一种实现零泄漏非接触的多端面组合式机械密封的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种动环与静环之间具有多端面并通过微凹腔、间隙通道、泵送槽的组合作用，实现零泄漏、非接触的机械密封。这种机械密封摩擦副的不同端面上分别开设一些微凹腔或泵送槽，利用微凹腔和泵送槽的动压效应实现非接触，利用不同端面间的间隙通道(或带有迷宫)降低泄漏介质的压力，利用泵送槽的泵送效应减少泄漏量或达到零泄漏。本发明的优点在于利用不同端面的表面微造型结构和间隙通道的组合实现零泄漏、非接触，改善运行过程中的润滑性能。同时，通过不同端面的不同密封间隙实现良好的开、停车密封，对减少机械密封的热变形和防颗粒磨损也有一定的效果，适用于一切液体介质的高参数机械密封领域。
【专利说明】一种实现零泄漏非接触的多端面组合式机械密封
【技术领域】
[0001]本发明涉及多端面机械密封设计【技术领域】，具体是指一种考虑停车密封、实现零泄漏、非接触的新型多端面机械密封结构，目的在于获得理想的密封效果和最大程度上减少变形以及磨损。
【背景技术】
[0002]随着工业技术的发展，对机械密封的性能要求越来越高，在一些高压、高速、高温等工况下，特别是一些航空航天、核电站、石油化工等领域，要求机械密封实现零泄漏、变形小、寿命长。能源的急剧消耗和严格的环保目标，使得提高机械密封的稳定性和寿命成为机械密封制造领域深受关注和重视的课题。
[0003]为了实现机械密封的零泄漏和延长机械密封使用寿命，目前的研究主要是通过密封端面的表面微造型和组合密封实现“非接触”和“零泄漏”，并取得了一定的成效。如:以色列教授 Etsion.1 在 Model for mechanical seals with regular microsurfacestructure.Tribology Transactions.39(3):677-683 (1996) 一文中提出在机械密封端面加工微观凹腔，能够产生动压效应，改善润滑状态；中国专利200710067282.7提出一种在动环或静环开设变分布微孔的机械密封结构，微孔大小不等，在密封端面呈中心对称分布，增加动压效应，但是微凹腔的泵送能力较弱，无法解决泄漏问题，而且不能解决开机、停车时的干摩擦问题；中国专利101701585A、2534428Y、96216242.6等公布了不同结构的上游泵送机械密封环，其泵送能力和动压效应，能够减少泄漏量，降低磨损程度，延长密封副的使用寿命，但是开机时的瞬间开启能力和停车时的磨损依然没有得到有效的解决；中国专利200510038704.9公开了一种槽腔耦合的端面机械密封，在机械密封的动环或者是静环上开设微腔和泵送槽，这两种造型的结合使得机械密封的流体动压效应和上游泵送效应更为显著，但对于开机时的润滑状况改善效果仍然还不够明显。
[0004]中国专利200620040216.1公布了一种螺旋组合机械密封装置，在轴套内壁设有花键、密封槽、外壁设有螺旋槽，能够减少密封腔介质的工作压力，改善工作效果，延长使用寿命；中国专利201310015689.0公布了一种多端面组合机械密封，通过在静环设有多个与注水孔连通的流道孔以及与流道孔连通的一道或多道第一环形槽，使得动静环接触面具有多道端面和多个流道，形成自循环、自冷却的效果，保证了良好的润滑状态和冷却效果；美国专利2008/0290606A1公布了一种组合机械密封，在轴上固定一个外罩，与动环连接，防止泄露，在动环与静环接触端面加工成圆锥形，形成第二道密封；加拿大专利2508354A公布了一种包括配套环、轴向移动的主环形成的密封机构，可以适用于不同压力参数的密封。然而，上述密封都不能有效的解决停车时端面的严重磨损问题，密封性能也未能达到理想的状态。
【发明内容】
[0005]基于上述问题，本发明的目的就是弥补现有技术上的不足而提出的一种有效考虑停车密封的润滑状态、实现零泄漏非接触的多端面组合式机械密封。该密封结构的使用可以大大简化密封系统的结构，实现理想的密封效果，散热均匀，减少热变形，密封端面的改进可以有效的减少颗粒的进入，从而减少端面磨损，增强密封的稳定性，延长密封副的使用寿命。
