專利名稱：具有回流功能的型槽端面非接觸式機械密封的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種具有回流功能的型槽端面非接觸式機械密封，適用于各類離心泵、螺桿泵等液體輸送用旋轉機器的軸端密封，特別適用于易汽化和潤滑性能不良的介質的密封，屬于流體密封技術領域。
背景技術：
通常，非接觸式機械密封裝置，由動環(huán)、靜環(huán)及傳動部件、推力組件和輔助密封圈等系統(tǒng)零部件及密封輔助系統(tǒng)所構成。為提高一般機械密封的工作可靠性，增強密封端面的潤滑效果，避免端面磨損，減小摩擦系數，常常在動環(huán)或靜環(huán)的端面上設置一定的表面織構或型槽，如螺旋槽、T型槽、U型槽或不同排布與組合的微孔，使機械密封運行時端面間產生流體動壓效應。這種動壓效應協(xié)同端面間的靜壓效應將形成端面開啟力，使動靜環(huán)端面 之間充滿流體，形成完整的流體潤滑薄膜，產生一定的流體膜剛度，防止密封面運行過程中由于外界擾動而引起端面貼合，造成干摩擦，避免端面磨損。但是，與此同時伴隨端面流體膜厚度或間隙的增大，將引起較大的泄漏率，這是密封有毒、有害和強腐蝕性液體介質特別是石油、石化和化工行業(yè)中密封易汽化介質時所不希望看到的。目前，常選用干氣密封、上游泵送機械密封等作為易汽化或潤滑性能不良介質的密封裝置，但是這兩類先進密封技術均要求采用雙端面或串聯(lián)式機械密封結構，因此增加了使用成本，降低了密封的可靠性，而且對輔助系統(tǒng)要求比較苛刻。最近，美國Flexibox和John Crane等著名機械密封生產商推出了端面型槽具有泵送回流功能的激光臉端面密封，在此基礎上，國內有關密封公司也發(fā)明了據稱具有類似功能的機械密封(ZL200920043048. 5 “機械密封裝置的摩擦環(huán)”)。但是，無論是國外相關技術還是國內仿造專利技術，均存在如下問題①端面回流槽的作用機理不明，也尚未見到有關技術參數與工業(yè)領域大量使用的公開報道，國內更是未見一例；②回流槽采用鏡像疊羅漢矩形槽或月牙槽，這種型槽與引流槽之間的協(xié)同作用效果不明顯，即端面的流體動壓效應、潤滑效果和回流效果不明顯ZL200920043048. 5中的主槽僅僅具有徑向變深，在副槽協(xié)同下也無法起到回流泵送作用，與此同時，在實際設計、加工與使用中如何實現(xiàn)對主槽與副槽之間的協(xié)同作用、兩者間準確的相對位置均未涉及，因而是不完善的；④實驗和數值模擬結果表明(鈕建良“激光面部液體潤滑機械密封性能研究”，浙江工業(yè)大學碩士學位畢業(yè)論文，2011年)，上述發(fā)明在實際應用中效果不明顯，回流槽的槽深變深型式以及回流槽與引流槽之間的協(xié)同作用是關鍵，但是均未明確。型槽仿生發(fā)明專利(ZL200910102184. I “三維似羽毛織構底面型槽氣體端面密封結構”和ZL 200910101512. 6 “三維似魚鱗織構底面型槽流體動壓型液體機械密封結構”)的問世及激光加工技術與方法的普及，為提出具有回流功能端面密封的新發(fā)明提供了思路。
發(fā)明內容為了解決現(xiàn)有端面密封結構中泵送回流型槽技術成本高、實施難度高、潤滑效果和回流效果不明顯的問題，本實用新型提供一種能充分發(fā)揮流體動壓型槽的綜合作用、提高端面潤滑冷卻效果、減少泄漏的具有回流功能的型槽端面非接觸式機械密封。