一种仿鲨鱼皮表面三维形貌的端面机械密封结构的制作方法

本发明属于机械密封结构设计技术领域，具体的涉及一种仿鲨鱼皮表面三维形貌的端面机械密封结构。

背景技术：

海洋环境相对陆地有着许多的特殊性，所以应用在海工装备中的机械密封的工况更加恶劣。特别是海洋生物污损问题给应用在海工装备中的机械密封带来了许多危害，海洋污损生物会附着在机械密封的摩擦副上，会加速密封端面的腐蚀和磨损，从而导致机械密封的密封性能下降，使用寿命缩短，严重时会使机械密封失效。针对这种情况，有必要研究一种防止海洋污损生物附着的机械密封装置，使机械密封在运行过程中受海洋污损生物的影响降到最低，从而增加密封的耐磨性和耐腐蚀性，延长其使用寿命。

目前，有许多研究表明大型海洋哺乳动物鲨鱼表皮有着复杂的表面形貌结构，这些生物表面的形貌结构能够有效阻止或抑制生物附着。根据鲨鱼防护海底生物附着的机理，Brennan等人、Scardino和De Nys及Magin等人利用刻蚀翻模的方法研制出Sharklet AFTM微结构材料，证明可以有效地防止藻类、藤壶等污损海洋生物附着，并且其附着率降低了85％左右。

根据鲨鱼皮表面形貌结构仿海洋污损生物附着的机理，可以设计一种仿鲨鱼皮表面形貌结构的端面机械密封结构，从而防止或抑制海洋生物附着，从而达到增加密封耐磨性和耐腐蚀性，延长使用寿命的目的。

技术实现要素：

针对目前应用海洋的端面密封容易受到海洋污损生物附着的缺陷或不足，本发明提供了一种防止海洋污损生物附着、减阻、耐磨、和强化散热的仿鲨鱼皮表面三维形貌的端面机械密封结构。

本发明所述的一种仿鲨鱼皮表面三维形貌的端面机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，所述动环以及所述的静环的密封端面外端作为高压侧即上游，密封端面内端作为低压侧即下游，其特征在于：所述动环或静环中至少有一个密封端面上游的高压侧设有一圈封闭的密封坝，并在该密封端面表面周向均布若干个上游泵送槽，所述上游泵送槽的第一端延伸至密封端面的高压侧，第二端延伸至密封端面的低压侧；相邻两条上游泵送槽之间的区域为密封堰；所述上游泵送槽槽底和密封堰表面加工有仿鲨鱼皮表面形貌的微凸体簇，所述微凸体簇错位排布直至均匀布满整个密封堰和上游泵送槽槽底，所述微凸体簇由若干个彼此平行的微凸体单元组成。

所述微凸体簇由若干个微凸体单元依次沿其短轴方向平行排列，且同组微凸体单元的长度沿其短轴方向从中心向两端渐减；密封堰表面的相邻微凸体簇沿其短轴方向首尾相接，且密封堰表面的微凸体簇短轴所在直线过密封端面的圆心；其中短轴指的是微凸体簇中与微凸体单元中心轴垂直的对称轴；长轴指的是微凸体簇中最长微凸体单元的中心轴。

所述密封端面表面沿其周向均布多个上游泵送槽，上游泵送槽为弯曲方向一致的光滑圆弧槽，且上游泵送槽的第二端槽口比第一端槽口宽。

所述上游泵送槽的槽底表面的微凸体簇长轴方向与所述圆弧槽导流方向一致，所述密封堰表面上的微凸体簇长轴方向与圆弧槽所在基圆的圆周切线方向一致。

所述微凸体单元横截面为长方形和两个半圆的组合形状，所述微凸体单元两个半圆圆心所在直线与微凸体单元长轴重合、微凸体单元两个半圆圆心连线的中垂线经过密封端面圆心且与微凸体单元短轴重合。

