圖1密封環(huán)中流線型槽的局部放大立體示意圖
[0020] 圖3為采用圖1具有流線型槽端面密封環(huán)的一種機械密封裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 如圖1和圖2所示的是本發(fā)明具有流線型槽端面的密封環(huán)的一種結(jié)構(gòu)，在密封端 面上開設(shè)有8~18個由具有端平面高度的相同形式的隔離部14 (即堰區(qū)）分隔成均勻排布 的型槽11。所述型槽11的中心線沿密封流體質(zhì)點由密封環(huán)周邊向內(nèi)流動的流線形軌跡設(shè) 置，型槽11的開口可位于密封端面上流體膜的壓力上游側(cè)或壓力下游側(cè)。當(dāng)型槽11的開 口位于流體膜的壓力上游側(cè)時，可增大密封端面流體膜的承載性能，使用較為廣泛，而型槽 11的開口位于流體膜的壓力下游側(cè)時則可降低密封端面的流體泄漏量，在需要栗送的地方 可以適用。型槽11的開口可以設(shè)于密封端面的徑向內(nèi)側(cè)或徑向外側(cè)周面（圖中示出的是 開口與徑向外側(cè)周面形式），并且優(yōu)選為是由具有端平面高度的阻斷結(jié)構(gòu)15(壩區(qū)）所封擋 非貫通槽，阻斷結(jié)構(gòu)15可以位于密封端面的徑向內(nèi)側(cè)或徑向外側(cè)。密封端面上開設(shè)有所述 型槽11部分的環(huán)區(qū)的徑向長度與未開設(shè)所述型槽部分的環(huán)區(qū)（即壩區(qū)）的徑向長度之比 為0. 3~5,優(yōu)選范圍為0. 6~1. 5。型槽11沿密封環(huán)圓周的開口弧長與相鄰隔離部14同 徑向側(cè)的弧長的比值范圍為〇. 2~5,優(yōu)選的比值范圍為0. 8~1. 2。型槽11的槽深度hg 通常的范圍可以為0. 002~10毫米，并可根據(jù)實際的工況情況和需要進行調(diào)整。例如，對 于氣體非接觸式密封形式的槽深度hg的取值范圍可以為0. 002~0. 012毫米，對于液體非 接觸式密封的槽深度hg的取值范圍可以為0. 008~0. 030毫米，對于熱變形端面密封的槽 深度hg取值范圍則可為數(shù)毫米。
[0022] 其中，上述型槽11的邊緣型線的極角0與極徑r之間的關(guān)系為：
中：9。為型線邊緣于型槽11開口處起點的初始極角，r。為型槽11 的邊緣型線于型槽11開口處起點的半徑，h為軸向相對的兩密封端面的平均間隙，Q為密封 間隙內(nèi)介質(zhì)體積的泄漏量，《為兩密封端面相對旋轉(zhuǎn)的角速度。
[0023] 圖3是采用上述圖1所示具有流線型槽端面結(jié)構(gòu)密封環(huán)的一種機械密封裝置，其 中的靜止環(huán)1和/或旋轉(zhuǎn)環(huán)2均可以采用圖1結(jié)構(gòu)的密封環(huán)。該機械密封裝置由靜止環(huán) (靜環(huán)）1、旋轉(zhuǎn)環(huán)（動環(huán)）2、靜止環(huán)座3、軸套4、傳動銷5、公差環(huán)6、壓緊套7、推環(huán)8、彈簧 9、防轉(zhuǎn)銷10等構(gòu)成。靜止環(huán)1和旋轉(zhuǎn)環(huán)2共軸線面對面設(shè)置，其相對的端面形成密封面。 靜止環(huán)1徑向空套在靜止環(huán)座3上，軸向由推環(huán)8和彈簧9浮動支撐，周向由防轉(zhuǎn)銷10定 位，因此靜止環(huán)1只可沿軸向自由浮動。旋轉(zhuǎn)環(huán)2徑向由公差環(huán)6脹緊在軸套4的外圓柱 面上，軸向與軸套4的臺階面接觸并被壓緊套7軸向壓緊，周向由傳動銷5與軸套4固定在 一起，因此旋轉(zhuǎn)環(huán)2可隨軸套4與旋轉(zhuǎn)軸16 -起同步旋轉(zhuǎn)。
[0024] 為增加流入槽的介質(zhì)量，從而提高端面流體膜動壓效應(yīng)，其旋轉(zhuǎn)環(huán)2與靜止環(huán)1密 封面間的平均間隙值，為在型槽11的迎風(fēng)側(cè)型線13上取兩密封端面間無槽區(qū)間隙h。，在型 槽11的背風(fēng)側(cè)型線12上取兩密封端面間無槽區(qū)間隙h。與槽深度hg之和（如何由型線13 的間隙h。，與型線12 〇!。+1〇的和計算出平均間隙h?)。一般而言，旋轉(zhuǎn)環(huán)2與靜止環(huán)1的 密封端面間無槽區(qū)間隙h。為0~0. 025毫米，具體可根據(jù)實際情況綜合考慮各種因素對端 平面間隙進行適當(dāng)調(diào)整。例如，對于普通機械密封，兩個密封端面基本處于無間隙的直接接 觸狀態(tài)；對于氣體非接觸式密封端面的無槽區(qū)間隙h。通常約0. 002~0. 005毫米，而對于 某些液體膜非接觸式機械密封其端面無槽區(qū)間隙h。一般約為0. 01~0. 025毫米。