本實用新型采用的技術方案是一種具有回流功能的型槽端面非接觸式機械密封，包括機械密封的動環(huán)和靜環(huán)，所述動環(huán)和靜環(huán)的端面的一側為高壓側即上游，所述動環(huán)和靜環(huán)的端面的另一側為低壓側即下游，所述端面的下游設有光滑平面的環(huán)形密封壩，在所述動環(huán)或靜環(huán)中至少一個密封端面上設有多組流體型槽，所述流體型槽沿端面周向呈周期性排列，其特征在于所述流體型槽由引流槽與泵送回流槽復合構成，所述引流槽的平均槽深大于所述泵送回流槽的平均槽深；所述引流槽設置在所述端面的上游，且與密封介質相連通；所述泵送回流槽是具有飛鳥翼翅外形結構特征的型槽，槽深呈中間深兩邊淺的變化規(guī)律；所述泵送回流槽由迎流部分的下游泵汲槽和背流部分的上游泵送槽構成，分別起到類似下游泵汲和上游泵送的作用；所述下游泵汲槽和上游泵送槽的交界處為泵送回流槽的中部；所述泵送回流槽的中部 與所述端面的下游有一間距，所述泵送回流槽的兩邊末端與所述端面的上游有一間距；所述泵送回流槽和引流槽之間的非開槽區(qū)域構成密封堰。進一步，所述引流槽的槽深為10 30 iim，沿徑向流向槽深逐漸變淺，斜度為2 10度。進一步，所述泵送回流槽沿流動方向的兩側壁型線為螺旋線、圓弧線或直線。進一步，所述泵送回流槽沿流動方向的兩側壁型線均為對數螺旋線。進一步，所述泵送回流槽的槽深沿周向方向呈中間深、兩邊淺的漸變，槽深變化范圍為I 10 ii m?；騽t，所述泵送回流槽的槽深沿徑向方向從高壓端到低壓端發(fā)生漸變且逐漸變淺，槽深變化范圍為I IOiI m?；騽t，所述泵送回流槽的槽深沿周向方向呈中間深、兩邊淺的漸變，且沿徑向方向從高壓端到低壓端發(fā)生漸變且逐漸變淺，槽深變化范圍為I 10 Pm。進一步，所述泵送回流槽的槽深變化呈直線漸變，槽深變化范圍為I IOii m。或則，所述泵送回流槽的槽深變化呈拋物線漸變，槽深變化范圍為I 10 ii m。進一步，所述泵送回流槽的兩邊末端距離所述端面的上游的間距為0.05 0. 5mmo本實用新型中所述引流槽的形狀是矩形、橢圓形、三角形、W形、紡錘形、T形、圓弧形或半圓形；所述引流槽采用變深型槽，槽深沿徑向流向逐漸變淺，可為各種型線漸變，優(yōu)先選擇拋物線漸變模式。采用激光打標技術或化學蝕刻技術均可以實現(xiàn)。本實用新型中所述泵送回流槽的截面形狀是仿飛鳥翼翅形狀，流槽的兩側壁型線是螺旋線、圓弧線、直線。所述泵送回流槽的槽深沿周向、徑向變化，呈直線或拋物線梯級變化或光滑變化，優(yōu)先選擇拋物線光滑變化。采用激光打標技術或化學蝕刻技術均可以實現(xiàn)。本實用新型的有益效果體現(xiàn)在I.本實用新型采用仿飛鳥翼翅外形結構設計制造泵送回流槽，而且泵送回流槽的側壁型線采用泵送效應最佳的對數螺旋型線，因此不僅仿翼型槽的根部壓力分布均勻，而且在一定速度下端面之間流體回流到上游的量較大且可以得到受控，因此提高了新型機械密封的密封性、可靠性和穩(wěn)定性；2.本實用新型中的引流槽較泵送回流槽深，而且槽深為型線漸變，則可以確保采用本實用新型的機械密封在正常運轉條件下產生足夠大的流體動壓效應，因此提高了端面流體泵汲效應與流體膜承載能力，機械密封的穩(wěn)定性特別是正常運轉時的穩(wěn)定性整體提聞;3.螺旋型線和拋物線階梯漸變淺槽的加工采用現(xiàn)代最先進的激光打標技術，可以確保獲得高精度光滑底面漸變淺槽，從根本上確保漸變淺槽功能的實現(xiàn)；4.本實用新型的密封結構制成的密封裝置安裝時無旋向要求，可雙向旋轉，可有效控制泄漏率，密封運行安全可靠，使用壽命長。

圖I是本實用新型的機械密封端面結構示意圖。圖中標示1引流槽；2泵送回流槽；21泵送回流槽側壁；22泵送回流槽中部；23泵送回流槽末端；3密封堰；4密封壩。圖2是本實用新型的引流槽部分典型結構示意圖。圖3是本實用新型的泵送回流槽結構示意圖。圖中標示211泵送回流槽的下游泵汲槽；212泵送回流槽的上游泵送槽。
具體實施方式
