一种双列槽的液膜润滑零泄漏机械密封的制作方法

本发明涉及机械密封的摩擦与润滑领域技术领域，具体涉及一种双列槽的液膜润滑零泄漏机械密封。

背景技术：

随着石油、石化工业向无污染、长周期、低能耗、高效益方向发展，流体机械的机械密封需要满足零泄漏、长寿命和运行维护费用低等要求。普通的螺旋槽或t形槽动压效应胶高，以至于将过多的液体泵送入密封环端面，造成密封泄漏，而原八字形螺旋槽在密封液带压状态下，会因为外侧槽形动压效应比较强，导致内侧螺旋槽封不住液而最终发生泄漏。

申请号为cn200920231993.8的实用新型专利文件中，提供了一种轴向横截面为直角三角形的新型螺旋槽机械密封，在机械密封的动环端面开设沿周向均匀分布的径向螺旋槽，螺旋槽的轴向横截面呈一直角三角形，一个壁面垂至于机械密封环的密封端面，另一壁面是一个连接密封环端面与槽底的倾斜壁面，两个壁面相交于螺旋槽的槽底，能够使开机时密封环的冷却润滑问题得到有效地改善，减少热、力变形，增强机械密封的工作稳定性和延长使用寿命，但是并不能使机械密封结构达到零泄漏的标准，存在一定的缺陷。

公开号为cn110242751a的发明专利文件，提供了一种旋转机械设备的多阶层双列槽密封端面结构，包括静环及相对所述静环转动的动环，所述静环或所述动环具有高压侧与低压侧，所述静环或所述动环相对表面低压侧具有多个反向槽组，多个所述方向槽组沿周向方向间隔分布，每个所述反向槽组包括至少两级沿所述低压侧至所述高压侧排布的反向槽，相邻两个所述反向槽的槽壁重合并呈阶梯状设置；所述静环或所述动环相对表面的高压侧还具有多个正向槽组，多个正向槽组沿周向方向间隔分布，所述正向槽组的旋向与所述反向槽组的旋向相反，在实现较好密封效果的同时，具有良好刚度，降低磨损，延长使用寿命。该专利文件的适用领域以及解决的问题是提供了一种能够保证低泄漏的同时减少磨损延长使用寿命的双列槽密封端面结构，因此该专利存在的缺陷也是不能满足机械密封零泄漏的要求。

申请号cn201710421524.1的发明专利文件中，提供了一种端面带有叶脉状形槽的机械密封结构，前端面即密封面是由外环、内环、密封堰区、密封坝区及叶脉状形槽组成，它们都位于该机械密封结构的前端面即密封面上的不同位置；该叶脉状形槽共有6～12个，其个数随该机械密封结构的大小而改变；该叶脉状形槽，是由第一支槽、第二支槽、第三支槽，第四支槽和主槽组成；该专利解决的主要问题是减小了因机械密封端面不平度引起的副作用，提高了机械密封的工作效能；可以有效避免小膜厚、小压差的极端工况下的碰摩失效，实现了密封的非接触、提高耐磨损，延长了使用寿命，提高了密封的可靠性，存在的缺陷是依然未能使密封结构达到零泄漏。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种双列槽的液膜润滑零泄漏机械密封，通过在密封环的端面上设置沿密封环外径周向分布的l形槽和沿密封环内径周向分布的螺旋槽，液体通过外l形槽将密封液泵送至密封端面，又通过内螺旋槽将密封液泵送回外径来封住密封液，通过内外双槽的配合在端面槽产生动压效应，形成稳定的液膜，达到液膜润滑机封的非接触运行目的，最终实现零泄漏，解决了现有槽形无法实现完全密封和零泄漏的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双列槽的液膜润滑零泄漏机械密封，包括在端面开设有双列槽的密封环；其中：

优选地，所述双列槽包括内侧槽和外侧槽；

优选地，所述外侧槽为沿密封环外径r5周向均匀分布的l形槽；

优选地，所述内侧槽为沿密封环内径r1周向均匀分布的螺旋槽。

可选地或优选地，所述l形槽包括长槽和短槽，其中长槽长度l2是短槽长度l1的两倍。

可选地或优选地，所述螺旋槽的螺旋角θ1角度为10～20°。

可选地或优选地，所述螺旋槽的内径开始于密封环端面的内径r1。

可选地或优选地，所述l形槽的外径开始于密封环端面的外径r5。

可选地或优选地，所述l形槽和螺旋槽的槽深范围均为2-12μm。

可选地或优选地，所述l形槽处外径r4和l形槽内径r3通过有限元分析和工程软件计算而成。

可选地或优选地，根据载荷系数计算方法，以及膜压计算方法进行大致的计算，运用有限元分析方法和流体动力学原理，借助模拟分析软件进行模拟分析计算，对初始数据进行修正，得到修正结果，再运用试验进行验证，优化，最终得到r3、r4的初始参数。