[0006]为实现上述目的，本发明主要涉及密封副端面接触的改进问题，其特征在于:将机械密封静环伸出端面嵌套在动环内，在其接触的表面上依次开设有凹腔、泵送槽，其中在第一道静环端面上开设沿周向和径向呈均匀分布的凹腔，结构可以是三角形、矩形、六边形、圆形、圆弧截面等，结构参数为:微孔栏数为η = 12?30，周向开孔长度比δ = 0.3?0.4，径向开孔长度比Y = 0.4?0.8,微孔深度h = 5?20μηι,半径r = 20?50μηι ;在靠近内径的动环端面上开设泵送槽，其槽型可以是螺旋线型、圆弧线型、斜线型、T字型、人字型等，槽深为5?10 μ m,槽数为6?20个。
[0007]本发明的效果主要是:(I)在靠近外径处静环端面上开设微凹腔，其动压效应产生的开启力能够极大的改善密封端面的摩擦润滑状态，此处形成第一道密封；(2)在机械密封靠近内径处的动环端面上开设泵送槽，起到流体泵送效应和动压效应，增大开启力的同时将低压侧泄漏液体泵送至上游高压侧，减少泄漏量。当摩擦副不旋转时，在弹簧预紧力下，靠内径处的端面紧密贴合，能够有效的防止停车或者低速运转时引起的泄漏，此处形成第二道密封；(3)两个密封端面之间的轴向泄漏通道，起到间隙密封或迷宫密封的作用，能有效的降低泄漏介质的压力，形成了第三道密封；(4)动静环的嵌套，在实际运转时，形成了类似的“轴承效应”，可以更好的改善密封副的润滑状态和散热。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明的动环端面结构示意图。
[0009]图2是本发明的静环端面结构示意图。
[0010]图3是本发明的动、静环装配的示意图。
[0011]图4是本发明的密封原理示意图。
[0012]图4的图面说明如下:
[0013]1-静环；2-动环；3_传动销；4-弹簧；5_弹簧座；6_紧定螺钉；7_传动螺钉；8-动环O形圈；9_静环O形圈；10_防转销；11_压盖；12_推环；13_轴套；
【具体实施方式】
[0014]本发明中的端面微造型可采用电火花、电化学腐蚀、激光加工等工艺加工。
[0015]在机械密封动环端面上开设沿旋转中心对称分布的泵送螺旋槽，如图1所示；槽开在c-d表面，槽深5?10 μ m，槽数6?20个，动环靠外径端面与静环装配的距离Ii1比113大4?ΙΟμπι，比与匕的比例为I?1.5倍；在静环端面上开设沿周向和径向均匀分布的微孔，如图2所示；微孔栏数为η = 12?30,微孔深度h = 5?20 μ m,半径r = 20?50 μ m,静环伸出台阶h6为4?8mm，动静环的装配图如图3所示；密封环的工作原理图如图
4所示。当主机启动旋转时，带有一定压力的粘性流体介质进入动环2和静环I的密封间隙a-b-c-d，其中密封间隙匕为10?15μπι，由于动环端面开设的泵送槽及静环端面上的微凹腔，利用泵送槽的泵送效应能够有效的减少泄漏，利用槽和腔的动压效应保证端面非接触，能够有效的改善端面润滑状态，实现非接触、零泄漏。
[0016]以上所述，仅仅是对本发明构思的实现形式的列举，并非对本发明作任何形式的限制，本发明的保护范围包括本领域技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段，凡依据本发明对以上实施例作任何的等同变化的更改、修饰和演变等，均属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种实现零泄漏非接触的多端面组合式机械密封，其特征在于:在机械密封摩擦副径向设置多端面并分别开设微凹腔、泵送槽，使动、静环实现多端面密封。
2.根据权利要求1所述的实现零泄漏非接触的多端面组合式机械密封，其特征在于:凹腔沿周向和径向呈均匀分布，凹腔可以是三角形、矩形、六边形、圆形、圆弧截面等，微孔栏数为η= 12?30，其周向开孔长度比3 = 0.3?0.4，径向开孔长度比Y =0.4?0.8，所开微孔深度h = 5?20 μ m,所开微孔半径r = 20?50 μ m。
3.根据权利要求1所述的实现零泄漏非接触的多端面组合式机械密封，其特征在于:泵送槽的槽型可以是螺旋线型、圆弧线型、斜线型、T字型、人字型，其槽开在端面内径，槽深为5?10 μ m,槽数为6?20个。
4.根据权利要求1所述的实现零泄漏非接触的多端面组合式机械密封，其特征在于:泵送槽、凹腔可以开在动环端面或静环端面，动环和静环可以相互嵌套。
【文档编号】F16J15/34GK103557334SQ201310563469
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2013年11月14日
【发明者】陈汇龙, 吴强波, 刘志斌, 左木子, 徐成 申请人:江苏大学