方向性大孔與三維型槽相結(jié)合的非接觸式機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種方向性大孔與三維型槽相結(jié)合的非接觸式機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，屬機(jī)械密封技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石化、船舶和航天等行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)機(jī)械密封裝置的要求也越來(lái)越高，更高的液膜穩(wěn)定性和密封可靠性，適應(yīng)多變的工況條件以及更長(zhǎng)的壽命周期，極少的泄漏率等諸多標(biāo)準(zhǔn)被提出。目前，能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式機(jī)械密封的端面織構(gòu)主要有單向人字螺旋槽、單向L形螺旋槽、單向螺旋槽、雙向樹(shù)型槽、雙向T型槽等，廣泛應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)設(shè)備的軸封裝置上。但上述機(jī)械密封對(duì)適用于多變的工況條件，例如像啟動(dòng)、停車(chē)或受到振動(dòng)、沖擊、端面變形、壓差變化等，均存在著密封性能較差，且防固體顆粒能力有限的問(wèn)題。為此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者發(fā)明了多種微孔端面織構(gòu)的機(jī)械密封專(zhuān)利應(yīng)用于液體軸封裝置上，但專(zhuān)利中所設(shè)計(jì)的微孔端面機(jī)械密封和其它槽形織構(gòu)的端面密封，例如像公開(kāi)號(hào)CN101793324A公開(kāi)了一種三維似魚(yú)鱗織構(gòu)底面型槽流體動(dòng)壓型液體機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，公開(kāi)號(hào)CN201087764公開(kāi)了一種變分布多孔端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，雖然這些密封結(jié)構(gòu)具有較好的耐壓和耐磨等性能，但在超高壓和多變工況條件下，液膜的穩(wěn)定性差或保持端面非接觸態(tài)的能力有限，極易發(fā)生端面的摩擦磨損，極大削弱了微孔的減磨優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致機(jī)械密封的使用壽命縮短、密封性能變差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是，在低速、高壓、多變工況或大膜厚條件下，為了克服現(xiàn)有技術(shù)中密封的防固體顆粒能力有限和動(dòng)壓效應(yīng)差的問(wèn)題，防止非接觸式機(jī)械密封在運(yùn)行的過(guò)程中工況發(fā)生變化導(dǎo)致端面磨損而使其密封失效，本實(shí)用新型提供一種方向性大孔與三維槽形相結(jié)合非接觸式機(jī)械密封結(jié)構(gòu)。
[0004]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，
[0005]一種方向性大孔與三維槽形相結(jié)合的非接觸式機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，它包括機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)、靜環(huán)；動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的端面一側(cè)為高壓，側(cè)即上游；另一側(cè)為低壓側(cè)，即下游。
