[發(fā)明專利]一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410357375.3
• 申請(qǐng)日: 2014-07-25
• 公開（公告）號(hào): CN104165228A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭旭東;包超英;孟祥鎧;李紀(jì)云;王玉明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F16J15/34
• 分類號(hào): F16J15/34
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及流體機(jī)械的機(jī)械密封裝置，適用于航空航天、石油石化、能源電力和化工制藥等領(lǐng)域用壓縮機(jī)、泵和釜攪拌器等旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸的軸端密封裝置，尤其涉及一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，特別適用于液體密封場(chǎng)合。

背景技術(shù)

機(jī)械密封技術(shù)在航空航天、石油化工、能源電力、化工制藥等領(lǐng)域都已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械密封提出了更高的要求，在減小泄漏率的同時(shí)要求降低端面溫度、減小熱變形、增加端面的耐磨性等。非接觸式機(jī)械密封相比于傳統(tǒng)的機(jī)械密封存在很多優(yōu)點(diǎn)，比如摩擦磨損小、端面產(chǎn)熱少、功耗小等優(yōu)點(diǎn)，具有更大的發(fā)展空間，另一方面端面加工工藝的改進(jìn)也推動(dòng)了非接觸式機(jī)械密封的發(fā)展。

目前應(yīng)用比較廣泛的非接觸式機(jī)械密封技術(shù)有在端面開設(shè)微孔、螺旋槽等各種槽型結(jié)構(gòu)。中國(guó)專利200710067278.7涉及一種變分布多孔端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，所述微孔大小不等，在密封端面上呈中心對(duì)稱分布。此機(jī)械密封可以在一定程度上增強(qiáng)流體膜的耐壓性、耐磨性、收斂特性和阻尼，從而提高流體膜的動(dòng)壓效果，改善端面潤(rùn)滑狀態(tài)，提高流體膜剛度，但是其動(dòng)壓效果的增強(qiáng)效果緩慢，尤其對(duì)于啟動(dòng)時(shí)干摩擦問題的改善效果甚微，高速抗干擾能力不足，而且不能產(chǎn)生上游泵送效應(yīng)，因此無法解決減少密封泄漏的問題。美國(guó)專利US005454572A中首次提出了螺旋槽端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，此機(jī)械密封具有較低的摩擦功耗，動(dòng)壓開啟力大，但是存在低速下開啟特性不理想、不適合雙向旋轉(zhuǎn)機(jī)械，無法解決減小泄漏的問題。最近的中國(guó)專利201010583081.4發(fā)明了一種穗形排布微孔端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，該發(fā)明型孔的微米級(jí)尺寸決定此類密封不能產(chǎn)生顯著的動(dòng)壓效應(yīng)，而且在被應(yīng)用于液體介質(zhì)的密封時(shí)其動(dòng)壓效應(yīng)只能依賴于微孔處有限的空化效應(yīng)，在介質(zhì)壓力高于一定值時(shí)這種有限空化效應(yīng)將不再存在，因此難以獲得有效的動(dòng)壓效應(yīng)，并確保端面的及時(shí)開啟和大的液膜剛度或高穩(wěn)定性；此外，端面上微米級(jí)大小的型孔無法滿足長(zhǎng)時(shí)間使用帶來端面磨損顆粒的吸納效果。鑒于上述發(fā)明的不足之處，本發(fā)明一種具有毫米級(jí)上游泵送孔的似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，以滿足上述行業(yè)領(lǐng)域提出的高要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有密封技術(shù)中存在的動(dòng)壓效應(yīng)有限、耐壓耐磨損能力不足、低速低壓下啟停效果較差、泄漏率較大、不適合雙向旋轉(zhuǎn)等缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種動(dòng)壓效應(yīng)好、低速低壓下啟停效果好、泄漏率低、端面潤(rùn)滑冷卻效果優(yōu)異且適合雙向旋轉(zhuǎn)、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)的似含羞草毫米級(jí)上游泵送型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種似含羞草型孔簇端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，包括動(dòng)環(huán)、靜環(huán)，所述動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的端面的一側(cè)為高壓側(cè)即上游，另一側(cè)為低壓側(cè)即下游，所述動(dòng)環(huán)或靜環(huán)至少一個(gè)端面上沿周向均勻分布有由方向性毫米級(jí)孔簇組成的形似含羞草的動(dòng)壓型孔簇，所述似含羞草型孔簇構(gòu)成環(huán)帶，所述環(huán)帶設(shè)在端面上游，所述環(huán)帶的下游設(shè)有光滑平面的環(huán)形密封壩，所述兩個(gè)似含羞草型孔簇結(jié)構(gòu)周向之間的非開孔區(qū)域構(gòu)成密封堰，起到限流和靜密封的作用。

進(jìn)一步，所述似含羞草型孔簇結(jié)構(gòu)在密封端面上呈周期性對(duì)稱排布。

進(jìn)一步，所述似含羞草型孔簇包含徑向的中軸線，所述的中軸線的端部有徑向的頂部型孔，在所述的軸線兩側(cè)有對(duì)稱分布的與所述的中軸線成傾斜角度的側(cè)型孔，同側(cè)的側(cè)型孔沿所述的中軸線排列成行，所述頂部型孔開設(shè)在所述的中軸線的上游側(cè)。

進(jìn)一步，所述似含羞草型孔簇的側(cè)型孔與中軸線之間的傾斜角度為30°～60°。

進(jìn)一步，所述似含羞草型孔簇的頂部型孔和側(cè)型孔的長(zhǎng)軸和短軸之比大于1，尺寸為1～5mm。

本發(fā)明的工作原理：靜壓工況下，密封流體從高壓側(cè)進(jìn)入密封端面，徑向型孔具有的導(dǎo)流作用將密封流體迅速引入端面，動(dòng)環(huán)開始旋轉(zhuǎn)后，被密封流體在速度剪切和壓差的共同作用下進(jìn)入密封端面的頂部型孔中，當(dāng)流體從開槽區(qū)進(jìn)入非開槽區(qū)時(shí)由于流體擠壓效應(yīng)，在開槽邊界處壓力迅速升高，毫米級(jí)型孔將因空化效應(yīng)和泵汲效應(yīng)而產(chǎn)生強(qiáng)流體動(dòng)壓效應(yīng)，迅速產(chǎn)生大開啟力確保端面及時(shí)打開并在端面間維持微米級(jí)流體薄膜，同時(shí)似含羞草型孔簇的富集效應(yīng)使上述強(qiáng)流體動(dòng)壓效應(yīng)得到疊加。傾斜側(cè)型孔的泵送作用將運(yùn)動(dòng)到下游端面的密封流體泵送回端面上游，因此大大減小了密封流體的泄漏。