[實用新型]強化傳熱型三元彎扭微凸體端面機械密封結構

有效

• 申請號: 201720809164.8
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN207005298U
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 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: F16J15/34
• 分類號: F16J15/34
• 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

技術領域

本實用新型涉及一種旋轉式流體機械的機械端面密封結構，特別涉及一種三元彎扭微凸體端面機械密封結構，用于各種壓縮機、泵和反應釜等旋轉機械設備的軸端密封，特別適用于高速場合或要求端面傳熱性能高的場合，屬于機械端面密封技術領域。

背景技術

機械端面密封因具有泄漏小，結構簡單，可自動補償磨損等性能優勢而在石油石化、食品醫藥及造紙等行業用旋轉機械上獲得廣泛應用。傳統的普通機械密封在運行時，動靜環密封端面會產生直接接觸，兩相對滑動端面的接觸摩擦生熱可能會導致密封端面變形或熱裂失效，而軟質密封環的不斷磨損限制了密封使用壽命的進一步提高。機械密封適應高參數工況特別是高速工況及高固含量流體的能力較差，往往因產生上述失效問題而導致環境污染、生產裝置停車，甚至危及人命。

為改善現有接觸式機械密封端面摩擦生熱量較大和接觸磨損影響使用壽命的問題，國內外學者開展了大量研究與研制等有關工作。一方面，在密封端面開設各種不同形狀、不同尺度深度的流體動壓槽，實用新型了干式氣體端面密封(簡稱DGS，見Lubrication Engineering，1994，50(3):pp215以及US 5224714“Non-contacting face seal”)和上游泵送機械密封(簡稱Up-Stream MS，見Lubrication Engineering，1990，46(4):pp213以及US 4290611“High pressure upstream pumping seal combination”)以及圍繞這類密封研制開發的系列新型流體動壓型機械密封，其簡單工作原理是通過端面型槽將流體介質泵入密封端面，并在流體動靜壓的作用下推開端面，使其保持非接觸運行，從而減小端面溫升和降低磨損。但是這種端面上開設型槽的流體動壓型機械密封對固體顆粒的適應能力較差，一旦固體顆粒進入密封端面，仍容易劃傷端面或填充型槽，使密封過早失效。另一方面，利用LIGA技術在密封端面上加工高縱橫比微結構(Highaspect ratios microstructures，簡寫為HARMs)的微凸體密封開始得到國內外學者的關注，如Stephens等利用LIGA技術在軸承和機械密封的承磨表面上加工出均勻分布的HARMs，發現與普通接觸式機械密封相比能顯著降低端面摩擦熱量，提高密封適應含固體顆粒環境的能力，提高密封的可靠性和使用壽命；中國專利CN1818434A(ZL 200610049841.7)提出了一種加工有柱狀微凸體結構的耐磨型機械密封，其具有較好的耐磨性，摩擦熱量小。雖然上述這類柱狀的微凸體結構對固體顆粒具有一定的破碎能力，且端面摩擦熱較低，但是其動壓效應較弱，端面上流體的傳熱能力較弱，加上在密封啟停階段不能產生較強的動壓力以保證密封端面足夠的開啟力，從而容易導致密封在啟停過程中容易發生端面碰磨，在高參數機械密封運行過程中易使密封介質產生汽化，造成干磨。

發明內容

為了克服現有接觸式機械密封工作時摩擦生熱大，適應含固體顆粒環境能力不強的不足，克服現有流體動壓型機械密封端面傳熱能力弱，適應固含量介質能力差的特點，本實用新型提供一種工作時摩擦熱量小，傳熱能力強，耐磨性好，流體動壓效應強，且具有優異啟停特性和運行穩定性的強對流換熱型三元彎扭微凸體端面高速機械密封結構。

本實用新型的技術方案是：

一種強化傳熱型三元彎扭微凸體端面機械密封結構，其特征在于：所述機械密封的動環或靜環的端面上加工有依照端面中心沿圓周方向排列構成環帶的三元彎扭微凸體，所述三元彎扭微凸體是橫截面形狀呈翼型的微柱體，三元彎扭微凸體上的相鄰兩橫截面之間有相對扭轉，所述同一條微凸體環帶上的微凸體沿端面周向均勻布置；所述三元彎扭微凸體的橫截面的長軸沿所述端面的周向設置，所述的橫截面的短軸沿所述端面的徑向設置，三元彎扭微凸體的橫截面的寬度自迎風側到背風側逐漸增大，所述三元彎扭微凸體的周向側壁自迎風側到背風側逐漸向內彎曲，其中內側的周向側壁的曲率大于外側的周向側壁的曲率，環帶上前一微凸體的背風側端面位于后一微凸體的迎風側端面的內側；相鄰兩排的所述環帶之間形成環向流道，流體經微凸體流入環向流道并在其中產生強渦旋；所述三元彎扭微凸體的相鄰兩排環帶錯位排列以形成徑向大流阻；端面上靠泄漏側設置有環形密封壩，密封壩高度與三元彎扭微凸體的高度相等。

優選地，所述三元彎扭微凸體的入口安裝角取值范圍為：θ＝0～15°；所述三元彎扭微凸體相鄰兩排環帶之間形成的環向流道的徑向間隔為100～500μm，同一環帶相鄰兩個微凸體之間的周向距離為10～50μm。