[0006]本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的端面上設(shè)有沿徑向呈收斂斜面狀的非開(kāi)槽區(qū)是密封堰和上游、下游及孔型間的環(huán)形未開(kāi)槽區(qū)，稱(chēng)之為密封壩，且動(dòng)環(huán)或靜環(huán)中至少一個(gè)端面上設(shè)有呈收斂狀均勻分布的方向性大孔和各種三維槽形；所述方向性大孔具有明顯的方向性，且大孔長(zhǎng)軸與通過(guò)該大孔中心的密封端面直徑的夾角為其傾斜角，并用該角度來(lái)表征大孔的方向性；所述三維槽形是微米尺度的淺槽或毫米尺度的深槽，并分別呈圓周狀均勻分布于密封端面的上游、下游或上下游。
[0007]進(jìn)一步，所述方向性大孔和三維槽形依照旋轉(zhuǎn)中心呈輻射狀等間距對(duì)稱(chēng)分布。
[0008]進(jìn)一步，所述方向性大孔沿密封端面徑向方向呈連續(xù)或斷續(xù)均勻分布，方向性大孔和三維槽形沿密封端面周向方向呈連續(xù)或斷續(xù)的周期性分布。
[0009]進(jìn)一步，所述方向性大孔是毫米尺度的淺槽，其深度為1.5-100 μ m，大孔的邊長(zhǎng)或直徑的范圍為801 μπι~20000 μπι，長(zhǎng)短軸比的范圍取1~25，面積密度范圍為0.1-0.55。
[0010]進(jìn)一步，所述三維槽形是微米尺度的淺槽或毫米尺度的深槽，其淺槽深度范圍為2~50 μπι，深槽深度范圍為0.05~8mm ;淺槽蝕刻于密封端面的下游側(cè)，深槽位于密封端面的上游側(cè)；介質(zhì)為液體時(shí)，淺槽深度的優(yōu)選范圍為10~30 μπι，深槽深度的優(yōu)選范圍:0.05~6mm ;介質(zhì)為氣體時(shí)，淺槽深度優(yōu)選范圍為2~10 μ m，深槽深度的優(yōu)選值為0.05~2mm ；槽的螺旋角度數(shù)為8°~20°。所述三維槽形在徑向方向上延伸且由上游至下游槽形寬度逐漸變窄(泵送槽)，或者由上游至下游方向上寬度逐漸變寬(反向泵送槽)，直至外徑側(cè)。
[0011]進(jìn)一步，所述三維槽形的深槽可為等深或不同規(guī)律的變深槽，變深槽深度呈余弦波狀變化，或由下游至上游呈傾斜波浪狀變深，或由上游至下游呈線(xiàn)性規(guī)律變淺、或呈階梯狀逐級(jí)變淺等。
[0012]進(jìn)一步，所述方向性大孔或三維槽形環(huán)帶的上游、下游或孔型間有環(huán)形密封壩，且其徑向?qū)挾热≈?0.2~8mmo
[0013]本實(shí)用新型中的方向性大孔在密封端面上的形狀為三角形、菱形、矩形、六邊形、正方形或橢圓形等，且方向性?xún)A角為0°~360° ;所述三維槽形在密封端面上的形狀為V形槽、螺旋槽、Y形螺旋槽、L形螺旋槽、半圓弧槽、波浪槽、雙向U形槽、T形槽、雙向樹(shù)形槽、
單向人字槽等。
[0014]本實(shí)用新型的工作原理是，本實(shí)用新型中的方向性大孔使得由高壓區(qū)產(chǎn)生的壓力流進(jìn)入孔區(qū)后，受到剪切作用的影響，流體沿大孔長(zhǎng)軸方向流動(dòng)，因其較長(zhǎng)的孔徑及方向性，致使液體在孔區(qū)的流程增長(zhǎng)，流體受到不斷的積累和擠壓，壓強(qiáng)逐漸提高，可顯著提高密封面間液膜的動(dòng)壓開(kāi)啟特性、空化效應(yīng)和液膜穩(wěn)定性，能夠很好地改變密封端面液膜的潤(rùn)滑特性；且大孔徑能夠較多地容納端面間的顆粒狀雜質(zhì)和存儲(chǔ)潤(rùn)滑介質(zhì)，減少密封端面的摩擦磨損。本實(shí)用新型中的三維槽處于上游高壓區(qū)，可引導(dǎo)流體進(jìn)入密封端面產(chǎn)生導(dǎo)流增壓作用，使其靜壓效應(yīng)增強(qiáng)，并產(chǎn)生強(qiáng)潤(rùn)滑冷卻效果。在旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生泵汲效應(yīng)，吸納流體，確保密封在啟動(dòng)、低速和較高壓差時(shí)，具有強(qiáng)的開(kāi)啟力和充足的潤(rùn)滑液體，防止密封端面間的干摩擦；同時(shí)，三維槽可以較容易的吸納固體顆粒并將其研磨，使端面的磨損傷害降低到最小。而處于下游低壓區(qū)的較淺的三維槽，當(dāng)密封端面旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)將泄漏出的液體通過(guò)三維槽反向作用輸送回密封端面，從而大大減小了泄漏量，提高了密封性能。本實(shí)用新型形成的密封壩在停車(chē)、低速時(shí)起到了較好的密封效果和進(jìn)一步阻止流體泄漏的作用，而位于高壓側(cè)的環(huán)形壩區(qū)還可阻止固體顆粒進(jìn)入密封端面間或者低壓區(qū)域。