可选地或优选地，l形槽的总长l2比螺旋槽的圆弧部分短，内外相同槽型数量，外侧开槽的面积更小，结合流体润滑性和动压效应需要，进行l2的长度设计。

基于上述技术方案，可产生如下技术效果：

本发明实施例提供的一种双列槽的液膜润滑零泄漏机械密封，适用于要求流体机械的机械密封实现被密封介质零逸出的情况,且适用压力≤0.5mpa。本发明一种双列槽的液膜润滑零泄漏机械密封通过在密封环的端面上设置沿密封环外径周向分布的l形槽和沿密封环内径周向分布的螺旋槽，液体通过外l形槽将密封液泵送至密封端面，又通过内螺旋槽将密封液泵送回外径来封住密封液，通过内外双槽的配合在端面槽产生动压效应，形成稳定的液膜，达到液膜润滑机封的非接触运行目的，最终实现零泄漏。本发明一种双列槽的液膜润滑零泄漏机械密封通过在端面间形成稳定液膜来实现对密封介质的阻封来实现被密封介质的零泄漏，其在运转过程中实现端面处处于非接触状态，端面磨损小，使用寿命长，端面发热量低，节约了用于降低端面温升的密封冲洗液量和冷却水量，提高了整体的运行效率，与接触式机械密封相比较，简化了系统结构，具有显著的节能减排效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的l形槽设计原理图；

图中：1.密封环；2、l形槽；3、螺旋槽；a、端面；b、楔形收缩。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1-2所示：

本发明提供了一种双列槽的液膜润滑零泄漏机械密封，包括在端面开设有双列槽的密封环1；其中：

所述双列槽包括内侧槽和外侧槽；

所述外侧槽为沿密封环1外径r5周向均匀分布的l形槽2；

所述内侧槽为沿密封环1内径r1周向均匀分布的螺旋槽3。

作为可选地实施方式，所述l形槽2包括长槽和短槽，其中长槽长度l2是短槽长度l1的两倍，l2=2l1。

作为可选地实施方式，为了降低在带压工况或大轴径工况下外侧槽型的泵送效应，结合内槽的反向泵送效应，最终实现密封的零泄漏，在压力作用下，流体会有一个从高压到低压的流动趋势，如果外侧不设计动压槽，端面直接接触，流体在压力作用下进入端面的量很少，不足以润滑端面，接触运行易磨损，如果外侧开设螺旋槽，在压力和动压效应的双重作用下，流体进入端面的量大，内槽不能完全返送，易造成密封泄漏，由于流体压力存在，通常l形槽2的总长l2比螺旋槽3的圆弧部分短，内外相同槽型数量，外侧开槽的面积更小，结合流体润滑性和动压效应需要，进行l2的长度设计。端面从外到内，压力成一定的梯度下降，最外侧压力最高，流体进入端面更多，越往内压力降低，流体进入越少甚至没有，因此未开槽部分内部就需要借助动压槽产生的动压泵送效应来润滑。槽型需要呈现收敛形状，才能产生明显的动压效应，而外侧存在压力产生的压差流，因此，最外侧泵送效应应比内侧需求小，l2比l1宽。为保证进液和外侧具有一定的动压效应，而外侧处于开放空间，因此，理论上外侧的长度可以很长也不会有太大影响，因此，l1的宽度通常经过计算l2的宽度再取1/2即可。

作为可选地实施方式，所述螺旋槽3的螺旋角θ1角度为10～20°。

作为可选地实施方式，所述螺旋槽3的内径开始于密封环1端面的内径r1。

作为可选地实施方式，所述l形槽2的外径开始于密封环1端面的外径r5。

作为可选地实施方式，所述l形槽2和螺旋槽3的槽深范围均为2-12μm。

作为可选地实施方式，本发明一种双列槽的液膜润滑零泄漏机械密封，可用于改善plan52/53/54冲洗方案大气侧密封石墨环泡疤引起的泄漏问题，延长上述工况下的密封使用寿命，降低运行成本。

作为可选地实施方式，液膜润滑端面全液膜润滑，降低现场vocs排放，减少环境污染，降低现场维护频度，降低维护人员工作强度。

作为可选地实施方式，一种双列槽的液膜润滑零泄漏机械密封用于液膜润滑密封大气侧，适用压力≤0.5mpa的情况，可用于各种泵类设备的液膜密封大气侧。

作为可选地实施方式，液膜密封可替换碱液泵，污水泵，渣浆泵，原油泵，锅炉热水泵等设备原机械密封，提高密封使用寿命。

作为可选地实施方式，所述l形槽2处外径r4和l形槽内径r3通过有限元分析和工程软件计算而成。

作为可选地实施方式，r3、r4的初始参数，根据载荷系数计算方法，以及膜压计算方法进行大致的计算，运用有限元分析方法和流体动力学原理，借助模拟分析软件进行模拟分析计算，对初始数据进行修正，得到修正结果，再运用试验进行验证，优化，最终得到符合工况条件的最优参数。

作为可选地实施方式，l形槽2和螺旋槽3的双列槽形在密封环1端面间形成液膜，在密封环1端面外侧带压情况下，由于存在大气压差，将有微量的密封液进入端面，在辅以外侧开设的l形槽2，可实现端面的完全液膜润滑。

作为可选地实施方式，l形槽2动压效应比原螺旋槽或t形槽动压效应更低，可以润滑端面，但不至于将过多的液体泵送入端面，造成密封的泄漏。

作为可选地实施方式，l形槽2的动压效应相较于螺旋槽3有所降低，从而实现了在形成稳定液膜的运行情况下，又不会因为压力作用和外侧槽泵送效果太强导致大量密封液进入端面，出现内侧螺旋槽3封不住液的情况，可以做到介质对大气的零泄漏，避免了介质对环境的污染。

本发明一种双列槽的液膜润滑零泄漏机械密封工作原理如下：液体通过外l形槽2将密封液泵送至密封环1端面，又通过螺旋槽3将密封液泵送回外径来封住密封液，通过内外双槽的配合在密封环1端面槽产生动压效应，形成稳定的液膜，达到液膜润滑机封的非接触运行目的，最终实现零泄漏。