[發明專利]開放橢圓型線槽端面雙向旋轉機械密封結構

在審

• 申請號: 201810810947.7
• 申請日: 2018-07-23
• 公開（公告）號: CN108869749A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 白少先;謝靜
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: F16J15/34
• 分類號: F16J15/34;F16J15/40
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;王兵

開放橢圓型線槽端面雙向旋轉機械密封結構，包括機械密封的動環和靜環，所述動環和靜環的端面一側為高壓側，動環和靜環的端面另一側為低壓側，動環或靜環密封端面上周向均勻分布若干橢圓型線槽，橢圓型線槽設在端面高壓側，端面低壓側設有一連續的環形密封壩，橢圓型線槽的型線為端部帶有缺口的橢圓型線，與高壓側環境連通；橢圓型槽的形狀為橢圓型線或類橢圓圓弧線，沿周向方向具有收斂性；橢圓型線槽的長軸與通過橢圓型線槽中心的密封端面直徑相交。本發明的有益效果主要表現在：在正轉及反轉時均能保證端面較強的流體動壓效應，并在啟停時也能快速分離密封端面減少端面磨損，實現了密封的非接觸、耐磨損，延長了使用壽命，提高了密封的可靠性。

技術領域

本發明屬于端面機械密封結構設計技術領域，具體是指開放橢圓型線槽端面雙向旋轉機械密封結構，適用于各種壓縮機、泵和釜等旋轉機械的軸端密封裝置。

背景技術

機械密封是防止旋轉式流體機械軸端泄漏的主要手段，隨著石化、能源、航空航天等領域的迅猛發展，對于極端工況(高溫、高壓、高速或超低溫、真空等)條件下的機械密封性能、使用壽命和可靠性提出了更高的要求。并且能夠避免高速旋轉機械反轉時密封件的失效，還可以應用在需要雙向旋轉的場合。目前，動壓型氣體端面密封主要以螺旋槽密封最為典型，并在離心式壓縮機、泵及反應釜等設備的軸端密封上獲得廣泛應用。但是，螺旋槽密封存在啟動或停車性能較差，反轉時不能提供動壓開啟力等問題。雙向旋轉氣體密封的端面形式主要包括徑向直線槽、T型槽、梯形槽等，由于槽型結構對稱，能夠適應誤操作時的反向旋轉和需要雙向旋轉的場合，但是卻存在動壓效應較弱的現象。

發明內容

為了克服現有雙向旋轉密封技術中的流體動壓效應弱，啟停易磨損的問題。本發明提出開放橢圓型線槽端面雙向旋轉機械密封結構，可以產生更為顯著的動壓效應，明顯提高端面的雙向旋轉時的開啟能力。無論轉軸是正向旋轉還是反向旋轉，動靜環端面間都可產生穩定的氣膜，防止端面因磨損而失效，提高了密封的可靠性。

本發明所述的開放橢圓型線槽端面雙向旋轉機械密封結構，包括機械密封的動環和靜環，所述動環和靜環的端面一側為高壓側，所述動環和靜環的端面另一側為低壓側，其特征在于：所述動環或靜環周向均勻分布若干開放橢圓型線槽，所述開放橢圓型線槽設在端面高壓側，且端面低壓側設有一連續的環形密封壩，所述橢圓型線槽的型線為端部帶有缺口的橢圓型線，與高壓側環境連通；所述橢圓型槽的形狀為橢圓型線或類橢圓圓弧線，其特征為沿周向方向具有收斂性，即可使流體沿著型線同時從高壓側和低壓側向型槽的徑向中部位置流動；所述橢圓型線槽的長軸與通過橢圓型線槽中心的密封端面直徑相交。

所述橢圓型線槽有明顯的方向性，長軸和短軸之比大于1，取值范圍為：1～50。

所述橢圓型線槽的槽數為3～40個，并且橢圓型線槽的旋向一致。

所述橢圓型線槽長軸范圍為：0.5～20mm。

所述橢圓型線槽的長軸與通過橢圓型線槽中心的密封端面直徑所成傾斜角度α的范圍為0～60度。

所述橢圓型線槽中心在密封端面上，且橢圓型線槽中心距離密封環高壓側的差值與橢圓長半軸的比值為0～1。

所述橢圓型線槽開在端面高壓側，端面低壓側設有一連續的環形密封壩，環形密封壩的徑向寬度范圍為：0.1～20mm。

本發明的工作原理：

密封正向旋轉時，由于與外界環境的連通開放特征，高壓側產生的壓力流更容易沿著型槽流動，在剪切作用下一部分流體沿周向流動，在弧線收斂位置形成流體高壓區，產生動壓開啟力，同時由于橢圓槽的長度方向大于寬度方向，即橢圓槽的方向性增加了流體在開槽區的流程，使得一部分流體沿長軸方向不斷累積并壓縮，在槽底形成擠壓效應，壓力升高，產生明顯的動壓開啟力。因此開放特征使得型槽的動壓開啟能力更高，從而顯著提高了整個端面上的動壓開啟效果。在啟動階段，密封端面由于動壓效果可快速分離形成微小間隙，減少端面間的接觸摩損，顯著改善啟停效果。