一種穗形排布微孔端面機械密封結構的製作方法
2023-04-23 11:01:21 1
專利名稱：一種穗形排布微孔端面機械密封結構的製作方法
技術領域：
本發明屬於機械端面密封技術領域，特別涉及適用於各種壓縮機、泵和釜等旋 轉機械轉軸的軸端密封裝置，尤其涉及一種穗形排布微孔端面機械密封結構。
背景技術：
由於表面紋理技術在表面減摩方面的特有優勢，在機械密封中已得到成功應 用，工程實踐表明表面微結構的減摩耐磨作用可以有效提高密封端面的耐磨性和使用壽 命。特別是在易汽化結晶、固體顆粒含量較高或高操作參數等場合，微孔密封表現出優 良的摩擦學特性，微孔密封的研究和應用日益受到人們的重視。自Etsion I.最先發明了一種多(微)孔端面密封應用於泵類液體軸封裝置，為改 善微孔端面在幹氣密封和低速工況中動壓開啟能力差的問題，國內外陸續出現了變分布 微孔、螺旋槽輔助微孔、方向性微孔等多種微孔密封端面結構，有效提高微孔端面的開 啟能力，可充分利用微孔結構的防固體顆粒能力延長密封端面的使用壽命。但是，動壓 開啟能力提高的同時易導緻密封流體膜的抗幹擾能力變差，特別是在高轉速工況下端面 易出現接觸磨損，很大程度上抵消了微孔的減磨優勢，影響密封的可靠性和使用壽命。
發明內容
為了克服已有技術中密封的高速抗幹擾能力差的不足，本發明提供一種能應用 於各種條件的介質，改善微孔端面的隨動性，減少端面的接觸磨損，充分發揮微孔端面 的減磨優勢，使得密封抗幹擾效果好，可頻繁啟動，可靠性高，使用壽命長的穗形排布 微孔端面機械密封結構。本發明的技術方案是
一種穗形排布微孔端面機械密封結構，包括機械密封的動環、靜環，所述動環和靜 環的端面的一側為高壓側即上遊，所述動環和靜環的端面的另一側為低壓側即下遊，其 特徵在於所述動環或靜環至少一個端面上開有依照旋轉中心對稱分布的由傾斜式動壓 微孔和無方向減壓微孔組成的穗形微孔組，所述減壓微孔設在動壓微孔的末端，所述穗 形微孔組構成環帶，所述環帶設在端面上遊，所述環帶的下遊設有光滑平面的環形密封 壩。進一步，所述環帶沿徑向設有多個穗形微孔組。或者，所述環帶沿與徑向成角度傾斜的方向設有多個穗形微孔組。進一步，所述動壓微孔是方向性動壓微孔，其長軸和短軸之比大於1，所述長軸 與通過動壓微孔中心的密封端面直徑成傾斜角度。進一步，所述動壓微孔深度取值範圍為2 10 μιη；所述動壓微孔的長軸和短軸 之比取值範圍為1 10 ；所述動壓微孔的短軸取值範圍為10 1000 μιη。進一步，所述環形密封壩的徑向寬度範圍為0.1 10 mm。本發明所述的動壓微孔為方向性微孔，微孔的形狀可以為橢圓形、長方形、菱形等規則圖形；所述減壓微孔的形狀可以為圓形、正方形、六邊形等規則圖形。本發明的工作原理
穗形微孔組中的動壓微孔傾斜以後在速度剪切作用下使徑向流體阻力減小導緻密封 上遊高壓向低壓側移動而形成動壓開啟力，形成微型動壓槽，從而提高了整個密封端面 的動壓開啟力，其強弱決定於微孔尺寸和傾斜角度，而整體的穗形分布微孔組可進一步 通過流體導向作用改善密封開啟性能。當流體在剪切作用下繼續進入減壓微孔後，由於 流體容積突然增加，壓力急劇降低，從而使動壓微孔的高壓受到抑制。在低壓啟動時， 可以快速分離密封端面摩擦副，在高速條件下，可控制流體膜的剛度提高流體膜的穩定 性。