參照圖1-3，一種具有回流功能的型槽端面非接觸式機械密封，包括機械密封的動環(huán)和靜環(huán)，所述動環(huán)和靜環(huán)的端面的一側為高壓側即上游，所述動環(huán)和靜環(huán)的端面的另一側為低壓側即下游，所述端面的下游設有光滑平面的環(huán)形密封壩4，在所述動環(huán)或靜環(huán)中至少一個密封端面上設有多組流體型槽，所述流體型槽沿端面周向呈周期性排列，其特征在于所述流體型槽由引流槽I與泵送回流槽2復合構成，所述引流槽I的平均槽深大于所述泵送回流槽的平均槽深；所述引流槽I設置在所述端面的上游，且與密封介質相連通；所述泵送回流槽2是具有飛鳥翼翅外形結構特征的型槽，槽深呈中間深兩邊淺的變化規(guī)律；所述泵送回流槽2由迎流部分的下游泵汲槽211和背流部分的上游泵送槽212構成，分別起到類似下游泵汲和上游泵送的作用；所述下游泵汲槽211和上游泵送槽212的交界處為泵送回流槽2的中部22 ;所述泵送回流槽的中部22與所述端面的下游有一間距，所述泵送回流槽的兩邊末端23與所述端面上游有一間距；所述泵送回流槽2和引流槽I之間的非開槽區(qū)域構成密封堰3。進一步，所述引流槽I的槽深為10 30 Pm，沿徑向流向槽深逐漸變淺，斜度為2 10度。進一步，所述泵送回流槽2沿流動方向的兩側壁型線為螺旋線、圓弧線或直線。進一步，所述泵送回流槽2沿流動方向的兩側壁型線均為對數螺旋線。進一步，所述泵送回流槽2的槽深沿周向方向呈中間深、兩邊淺的漸變，槽深變化范圍為I 10 u m?；騽t，所述泵送回流槽2的槽深沿徑向方向從高壓端到低壓端發(fā)生漸變且逐漸變淺，槽深變化范圍為I IOii m。[0034]或則，所述泵送回流槽2的槽深沿周向方向呈中間深、兩邊淺的漸變，且沿徑向方向從高壓端到低壓端發(fā)生漸變且逐漸變淺，槽深變化范圍為I 10 Pm。進一步，所述泵送回流槽2的槽深變化呈直線漸變，槽深變化范圍為I 10 ii m。或則，所述泵送回流槽2的槽深變化呈拋物線漸變，槽深變化范圍為I 10 ii m。進一步，所述泵送回流槽2的兩邊末端距離所述端面的上游的間距為0.05 0. 5mmo參照圖2，本實用新型中所述引流槽的形狀是矩形、橢圓形、三角形、W形、紡錘形、T形、圓弧形或半圓形；所述引流槽采用變深型槽，槽深沿徑向流向逐漸變淺，可為各種型線漸變，優(yōu)先選擇拋物線漸變模式。采用激光打標技術或化學蝕刻技術均可以實現(xiàn)。因此，在零壓差或密封介質壓力較低時，在一定轉速下密封流體也可以克服表面張力的作用，把上游側密封流體汲入端面，并在端面之間形成具有一定壓力的流體薄膜。參照圖3，本實用新型中所述泵送回流槽2的截面形狀是仿飛鳥翼翅形狀，流槽的兩側壁21型線是螺旋線、圓弧線、直線。所述泵送回流槽2的槽深沿周向、徑向變化，呈直線或拋物線梯級變化或光滑變化，優(yōu)先選擇拋物線光滑變化。采用激光打標技術或化學蝕刻技術均可以實現(xiàn)。所述的泵送回流槽中部槽深為泵送回流槽槽深最大部分，一般為過渡平面。本實用新型的工作原理是機械密封端面間流體膜中的部分流體在壓力梯度作用下形成壓力流，流向下游內徑處，同時潤滑端面，形成第I部分泄漏流；流體膜中的大部分流體在密封環(huán)轉動所形成的剪切力作用下流入泵送回流槽2。下游泵汲槽211的泵汲作用產生了流體動壓效應，提高了流體由下游泵汲槽211進入泵送回流槽中部22部位后的壓力，這部分流體和泵送回流槽2處來自上游的壓差流匯合，其中一部分流體在壓差作用下由上游泵送槽212處滲入至端面下游側，形成第II部分泄漏流；另一部分流體則在端面旋轉產生的剪切作用下，依靠上游泵送槽212的上游泵送作用，使壓力高出密封流體壓力，最終突破上游高壓返回上游介質側，維持了低的總泄漏量。由于本實用新型的機械密封端面上同時設有下游泵汲槽211和具有回流作用的上游泵送槽212，因此在相同幾何結構尺寸條件下，本實用新型的新型機械密封相比于類似的流體動壓型機械密封，在不損失流體動壓效應的前提下，可以保持較高的流體膜承載能力與流體膜剛度及潤滑冷卻效果，減小了密封流體向低壓或大氣側的泄漏量及端面摩擦熱，提高了密封的運行可靠性，而泄漏率卻下降。本說明書實施例所述的內容僅僅是對發(fā)明構思的實現(xiàn)形式的列舉，本實用新型的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護范圍也包括本領域技術人員根據本實用新型構思所能夠想到的等同技術手段。
