也有限。

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，是一種考慮此類機械密封液膜承載力的前提下，將吸入到密封端面之間的顆粒泵送到外圓弧槽，通過外圓弧槽的循環作用排出密封端面。該密封環表面改形可以有效的自動排泄被吸入到密封端面之間的顆粒，防止泵送槽堵塞，從而保證密封能力，大大減少端面的磨粒磨損，獲得理想的密封效果。

為實現上述目的，本發明主要涉及密封端面表面改形問題，本發明用于顆粒介質的機械密封裝置，是以常規的端面改形技術為基礎進行的進一步改進，其特征在于：在機械密封動環端面或靜環端面上沿周向依次開設循環外圓弧槽和流體動壓泵送槽，圓弧槽位于密封端面上游(高壓側)，泵送槽位于密封端面下游(低壓側)，兩者沿徑向錯列分布，在圓弧槽和動壓槽相接觸的地方進行貫通，保證泵送槽內的顆粒可以借助泵送效應通過圓弧槽排出密封端面。

上述結構中所說的圓弧槽還可以采用斜角槽、葉型槽等，其截面形狀可以是矩形、圓形、三角形等，槽深分為淺槽和深槽，根據密封介質和工況的不同而不同，當開設淺槽時，槽深為6-20μm，利用淺槽產生的流體動壓效應來實現端面的開啟；當開設深槽時，槽深為1-2mm，密封旋轉時，由于流體壓力、溫度以及約束情況產生的力變形、熱變形使密封端面在周向形成波度，產生動壓效應，在徑向形成錐度，產生靜壓效應來實現密封。無論圓弧槽槽深是淺槽還是深槽，槽深都應大于泵送槽槽深，一是能夠保證堵塞在泵送槽的顆粒可以進入到圓弧槽，并排出密封端面；二是在密封端面徑向形成一個類似雷列臺階，由內外壓差流形成動壓效應，保證液膜承載能力。泵送槽的槽型可以是螺旋線型、圓弧線型、斜線型、T字型、人字型，或不同線型的組合，其槽開在端面下游，槽深為3～8μm，槽數為6～20個，槽深可沿周向呈線性收斂或呈臺階型變化。圓弧槽外圓弧和泵送槽末端貫通的弧長為泵送槽寬的0.2～0.8。圓弧槽寬為泵送槽槽寬的0.3～0.6。