[0015]本實(shí)用新型大孔徑和三維槽形相結(jié)合的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是:
[0016]由于本實(shí)用新型在密封端面上開(kāi)具方向性大孔，能夠很好地改變端面液膜的潤(rùn)滑特性，對(duì)流體產(chǎn)生匯集與導(dǎo)流功能，并顯著提高密封面間液膜的空化效應(yīng)、動(dòng)壓開(kāi)啟特性和液膜穩(wěn)定性；且大孔徑能夠較多地容納端面間的顆粒狀雜質(zhì)和存儲(chǔ)潤(rùn)滑介質(zhì)，減少密封端面的摩擦磨損。本實(shí)用新型在密封端面的上游區(qū)、下游區(qū)或者上游下游區(qū)，加工出三維槽，使其靜壓效應(yīng)增強(qiáng)，還具有部分回流或上游泵送的能力。且所述的上游深槽可為端面提供強(qiáng)潤(rùn)滑和冷卻效果，在高參數(shù)條件下因開(kāi)槽區(qū)和無(wú)槽區(qū)明顯的熱變形或力變形差異在端面上形成適應(yīng)于操作條件的可控性周向波度，從而產(chǎn)生流體動(dòng)壓效應(yīng)和靜壓效應(yīng)；下游區(qū)的淺槽可以將泄漏出的介質(zhì)重新泵汲回密封端面，在槽的頂端介質(zhì)壓力不斷積累增大，增強(qiáng)端面的動(dòng)壓效應(yīng)的同時(shí)，大大減少泄漏量，實(shí)現(xiàn)零泄漏的目的。
[0017]綜上所述，本實(shí)用新型在小間隙和小壓差等情形下密封系統(tǒng)依靠顯著的動(dòng)壓效應(yīng)，使其具有足夠的開(kāi)啟力、液膜剛度和液膜厚度，保護(hù)密封面，提高使用的可靠性和壽命；在低速和高壓差等情形下依靠較好的靜壓效應(yīng)，使其具有更好的端面開(kāi)啟性，進(jìn)而滿(mǎn)足機(jī)械密封裝置在多變工況下，具有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力；大孔徑能容納較多的固體顆粒雜質(zhì)的能力。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型的一種機(jī)械密封實(shí)施例1的端面示意圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型的一種機(jī)械密封實(shí)施例2的端面示意圖；
[0020]圖3為本實(shí)用新型的一種機(jī)械密封實(shí)施例3的端面示意圖；
[0021]圖4為本實(shí)用新型的一種機(jī)械密封實(shí)施例4的端面示意圖；
[0022]圖中，I是環(huán)帶密封壩；2是壩區(qū)；3是方向性菱形大孔(方向傾角90° ) ; 4是引流槽；5是匯流槽；6是雙向旋轉(zhuǎn)Y形槽；61Y形槽左枝杈部分；62是Y形槽右枝杈部分；63是Y形槽根部；7是方向性橢圓大孔(方向傾角180° )； 8是半圓弧形深槽；9是方向性雙疊加菱形大孔(方向傾角180° ) ；10是螺旋形線(xiàn)槽；11是微型孔；12是波浪形深孔；13是方向性菱形大孔(方向傾角45°)。
[0023]
【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例1
[0025]參照?qǐng)D1，一種方向性大孔和三維槽形相結(jié)合非接觸性機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，包括機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)、靜環(huán)，所述動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的端面一側(cè)為高壓側(cè)即上游，另一側(cè)為低壓側(cè)即下游。所述動(dòng)環(huán)或靜環(huán)中至少一個(gè)密封環(huán)的端面上設(shè)有方向性菱形大孔3、方向相反的螺旋槽(引流槽4和匯流槽5)、壩區(qū)2、環(huán)帶密封壩I。所述的方向性菱形大孔3是毫米尺度的淺孔，其深度為1.5-100 μ m，大孔的邊長(zhǎng)或直徑的范圍為801 μ m~20000 μ m，長(zhǎng)短軸比的范圍取1~25，面積密度范圍為0.1~0.