權利要求1.一種具有回流功能的型槽端面非接觸式機械密封，包括機械密封的動環(huán)和靜環(huán)，所述動環(huán)和靜環(huán)的端面的一側為高壓側即上游，所述動環(huán)和靜環(huán)的端面的另一側為低壓側即下游，所述端面的下游設有光滑平面的環(huán)形密封壩，在所述動環(huán)或靜環(huán)中至少一個密封端面上設有多組流體型槽，所述流體型槽沿端面周向呈周期性排列，其特征在于所述流體型槽由引流槽與泵送回流槽復合構成，所述引流槽的平均槽深大于所述泵送回流槽的平均槽深；所述引流槽設置在所述端面的上游，且與密封介質相連通；所述泵送回流槽槽深呈中間深兩邊淺的變化規(guī)律；所述泵送回流槽由迎流部分的下游泵汲槽和背流部分的上游泵送槽構成，所述下游泵汲槽和上游泵送槽的交界處為泵送回流槽的中部；所述泵送回流槽的中部與所述端面的下游有一間距，所述泵送回流槽的兩邊末端與所述端面上游有一間距；所述泵送回流槽和引流槽之間的非開槽區(qū)域構成密封堰。
2.如權利要求I所述的具有回流功能的型槽端面非接觸式機械密封，其特征在于所述引流槽的槽深為10 30 iim，沿徑向流向槽深逐漸變淺，斜度為2 10度。
3.如權利要求2所述的具有回流功能的型槽端面非接觸式機械密封，其特征在于所述泵送回流槽沿流動方向的兩側壁型線為螺旋線、圓弧線或直線。
4.如權利要求3所述的具有回流功能的型槽端面非接觸式機械密封，其特征在于所述泵送回流槽的槽深沿周向方向呈中間深、兩邊淺的漸變，槽深變化范圍為I IOy m。
5.如權利要求3所述的具有回流功能的型槽端面非接觸式機械密封，其特征在于所述泵送回流槽的槽深沿徑向方向從高壓端到低壓端發(fā)生漸變且逐漸變淺，槽深變化范圍為I 10 u m0
6.如權利要求3所述的具有回流功能的型槽端面非接觸式機械密封，其特征在于所述泵送回流槽的槽深沿周向方向呈中間深、兩邊淺的漸變，且沿徑向方向從高壓端到低壓端發(fā)生漸變且逐漸變淺，槽深變化范圍為I IOii m。
7.如權利要求4-6之一所述的具有回流功能的型槽端面非接觸式機械密封，其特征在于所述泵送回流槽的槽深變化呈直線漸變，槽深變化范圍為I IOii m。
8.如權利要求4-6之一所述的具有回流功能的型槽端面非接觸式機械密封，其特征在于所述泵送回流槽的槽深變化呈拋物線漸變，槽深變化范圍為I IOii m。
9.如權利要求3-6之一所述的具有回流功能的型槽端面非接觸式機械密封，其特征在于所述泵送回流槽的兩邊末端距離所述端面上游的間距為0. 05 0. 5mm。
專利摘要本實用新型公開了一種具有回流功能的型槽端面非接觸式機械密封，包括機械密封的動環(huán)和靜環(huán)，所述動環(huán)和靜環(huán)的端面的一側為高壓側即上游，所述動環(huán)和靜環(huán)的端面的另一側為低壓側即下游，所述端面的下游設有光滑平面的環(huán)形密封壩，在所述動環(huán)或靜環(huán)中至少一個密封端面上設有多組流體型槽，特點是所述流體型槽由引流槽與泵送回流槽復合構成，所述引流槽的平均槽深大于所述泵送回流槽的平均槽深；所述引流槽設置在所述端面的上游，且與密封介質相連通；所述泵送回流槽是具有飛鳥翼翅外形結構特征的型槽，槽深呈中間深兩邊淺的變化規(guī)律；所述泵送回流槽的兩邊末端與所述端面上游有一間距。本實用新型具有對密封介質產生下游泵送與上游泵送的雙重作用，減小了泄漏量，提高了密封的運行可靠性。
文檔編號F16J15/40GK202545820SQ20122004903
公開日2012年11月21日 申請日期2012年2月15日 優(yōu)先權日2012年2月15日
發(fā)明者孟祥鎧, 彭旭東, 李紀云, 盛頌恩, 鈕建良 申請人:浙江工業(yè)大學