具有定深比臺階槽端面密封環的機械密封裝置的製作方法

2023-05-30 19:35:11

專利名稱：具有定深比臺階槽端面密封環的機械密封裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種旋轉機器的軸端密封裝置，可用於各種型式的壓縮機、膨脹機、分離機、泵、反應釜等旋轉類機器的軸端密封。
背景技術：
機械密封廣泛應用於眾多的旋轉機械軸向端面密封。目前已有報導和/或使用的流體端面非接觸式機械密封裝置中，通常包括一組可隨旋轉軸轉動的旋轉環(即動環)和固定於與機座固連的靜環座上的靜止環(靜環)，其軸向相対的端面為密封端面。在其兩密封端面中的一側或兩側端面上，通常都開設有經具有端平面高度的相同形式隔離部分(堰區)分隔成均勻排布的水平底面形式，或兩端底面深度不同的斜底形式的淺槽，其中以等槽深螺旋槽和「T」形槽的端面密封最為典型。如何增強端面流體的動壓效應，以增大端面流體膜承載能力和流體膜剛度，從而提升密封運行穩定性，最終延長使用壽命，是非接觸式機械密封研究的主要方向之一。而改變密封端面上開設的淺槽槽型，常是增強端面流體動壓效應的ー種有效手段。如中國專利02146449. 9公開了ー種雙螺旋角三維螺旋槽端面密封裝置。其結構是螺旋槽的上遊即高壓側更寬、下遊即低壓側更窄，且螺旋槽的深度從上遊即高壓側到下遊即低壓側逐漸變淺，從而形成一種三維收斂形螺旋槽。該雙螺旋角三維螺旋槽端面密封裝置可獲得更大的流體膜剛度，但其傾斜的螺旋狀槽底加工非常困難。中國專利02132978. 8公開了ー種由角形微槽族組成的螺旋槽端面機械密封。該角形微槽走向與螺旋槽方向一致，該密封端面淺槽結構顯得比較複雜，因該角形微槽沿螺旋槽走向分布，且不存在明顯的收縮形狀，難以大幅提升端面流體膜剛度。

實用新型內容針對上述情況，本實用新型提供了ー種具有新結構槽型密封端面環，具體講是ー種具有定深比臺階槽端面密封環的機械密封裝置，可具有更為理想的流體動壓效果。本實用新型具有定深比臺階槽端面密封環的機械密封裝置，是在目前包括有可隨旋轉軸轉動的旋轉環和固定於靜止環座上的靜止環，其軸向相対的端面為密封端面，並至少在其中ー側密封端面上開設有經具有端平面高度的相同形式隔離部分隔成均勻排布的淺槽基礎上，將各淺槽的槽底由至少兩個遞次加深的臺階構成，各臺階與其相鄰上一臺階間的高度距離匕，以及其臺階面至密封端面的深度距離、應滿足關係式(VCtl)バ印=m。式中的Ctl為密封環工作時密封端面的流體膜厚度，取值範圍(T0. 03毫米，可以根據實際情況綜合考慮各種因素進行適當調整。例如，對於普通機械密封，密封端面基本處於無間隙的直接接觸狀態；對於幹氣密封端面間隙通常約為0. 003、. 005毫米；而對於某些液體膜非接觸式機械密封其端面間隙一般約為0. oro. 025毫米。關係式中的m為臺階的定深比係數，取值範圍1. 7 2. O。關係式中更優選的是定深比係數m=l. 866。上述結構中所說淺槽的具體結構，為適應不同的具體或特定工作條件或需要，同樣可以根據實際情況按常規方式在目前已有報導和/或使用的如直線槽、斜線槽、螺旋槽、圓孤槽、人字槽、T形槽等中選擇。所說密封端面上開設的淺槽數量並無過多限定，但計算和試驗顯示，一般情況下，淺槽的數量超過25個後，數量的進ー步増加對效果改變已不明顯，因此從動壓效果及加工エ藝性方面考慮，密封端面上的淺槽數量一般可優選為1(T18個。對所說密封端面淺槽中槽底臺階結構的設置方式，可以採用使淺槽中與密封端面具有最大深度距離的臺階面位於槽的徑向外側端，也可以位於槽的徑向內側端；密封端面上開設的淺槽，可以為其徑向內側端由具有端平面高度的阻斷結構所封擋的非貫通槽，或為其徑向外側端由具有端平面高度的阻斷結構所封擋的非貫通槽，也可以為貫通其所在密封端面徑向內外側兩端的貫通槽等。本實用新型上述設置臺階槽密封端面的密封裝置，實際應用中與密封端面具有最大深度距離的最深臺階，可以根據需要位於高壓上遊側或下遊側，前者可増大端面流體膜的承載性能，使用較為廣泛，後者則可降低端面流體洩漏量，在需泵送的地方使用。