[實用新型]三元扭曲型槽端面機械密封結構

有效

• 申請號: 201720809021.7
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN207333698U
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 彭旭東;江錦波;孟祥鎧;陳源;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

一種三元扭曲型槽端面機械密封結構，包括機械密封的動環和靜環，所述動環和靜環中至少一個密封環的密封端面上加工有沿圓周均勻分布的三元扭曲型槽(1)，所述三元扭曲型槽由兩側壁和三維扭曲變深槽底面組成，三元扭曲型槽的側壁包括迎風側三元扭曲壁面(11)和背風側三元扭曲壁面(13)，三維扭曲變深槽底面(12)自密封環外周側壁向密封環中心逐漸呈扭曲狀變淺，并在密封壩(3)外側與密封端面相交；三元扭曲型槽(1)的側壁與密封環外周側壁的相交線垂直于密封端面；三元扭曲型槽(1)的側壁與密封端面的相交線分為兩段，介質入口側相交線為螺旋線，介質泄漏側相交線為徑向直線。

技術領域

本實用新型涉及一種旋轉式流體機械的軸端用機械端面密封結構，特別涉及一種型槽壁面為三元扭曲面的三元扭曲型槽機械端面密封結構，用于各種壓縮機、泵和反應釜等旋轉機械的旋轉軸密封。

背景技術

密封端面開設等深螺旋槽結構的氣體潤滑或液體潤滑非接觸式機械密封已在石油、石油化工和電力等行業用中高速旋轉機械(如離心壓縮機、高速泵等)上獲得廣泛的應用。在動環旋轉時，利用型槽的動靜壓效應將流體介質泵入密封端面，進入密封端面的流體介質在型槽根部流動受阻而壓力升高，產生一定的開啟力并推開端面，從而使動靜環之間有一層微米級的流體膜而實現非接觸運行。但是現有等深螺旋槽結構的非接觸式機械密封在高速旋轉機械的使用過程中流體膜剛度不夠大，密封泄漏較為嚴重，導致失效事故頻發。中國專利CN1415877A、CN101644333A，美國專利US5441283等都可在一定程度上提高密封的流體膜剛度，減小密封泄漏，特別是雙螺旋角三維螺旋槽端面密封結構，與普通等深、等螺旋角的二維螺旋槽端面密封相比，在相同條件下其流體膜厚度或剛度更大，可靠性更高。

以往采用激光打標、化學蝕刻、電鍍等方法所加工端面型槽的型槽側壁都與密封端面近乎垂直，難以控制型槽壁面的形狀，這在一定程度上限制了端面型槽性能的提高。近年來，3D打印技術興起，特別是微納尺度超高精度3D打印技術的發展，目前3D打印技術已實現金屬材料的線條做到120nm，甚至有部分材料可做到30～40nm，表面粗糙度可控制在4～10nm，這使得復雜流道和扭曲壁面的端面型槽加工成為可能。

發明內容

為了改善現有等深或變深典型螺旋槽機械端面密封在中高速條件下所存在的流體膜剛度不夠大，密封泄漏量較大等不足，本實用新型提供一種端面動壓效應好、流體膜剛度大、泄漏量小，適用于中高速運行工況的三元扭曲型槽機械端面密封結構。

本實用新型的技術方案是：

一種三元扭曲型槽端面機械密封結構，包括機械密封的動環和靜環，所述動環和靜環中至少一個密封環的密封端面上加工有沿圓周均勻分布的三元扭曲型槽1，所述三元扭曲型槽由兩側壁和三維扭曲變深槽底面組成，三元扭曲型槽的側壁包括迎風側三元扭曲壁面11和背風側三元扭曲壁面13，三維扭曲變深槽底面12自密封環外周側壁向密封環中心逐漸呈扭曲狀變淺，并在密封壩3外側與密封端面相交；三元扭曲型槽1的側壁與密封環外周側壁的相交線111和131垂直于密封端面；三元扭曲型槽1的側壁與密封端面的相交線分為兩段，介質入口側相交線113和133為螺旋線，介質泄漏側相交線114和134為徑向直線。

背風側三元扭曲壁面13與三維扭曲變深槽底面12的相交線132在密封端面上的投影線，和迎風側三元扭曲壁面11與三維扭曲變深槽壁面12的相交線112在密封端面上的投影線都是螺旋線；

所述相鄰兩個三元扭曲型槽周向間設有不開槽的密封堰，所述三元扭曲型槽的泄漏側加工有密封壩，起到停車密封的作用。

優選地，三元扭曲型槽1的側壁與密封端面的相交線中的介質入口側相交線113和133、背風側三元扭曲壁面13與三維變深槽底面12的相交線132、背風側三元扭曲壁面13與密封端面介質入口側的相交線133、迎風側三元扭曲壁面11與三維變深槽壁面12的相交線112、迎風側三元扭曲壁面11與密封端面泄漏口側的相交線113在密封端面上的投影線都是對數螺旋線。