[0025] 與目前采用的對數(shù)螺旋槽或"T"形槽形式的密封環(huán)相比，采用本發(fā)明上述結(jié)構(gòu)密 封環(huán)的密封裝置能具有更加優(yōu)越的流體動壓效果。例如：對兩密封端面的無槽區(qū)間隙11。= 3微米（ym)，槽深為6微米（ym)，內(nèi)徑為120毫米（mm)，徑向槽長12毫米（mm)，阻斷結(jié)構(gòu) 15徑向長10毫米（mm)的密封端面，分別與對數(shù)螺旋槽、"T"形槽就流體膜的承載力進行計 算分析，先獲取對數(shù)螺旋槽、"T"形槽的優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，然后本發(fā)明型槽除了邊緣型線以外， 在槽數(shù)、槽深、槽壩（阻斷結(jié)構(gòu)15)比等參數(shù)上與前兩種槽型盡量保持一致，以增強結(jié)果的 可比性。結(jié)果表明，其流體膜的承載力分別為對數(shù)螺旋槽：620N、"T"形槽：560N和本發(fā)明流 線型槽：667N，即本發(fā)明流線型槽端面的流體膜承載力相對于對數(shù)螺旋槽提升了 7. 6%，較 "T"形槽提升了 19. 1%，明顯具有更好的開啟力和剛度及承載能力，同時也具有了更好的端 面流體動壓效應(yīng)。
【主權(quán)項】
1. 具有流線型槽端面的密封環(huán)，在所述端面上開設(shè)有由具有端平面高度的相同形式的 隔離部（14)分隔成均勻排布的型槽（11)，其特征為：所述的型槽（11)為中心線沿密封流 體質(zhì)點由密封環(huán)周邊向內(nèi)流動的流線軌跡設(shè)置的槽，型槽（11)沿密封環(huán)圓周的開口弧長 與相鄰隔離部（14)同圓周的弧長的比值范圍為0. 2~5,優(yōu)選的比值范圍為0. 8~1. 2。2. 如權(quán)利要求1所述的具有流線型槽端面的密封環(huán)，其特征為：型槽（11)的邊緣型線 的極角Θ與極徑r之間的關(guān)系為：，其中：Θ。為型線邊緣于型槽（11) 開口處起點的初始極角，r。為型槽（11)的邊緣型線于型槽（11)開口處起點的半徑，h為軸 向相對的兩密封端面的平均間隙，Q為密封間隙內(nèi)介質(zhì)體積的泄漏量，ω為兩密封端面相 對旋轉(zhuǎn)的角速度。3. 如權(quán)利要求1所述的具有流線型槽端面的密封環(huán)，其特征為：所述型槽（11)的開口 位于密封端面上流體膜的壓力上游側(cè)或壓力下游側(cè)。4. 如權(quán)利要求1所述的具有流線型槽端面的密封環(huán)，其特征為：所述型槽（11)為開口 于密封端面的徑向內(nèi)側(cè)或徑向外側(cè)周面的非貫通槽，密封端面上開設(shè)有所述型槽（11)部 分的環(huán)區(qū)的徑向長度與未開設(shè)所述型槽部分的環(huán)區(qū)的徑向長度之比為0. 3~5,優(yōu)選范圍 為 0· 6 ~1. 5〇5. 如權(quán)利要求1所述的具有流線型槽端面的密封環(huán)，其特征為：型槽（11)的深度（hg) 為0. 002~10毫米，優(yōu)選為0. 002~0. 030毫米，更好的是0. 002~0. 012毫米或0. 008~ 0· 030暈米。6. 如權(quán)利要求1所述的具有流線型槽端面的密封環(huán)，其特征為：沿密封端面圓周均勻 設(shè)有< 25個型槽（11)，優(yōu)選的型槽（11)數(shù)量為8~18個。7. 具有流線型槽端面的機械密封裝置，包括可隨旋轉(zhuǎn)軸（16)轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)環(huán)（2)和與靜 止環(huán)座（3)保持相對靜止的靜止環(huán)（1)，其軸向相對的端面為密封端面，其特征為：所述旋 轉(zhuǎn)環(huán)（2)和靜止環(huán)（1)中的至少一個為權(quán)利要求1至權(quán)利要求6之一所述的密封環(huán)。8. 如權(quán)利要求7所述的具有流線型槽端面的機械密封裝置，其特征為：所述的旋轉(zhuǎn)環(huán) (2)與靜止環(huán)⑴的密封端面間未開設(shè)所述型槽（11)的區(qū)域間的端平面間隙（h。）為0~ 0. 025毫米，優(yōu)選為0. 002~0. 025毫米，更好的是0. 002~0. 005毫米或0. 01~0. 025毫 米。
【專利摘要】本發(fā)明具有流線型槽端面的密封環(huán)，在所述端面上開設(shè)有由具有端平面高度的相同形式的隔離部分隔成均勻排布的型槽，所述的型槽為中心線沿密封流體質(zhì)點由密封環(huán)周邊向內(nèi)流動的流線軌跡設(shè)置的槽，型槽沿密封環(huán)圓周的開口弧長與相鄰隔離部同徑向側(cè)的弧長的比值范圍為0.2～5，優(yōu)選的比值范圍為0.8～1.2。本發(fā)明的有流線型槽端面的密封環(huán)及機械密封裝置，可以在現(xiàn)有的加工工藝基礎(chǔ)上，極大幅度提高端面流體膜在密封端面上具有更大的開啟力和剛度及承載能力，明顯具有比傳統(tǒng)密封端面更好的端面流體動壓效應(yīng)。
【IPC分類】F16J15/16
【公開號】CN105065675
【申請?zhí)枴緾N201510440073
【發(fā)明人】王和順, 朱維兵
【申請人】西華大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月24日