[發明專利]螺旋分布收斂型微孔織構機械密封

有效

• 申請號: 201410191186.3
• 申請日: 2014-05-07
• 公開（公告）號: CN104154235B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 李永健;黃偉峰;劉瑩;索雙富;高志;劉向鋒;王玉明
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F16J15/16
• 分類號: F16J15/16
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本發明屬于旋轉軸的機械密封技術領域，特別涉及螺旋分布收斂型微孔織構機械密封。?

背景技術

表面織構技術被廣泛用于摩擦副的減摩和減阻，在機械密封領域也得到了成功的應用。工程實踐表明表面織構的減摩作用可以有效提高密封端面的耐磨性和使用壽命。?

1996年，以色列學者Etsion最先提出了一種基于激光微孔技術的機械密封，用于泵類的液體軸封。為了改善微孔織構在干氣密封以及低速工況下動壓開啟能力較差的問題，國內外陸續出現了多種新型的端面織構以提高端面微孔織構的作用效果。2007年，專利CN101016949A公開了一種變分布的多孔端面機械密封結構，在密封端面上沿中心對稱排布大小不等的微孔，獲得更為優異的耐壓性、耐磨性和收斂特性；2009年，專利CN101672366A公開了一種傾斜式方向性微孔端面機械密封結構，改用方向性微孔，并使微孔長軸方向與端面直徑成傾斜的角度，獲得更好的流體動壓效果；2010年，專利103090005A公開了一種螺旋分布多孔端面機械密封，在密封環端面上沿軸向均勻分布10到20個螺旋區域，并在每個螺旋區域上均勻分布圓孔，從而減小摩擦轉矩、產熱量及摩擦磨損。這些織構有效提高了密封的開啟力，并通過微孔結構容納固體顆粒的能力延長了密封的使用壽命。但是這些微孔織構的流體動靜壓效應有限，只能在高轉速和小膜厚的工況下產生足夠的承載力，在啟停過程中容易發生端面碰摩，產生磨損，影響密封的可靠性和使用壽命。?

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種螺旋分布收斂型微孔織構機械密封，它是一種流體動、靜壓結合型的下游泵送型機械密封裝置，在相同的條件下具有更大的流體膜厚度，或者在相同的流體膜厚度下具有更大的流體膜剛度。?

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：?

螺旋分布收斂型微孔織構機械密封，包括機械密封的動環、靜環，動環和靜環的一個端面相對，形成圓環形的密封端面，在動環和靜環的至少一個密封端面上設置織構帶，織構帶設在整個端面或靠近高壓側的部分端面上；織構帶上布置一系列微孔織構，每列微孔織構的中心按照螺旋線分布，即微孔織構中心所在曲線的走向為近似螺旋線、或近似的曲線、斜直線，當密封環外側為高壓時，微孔收斂方向與螺旋線展開方向相反；當密封環內側為高壓時，微孔收斂方向與螺旋線展開方向相同。?

所述的螺旋線的螺旋角α定義如下：設平滑曲線(含斜直線)從半徑較小的內半徑處的A點(或A’、A”)開始，到半徑較大的外半徑處的B點(或B’、B”)為止，在內外半徑之間的任意半徑R處的同心圓與該曲線相交于P點(或P’、P”)，曲線過P點(或P’、P”)的切線(或直線本身)與上述同心圓過P點(或P’、P”)的切線之間的所夾的角α為螺旋角，分布線的螺旋角的范圍為0°<|α|<90°，螺旋角α是恒定或是變化的。?

所述微孔織構的每個微孔為沿上游向下游的收斂型形狀，即微孔織構上游側的長度比下游的長度大，即沿螺旋分布線微孔尺寸從大向小變化且微孔大端朝向高壓側，微孔的形狀為三角形、水滴形、梯形以及其他具備收斂型特征的幾何形狀。?

所述收斂型微孔的取向，即中軸線方向與所在位置的螺旋型分布線近似相切。?

所述微孔深度的范圍是：0.005～0.2mm；大端寬度的范圍是：?0.005～0.1mm；小端與大端的寬度之比的范圍是0～0.5；微孔長度與大端寬度之比的范圍是：0.2～5；織構微孔沿分布線方向的間距與微孔長度之比的范圍是：0.1～1；織構微孔在圓周方向的角度間距范圍是：4°～40°；微孔織構的面積密度范圍是：0.1～0.6；壩區在半徑方向上的寬度與環面寬度之比的范圍是0～0.5，上述參數在給定的范圍內是恒定或者是變化的。?

本發明的工作原理：?

微孔織構具有幾何收斂型特性，使得流體從上游高壓端向下游低壓端流入微孔織構后，沿微孔中軸線方向上被織構的幾何形狀擠壓，從而在每個微孔織構的末端(下游端)形成高壓，從而增大了織構的流體動壓效應，產生更大的承載能力。?

同時，螺旋分布的收斂型微孔織構能適應密封環面各處流動的差異。密封環上，從外徑處到內徑處，回轉半徑逐漸減小，沿此方向，密封介質的周向速度也呈下降的趨勢。密封端面間密封介質的沿端面的流動是其周向流動和徑向流動的合成，因而介質的總流動方向沿從外到內的方向是逐漸變化的，越靠近外側，周向速度分量越大。本發明中收斂型微孔織構按照螺旋式分布，能最大程度地利用流動的這個特點，綜合利用流體動靜壓效應，增大承載能力。?