進ー步，上述不同設置形式的淺槽中，優選使所說各淺槽中與密封端面具有相同深度距離臺階面的徑向外側邊沿，處於距密封端面旋轉軸心具有相同半徑的圓周上。本實用新型上述臺階槽形式結構的密封端面結構，相對於目前採用的平底和斜底槽形式，可具有更加優越的流體動壓效果。例如對Ctl = 3微米，槽深為11微米，徑向槽長14毫米，壩長2毫米的密封端面，分別採用只設ー個臺階、設兩個平均分布的等深度臺階以及按本實用新型上述深度分配比例的兩個臺階的三種情況，對其流體膜承載カ進行計算分析表明，其流體膜的承載カ分別為520. 5N、682.1N和767. 6N,即本實用新型流體膜承載カ相對於只設ー個臺階時提升了 47. 5%，較平均分布的的兩個等深度臺階時提升了 12. 5%。本實用新型上述的機械密封裝置中，所說具有定深比的臺階槽，可以單獨設置在其中的旋轉環(動環)密封端面上，或單獨設置在其中靜止環(靜環)密封端面上，也可以同時設置在動環和靜環的相對兩側密封端面上。可以理解，本實用新型上述具有定深比臺階槽端面密封環的機械密封裝置中，密封環端面中開設的臺階槽式淺槽中各相鄰臺階距密封端面的深度，是按所說的定深比值m遞減的。相對於平底槽和斜底槽，本實用新型密封端面上的該臺階結構型的淺槽，不僅更具有可加工性，而且在工作時端面流體膜具有更大的開啟カ和更高的剛度及承載能力，具有更加顯著的端面流體動壓效應。以下結合由附圖所示實施例的具體實施方式
，對本實用新型的上述內容再作進ー步的詳細說明。但不應將此理解為本實用新型上述主題的範圍僅限於以下的實例。在不脫離本實用新型上述技術思想情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包括在本實用新型的範圍內。

圖1是本實用新型機械密封裝置中臺階槽位於旋轉環(動環)密封端面外徑側的ー種基本狀態結構意圖。圖2是圖1中旋轉環密封端面的結構示意圖。圖3是圖2中ー個臺階槽的局部放大結構示意圖。圖4是沿圖3中臺階槽邊沿臺階型線徑向展開的結構示意圖。
具體實施方式
圖1-4所示的是本實用新型具有定深比臺階槽端面密封環的機械密封裝置的一種結構，圖中所示的是臺階槽位於旋轉環密封端面外徑側的ー種形式。該機械密封裝置由靜(止)環1、旋轉環(動環)2、靜環座3、軸套4、傳動銷5、公差環6、壓緊套7、推環8、彈簧9、防轉銷10等構成。靜環I和動環2共軸線面對面設置，其相対的端面形成密封面。靜環I徑向空套在靜環座3上，軸向由推環8和彈簧9浮動支撐，周向由防轉銷10定位，因此靜環I只可沿軸向自由浮動。動環2徑向由公差環6脹緊在軸套4的外圓柱面上，軸向與軸套4的臺階面接觸並被壓緊套7軸向壓紫，周向由傳動銷5與軸套4固定在一起，因此動環2可隨軸套4與旋轉軸15 —起同步旋轉。在圖2和圖3所示的動環密封端面(也可以為靜環，或同時在動環和靜環的密封端面)上，開設有經具有端平面高度的相同形式隔離部12 (堰區)分隔成數量1(T18個、一般不超過25個均勻排布的淺槽11。各淺槽11的槽底由至少兩個遞次加深的臺階13構成(圖中示出為三級臺階)，與密封端面具有相同深度距離h臺階面的徑向外側邊沿16，處於距密封端面旋轉軸心具有相同半徑的圓周上。如圖4所示，各級臺階與其相鄰的上一臺階間的高度距離hp和其臺階面至密封端面的深度距離應滿足關係式(ti+Q) Ahi) =m。式中的Ctl為密封環工作時密封端面的流體膜厚度，取值範圍(T0. 03毫米，可根據具體的密封要求選擇仰為定比值係數，取值範圍1. 7 2.0，優選為m=l. 866。此時，臺階槽中最淺ー級臺階中所說關係式中的hp與其底面至密封端面的距離も實際上是相等的。圖中所示淺槽11中與密封端面具有最大深度距離h的臺階面，採用的是位於槽的徑向外側端，且其徑向內側端是由具有端平面高度的阻斷結構14 (壩區)所封擋的非貫通槽的形式。由於臺階槽型的淺槽11設置在密封環端面的外徑側，外徑側臺階的深度、最深，其餘各臺階沿徑向由外向內逐級遞減。此結構可適用於密封端面的外徑側為上遊側的密封。流體由外徑側最深ー級臺階進入臺階槽，逐級向較淺的臺階流動，在臺階和各相鄰槽間隔離部12的作用下，壓カ逐漸升高，當流體到達徑向內側的阻斷結構14交界處時，流體壓カ可達到極大值。此種形式的結構使用最為廣泛，可適用於各種壓縮機、泵、風機等的密封。除上述形式外，根據需要，該臺階槽也可以開設在密封端面的內徑側，即其徑向外側端由具有端平面高度的阻斷結構所封擋的非貫通槽，並使與密封端面具有最大深度距離