同時穗形微孔組中微孔的孔深和孔徑比較大形成的密封間隙尺寸突變效應使得流進 微孔的流體產生渦流，顯著增大密封端面流體膜阻尼，減小密封振動，進一步增強高速 下密封的穩定性，減少密封端面的接觸摩擦。穗形微孔組設在端面上遊，即高壓側，可以很好的阻止固體顆粒進入密封端 面，當有微量顆粒進入端面之後，微孔可以起到吸納作用，有效發揮微孔的防固體顆粒 的能力，減磨耐磨能力提高，使該密封可以應用於含固體顆粒濃度較高的場合。同時， 特有的傾斜式動壓微孔，大大提高端面間流體動壓效應，提供了保持端面非接觸的最大 能力，增大了密封的軸向剛度，而當速度過高時，減壓微孔可有效抑制流體膜剛度。穗 形微孔組中微孔的阻尼效應顯著減小密封振動，增強了密封端面的抗擾動能力，從而使 該密封的抗幹擾能力或穩定性及在低壓條件下的啟動或停車性能優於一般螺旋槽流體動 壓機械密封。本發明的有益效果主要表現在1、密封端面上獨特的傾斜式動壓微孔結構和 減壓微孔，可控制微孔端面的流體動壓效應、增大阻尼，提高了密封抗擾動能力和穩定 性；2、通過設置微孔的孔深可以應用於液體介質和氣體介質，可以充分發揮微孔防固體 顆粒的能力和優勢；3、增強的流體動壓效應和抗擾動性提高了密封的非接觸穩定性、耐 磨損，延長了使用壽命，提高了密封的可靠性。
圖1為本發明的一種實施方式端面結構示意圖。圖2為圖1中A部分的放大圖。圖3為本發明縱向剖視圖。圖4為本發明的另一種實施方式端面結構示意圖。
具體實施例方式實施例一
參照圖1-3，一種穗形排布微孔端面機械密封結構，包括機械密封的動環4、靜環 3，所述動環4和靜環3的端面的一側為高壓側即上遊，所述動環4和靜環3的端面的另一 側為低壓側即下遊，所述靜環3端面上開有依照旋轉中心對稱分布的由傾斜式動壓微孔 11和無方向減壓微孔12組成的穗形微孔組，所述減壓微孔12設在動壓微孔11的末端， 所述穗形微孔組1構成環帶，所述環帶設在端面上遊，所述環帶的下遊設有光滑平面的 環形密封壩。
所述環帶沿徑向設有多個穗形微孔組1。所述動壓微孔11是方向性動壓微孔， 其長軸和短軸之比大於1，所述長軸與通過動壓微孔11中心的密封端面直徑成傾斜角度。所述動壓微孔11深度優化取值範圍為2 10 μ m ；所述動壓微孔11的長軸和短 軸之比優選取值範圍為1 10 ；所述動壓微孔11的短軸取值範圍為10 1000 μ m。所述環形密封壩2的徑向寬度範圍為0.1 10 mm。本發明所述的動壓微孔為方向性微孔，微孔的形狀可以為橢圓形、長方形、菱 形等規則圖形；所述減壓微孔的形狀可以為圓形、正方形、六邊形等規則圖形。本發明的工作原理
穗形微孔組1中的動壓微孔11傾斜以後在速度剪切作用下使徑向流體阻力減小導致 密封上遊高壓向低壓側移動而形成動壓開啟力，形成微型動壓槽，從而提高了整個密封 端面的動壓開啟力，其強弱決定於微孔尺寸和傾斜角度，而整體的穗形分布微孔組1可 進一步通過流體導向作用改善密封開啟性能。當流體在剪切作用下繼續進入減壓微孔12 後，由於流體容積突然增加，壓力急劇降低，從而使動壓微孔的高壓受到抑制。在低壓 啟動時，可以快速分離密封端面摩擦副，在高速條件下，可控制流體膜的剛度提高流體 膜的穩定性。同時穗形微孔組1中微孔的孔深和孔徑比較大形成的密封間隙尺寸突變效 應使得流進微孔的流體產生渦流，顯著增大密封端面流體膜阻尼，減小密封振動，進一 步增強高速下密封的穩定性，減少密封端面的接觸摩擦。