所述的上游泵送槽的第一端距离所述端面上游的间距为0.5-3mm，槽深为0.1-1mm。

所述的密封端面表面均布的上游泵送槽个数为3-25个。

同组微凸体簇中的微凸体单元之间的间隙为0.05-0.3μm。

本发明具有以下有益效果：

1)在上游泵送槽槽底和密封堰表面上加工有微米级仿鲨鱼皮表面三维形貌的微凸体簇，使得海洋污损生物在密封端面上难以附着，从而达到防止海洋污损生物附着的目的。

2)由于微凸体簇之间存在一定间隙，液体经过时可以带走一部分端面密封在运行过程中产生的摩擦热，达到强化散热的效果。

3)上游泵送槽和仿鲨鱼皮表面三维形貌相结合，可以降低摩擦功耗，从而达到减阻的效果。

4)上游泵送槽和仿鲨鱼皮表面三维形貌相结合，可以增强动压效应，减少磨损，从而达到增强耐磨性、延长使用寿命的效果。

附图说明

图1为本发明的示意图(A代表高压侧；B代表低压侧)；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的微凸体簇示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明

参照附图：

实施例1本发明所述的一种仿鲨鱼皮表面三维形貌的端面机械密封结构，包括作为机械密封的动环和静环，所述动环以及所述的静环1的密封端面外端作为高压侧A即上游，密封端面内端作为低压侧B即下游，所述动环或静环中至少有一个密封端面上游的高压侧设有一圈封闭的密封坝2，并在该密封端面表面周向均布若干个上游泵送槽5，所述上游泵送槽5的第一端延伸至密封端面的高压侧A，第二端延伸至密封端面的低压侧B；相邻两条上游泵送槽5之间的区域为密封堰3；所述上游泵送槽5槽底和密封堰3表面加工有仿鲨鱼皮表面形貌的微凸体簇4，所述微凸体簇4错位排布直至均匀布满整个密封堰3和上游泵送槽5槽底，所述微凸体簇441由若干个彼此平行的微凸体单元组成。

所述微凸体簇4由若干个微凸体单元41依次沿其短轴方向平行排列，且同组微凸体单元的长度沿其短轴7方向从中心向两端渐减；密封堰表面的相邻微凸体簇沿其短轴方向首尾相接，且密封堰表面的微凸体簇短轴所在直线过密封端面的圆心；其中短轴指的是微凸体簇中与微凸体单元中心轴垂直的对称轴；长轴6指的是微凸体簇中最长微凸体单元的中心轴。

所述密封端面表面沿其周向均布多个上游泵送槽5，上游泵送槽5为弯曲方向一致的光滑圆弧槽，且上游泵送槽5的第二端槽口比第一端槽口宽。

所述上游泵送槽5的槽底表面的微凸体簇4长轴6方向与所述圆弧槽导流方向一致，所述密封堰3表面上的微凸体簇长轴方向与圆弧槽所在基圆的圆周切线方向一致。

所述微凸体单元41横截面为长方形和两个半圆的组合形状，所述微凸体单元两个半圆圆心所在直线与微凸体单元长轴重合、微凸体单元两个半圆圆心连线的中垂线经过密封端面圆心且与微凸体单元短轴重合。

所述的上游泵送槽5第一端距离所述端面上游的间距为0.5-3mm，槽深为0.1-1mm。

所述的密封端面表面均布的上游泵送槽个数为3-25个。

同组微凸体簇4中的微凸体单元之间的间隙为0.05-0.3μm。

具体的，图1中代表静环，但是动环其实与其相似，本处不另外画出；所述上游泵送槽5和仿鲨鱼皮表面三维形貌相结合可以降低摩擦功耗，从而降低摩擦副在运行过程中的阻力，达到减阻的效果，同时所述上游泵送槽5和仿鲨鱼皮表面三维形貌相结合可以增加动压效应，使摩擦副在运行过程中减少磨损率降低，达到增强耐磨性、延长使用寿命的效果。所述微凸体簇4之间存在间隙，可以增加液体与固体接触的面积，使固液之间对流传热的热量增加，通过液体流动带走的热量增多，从而达到强化散热的效果。同时，由于所述微凸体簇4的存在，使得海洋污损生物在密封端面上难以附着，从而达到防止海洋污损生物附着的目的。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。