的臺階面位於槽的徑向內側端，即各臺級階的深度由內徑側向外徑側逐級變淺。該結構一般可適用於密封端面的內徑側為上遊側的上遊泵送型密封中，特別是對洩漏量有特殊要求的ー些泵、壓縮機。此外，在特殊情況下，上述的臺階槽也可以採用為貫通其所在密封端面徑向內外側兩端的貫通槽的形式。上述的實施例只涉及了單級密封結構。在實際使用過程中，密封的總體布局根據需要可有多種型式，如單端面密封、雙端面密封、串聯式密封(兩級以上)、串聯帶中間迷宮(兩級以上)，還可跟浮環密封、碳環密封、迷宮密封等其它密封型式組成組合式密封，其密封裝置中均可以採用本實用新型上述臺階槽型的結構設計。
權利要求1.具有定深比臺階槽端面密封環的機械密封裝置，包括可隨旋轉軸(15)轉動的旋轉環(2)和固定於靜止環座(3)上的靜止環(1)，其軸向相對的端面為密封端面，至少在其中一側密封端面上開設有經具有端平面高度的相同形式隔離部(12)分隔成均勻排布的淺槽(11)，其特徵是各淺槽(11)的槽底由至少兩個遞次加深的臺階(13)構成，各臺階與其相鄰上一臺階間的高度距離(Iii)和其臺階面至密封端面的深度距離Ui)應滿足關係式 (ti+CU/QO = m，式中的Ctl為密封環工作時密封端面的流體膜厚度，取值範圍(Γ0. 03毫米，m為定比值係數，取值範圍1. 7 2. O。
2.如權利要求1所述的機械密封裝置，其特徵是所說關係式中的m=l.866。
3.如權利要求1所述的機械密封裝置，其特徵是所說的淺槽(I)中與密封端面具有最大深度距離Ui)的臺階面位於槽的徑向外側端。
4.如權利要求1所述的機械密封裝置，其特徵是所說的淺槽(I)中與密封端面具有最大深度距離Ui)的臺階面位於槽的徑向內側端。
5.如權利要求1所述的機械密封裝置，其特徵是所說的淺槽(I)為其徑向內側端由具有端平面高度的阻斷結構所封擋的非貫通槽。
6.如權利要求1所述的機械密封裝置，其特徵是所說的淺槽(I)為其徑向外側端由具有端平面高度的阻斷結構所封擋的非貫通槽。
7.如權利要求1所述的機械密封裝置，其特徵是所說的淺槽(I)為貫通其所在密封端面徑向內外側兩端的貫通槽。
8 如權利要求1至7之一所述的機械密封裝置，其特徵是所說各淺槽(I)中與密封端面具有相同深度距離Ui)臺階面的徑向外側邊沿(16)，處於距密封端面旋轉軸心具有相同半徑的圓周上。
專利摘要具有定深比臺階槽端面密封環的機械密封裝置，包括可隨旋轉軸轉動的旋轉環和固定於靜止環座上的靜止環，其軸向相對的端面為密封端面，至少在其中一側密封端面上開設有經具有端平面高度的相同形式隔離部分隔成均勻排布的淺槽。各淺槽的槽底由至少兩個遞次加深的臺階構成，各臺階與其相鄰上一臺階間的高度距離和其臺階面至密封端面的深度距離應滿足關係式(ti+C0)/(hi)＝m，式中的C0為密封環工作時密封端面的流體膜厚度，取值範圍0~0.03毫米，m為定比值係數，取值範圍1.7~2.0。相對於平底槽和斜底槽，本實用新型結構的機械密封裝置在工作時，可具有更加顯著的端面流體動壓效應，並具有更大的承載能力和流體膜剛度。
文檔編號F16J15/16GK202867843SQ20122059275
公開日2013年4月10日 申請日期2012年11月12日 優先權日2012年11月12日
發明者王和順, 朱維兵, 董霖, 王良柱, 牛苗苗, 鄔瓦尼, 李珂, 鄭建科, 秦小嶼, 陳華, 汪勇, 徐紅, 黎玉彪, 陳坤 申請人:西華大學