穗形微孔組1設在端面上遊，即高壓側，可以很好的阻止固體顆粒進入密封端 面，當有微量顆粒進入端面之後，微孔可以起到吸納作用，有效發揮微孔的防固體顆粒 的能力，減磨耐磨能力提高，使該密封可以應用於含固體顆粒濃度較高的場合。同時， 特有的傾斜式動壓微孔11，大大提高端面間流體動壓效應，提供了保持端面非接觸的最 大能力，增大了密封的軸向剛度，而當速度過高時，減壓微孔12可有效抑制流體膜剛 度。穗形微孔組1中微孔的阻尼效應顯著減小密封振動，增強了密封端面的抗擾動能 力，從而使該密封的抗幹擾能力或穩定性及在低壓條件下的啟動或停車性能優於一般螺 旋槽流體動壓機械密封。
實施例二
參照圖4，本實施例與實施例一的不同之處在於所述環帶沿與徑向成角度傾斜的方向 設有多個穗形微孔組1。其餘結構與功能均與實施例一相同。本說明書實施例所述的內容僅僅是對發明構思的實現形式的列舉，本發明的保 護範圍的不應當被視為僅限於實施例所陳述的具體形式，本發明的保護範圍也及於本領 域技術人員根據本發明構思所能夠想到的等同技術手段。
權利要求
1.一種穗形排布微孔端面機械密封結構，包括機械密封的動環、靜環，所述動環和 靜環的端面的一側為高壓側即上遊，所述動環和靜環的端面的另一側為低壓側即下遊， 其特徵在於所述動環或靜環至少一個端面上開有依照旋轉中心對稱分布的由傾斜式動 壓微孔和無方向減壓微孔組成的穗形微孔組，所述減壓微孔設在動壓微孔的末端，所述 穗形微孔組構成環帶，所述環帶設在端面上遊，所述環帶的下遊設有光滑平面的環形密 封壩。
2.根據權利要求1所述的一種穗形排布微孔端面機械密封結構，其特徵在於所述 環帶沿徑向設有多個穗形微孔組。
3.根據權利要求1所述的一種穗形排布微孔端面機械密封結構，其特徵在於所述 環帶沿與徑向成角度傾斜的方向設有多個穗形微孔組。
4.根據權利要求1 3之一所述的一種穗形排布微孔端面機械密封結構，其特徵在於 所述動壓微孔是方向性動壓微孔，其長軸和短軸之比大於1，所述長軸與通過動壓微孔中 心的密封端面直徑成傾斜角度。
5.根據權利要求4所述的一種穗形排布微孔端面機械密封結構，其特徵在於所述 動壓微孔深度取值範圍為2 10 μιη；所述動壓微孔的長軸和短軸之比取值範圍為1 10 ； 所述動壓微孔的短軸取值範圍為10 1000 μ m。
6.根據權利要求5所述的一種穗形排布微孔端面機械密封結構，其特徵在於所述 環形密封壩的徑向寬度範圍為0.1 10 mm。
全文摘要
一種穗形排布微孔端面機械密封結構，包括機械密封的動環、靜環，所述動環和靜環的端面的一側為高壓側即上遊，所述動環和靜環的端面的另一側為低壓側即下遊，所述動環或靜環至少一個端面上開有依照旋轉中心對稱分布的由傾斜式動壓微孔和無方向減壓微孔組成的穗形微孔組，所述減壓微孔設在動壓微孔的末端，所述穗形微孔組構成環帶，所述環帶設在端面上遊，所述環帶的下遊設有光滑平面的環形密封壩。本發明的有益效果可控制微孔端面的流體動壓效應、增大阻尼，提高了密封抗擾動能力和穩定性；可以充分發揮微孔防固體顆粒的能力和優勢；增強的流體動壓效應和抗擾動性提高了密封的非接觸穩定性、耐磨損，延長了使用壽命，提高了密封的可靠性。
文檔編號F16J15/34GK102022548SQ20101058308
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月11日 優先權日2010年12月11日
發明者孟祥鎧, 彭旭東, 李紀雲, 白少先, 盛頌恩 申請人:浙江工業大學