专利名称：下游泵送双列螺旋槽端面密封的制作方法
技术领域：
本实用新型属于旋转轴密封，特别涉及一种下游泵送双列螺旋槽端面密封，用于压缩机、膨胀机、分离机、泵、反应釜搅拌器等机械的旋转轴的流体动、静压结合型非接触式端面密封。
到目前为止，文献中已有的双列螺旋槽端面密封都是纯流体动压型的，如中国专利90101737.X，其特征是位于高压侧的螺旋槽的径向高度小于位于低压侧的螺旋槽的径向高度。在给定的旋向下，这两列螺旋槽所产生的泵汲压力与密封流体的压力相平衡，密封流体的泄漏量可以为零。但是，这类密封仅适用于密封流体与被密封介质之间的压差较小，而且密封流体的粘度较高的工况。
而常见的流体动、静压相结合型的端面密封，都是下游泵送单列螺旋槽端面密封。在这列螺旋槽的下游有平面环带，起节流作用，即“阻挡”作用，如美国专利4,212,475。
本实用新型的目的在于提出一种新的流体动、静压结合型下游泵送双列螺旋槽端面密封，它在相同的条件下比上述密封具有更大的流体膜厚度，或者在相同的流体膜厚度下具有更大的流体膜刚度，以承受密封流体与被密封介质之间较大的压差，适应粘度低的密封流体并且对旋转速度的适应性更强。
本实用新型的目的是这样实现的一种旋转轴的下游泵送双列螺旋槽端面密封，由旋转环、静止环等组成，旋转环的密封端面与静止环的密封端面相贴合，其特征是在旋转环的密封端面上，或者在静止环的密封端面上，或者同时在这两个密封端面上设置两列螺旋槽，其中，一列位于高压侧，即上游，另一列位于低压侧，即下游，两列螺旋槽的螺旋角相反，位于上游的螺旋槽的径向高度大于或等于位于下游的螺旋槽的径向高度；在下游一列螺旋槽的内侧还有一平面环带，起节流和停车密封作用。螺旋槽的型线可以是除同心圆和径向直线以外的任何曲线和线段，螺旋角α既可以是恒定的，又可以是变化的，其范围为0°＜｜α｜＜90°，最佳范围为5°～30°。螺旋槽的深度既可以是不变的也可以是可变的，深度的范围为0.005～0.200mm，一般说来，密封流体粘度越大，螺旋槽深度也越大。螺旋槽的宽度可以是不变的，也可以是变化的。
与纯流体动压型双列螺旋槽端面密封相比，由于在本实用新型中位于上游的一列螺旋槽的径向高度大于或等于位于下游的一列螺旋槽的径向高度，故在给定的旋向下，两列螺旋槽总的效果是将密封流体由高压侧向低压侧泵送，即由上游向下游泵送，简称下游泵送，从而产生轻微的泄漏，以此为代价而换取了两个密封端面之间更大的流体膜厚度及流体膜刚度。因此，本实用新型的密封比纯流体动压型双列螺旋槽端面密封更适应低粘度密封流体，如气体；同时也适用于密封流体与被密封介质之间的压差更高的工况。
与流体动、静压结合型下游泵送单列螺旋槽端面密封相比，在本实用新型的双列螺旋槽端面密封中增加了一列位于下游的螺旋槽，其螺旋角的方向与位于上游的螺旋槽的螺旋角方向相反，在给定的旋向下，下游一列螺旋槽对密封流体自下游向上游泵汲，起主动的“推挡”作用，而不是像单列螺旋槽端面密封中的平面环带那样只是起被动的“阻挡”作用，故其密封效果更佳。因此，本实用新型中的密封端面之间有更大的流体膜厚度或者在相同的流体膜厚度下具有更大的流体膜刚度。本实用新型中的下游一列螺旋槽的内侧仍保留一宽度较小的平面环带，在转动状态下也是起节流作用，在静止状态下则起停车密封作用。综上所述，与下游泵送单列螺旋槽端面密封相比，本实用新型适用于密、封流体与被密封介质之间压差更大的工况，并且对旋转速度的适应性更强。
图1．螺旋槽设置在旋转环上的下游泵送双列螺旋槽端面密封结构图。
图2．螺旋槽设置在静止环上的下游泵送双列螺旋槽端面密封结构图。
图3．螺旋槽同时设置在旋转环上和静止环上的下游泵送双列螺旋槽端面密封结构图。
图4．螺旋槽型线示意图。
图5．两列螺旋槽之间和上游螺旋槽的外侧都有平面环带的密封端面视图。
图6．两列螺旋槽之间有平面环带，上游螺旋槽的外侧没有平面环带的密封端面视图。
图7．两列螺旋槽之间没有平面环带，上游螺旋槽外侧有平面环带的密封端面视图。
图8．两列螺旋槽之间和上游螺旋槽的外侧都没有平面环带的密封端面视图。
在以上附图中，符号含义如下Rb-密封平衡半径Ro-旋转环和静止环的密封端面内半径中较大的一个内半径R1-下游螺旋槽的内半径R2-下游螺旋槽的外半径R3-上游螺旋槽的内半径R4-上游螺旋槽的外半径R5-旋转环和静止环的密封端面外半径中较小的一个外半径α-螺旋角h-螺旋槽深度
以下结合附图所表示的实施例对本实用新型进行详细说明。
图1为螺旋槽设置在旋转环上的下游泵送双列螺旋槽端面密封结构图。该密封由旋转环1、静止环2、副密封圈3、推环4、弹簧5、防转销6、壳体7、轴套8、轴9、静密封圈10等组成。在旋转环1的密封端面上设置两列螺旋槽，在高压侧H(即上游)有一列螺旋槽11，在低压侧L(即下游)有一列螺旋槽12，位于上游的螺旋槽径向高度R4-R3大于或等于位于下游的螺旋槽径向高度R2-R1，参见图5～图8。在给定旋向下由于这两列螺旋槽的螺旋角方向相反，位于上游的一列螺旋槽将密封流体向下游泵送，而位于下游的一列螺旋槽将密封流体向上游泵送；但由于位于上游的一列螺旋槽的径向高度大于或等于位于下游的一列螺旋槽的径向高度，因而两列螺旋槽总的效果是将密封流体沿箭头G的方向从上游向下游泵送，从而产生一微量泄漏。在上游螺旋槽的外侧有一平面环带，即R5-R4之间的环带，两列螺旋槽之间也有一平面环带，即R3-R2之间的环带；此外，在下游一列螺旋槽的内侧仍保留一平面环带，即R1-R0之间的环带，起节流和停车密封的作用；Rb为密封的平衡半径。螺旋线的形状可以是图4所示的任何曲线或线段，例如对数螺旋线；螺旋角的范围是0°＜｜α｜＜90°，例如20°。上游一列螺旋槽深度h沿径向和周向可以是不变的，例如0.02mm不变；也可以是变化的。螺旋槽的宽度可以是变化的，也可以是不变的，例如，从内径向外径逐渐加宽。
本实施例中螺旋槽设置在旋转环的密封端面上，也可以设置在静止环的密封端面上，见图2。还可以同时设置在旋转环及静止环的密封端面上，见图3。
图4为螺旋槽型线示意图，以下游一列螺旋槽的型线为例，螺旋槽有二个侧壁，其型线可以是除同心圆(螺旋角α=0°)或径向直线(螺旋角α=90°)以外的任何曲线或直线，例如对数螺旋线(等角螺旋线)、阿基米德螺旋线、圆弧线、斜直线、斜折线等等。其中螺旋角的定义如下设任何形式的曲线(或直线)从内径R1处的A点(或A’、A″点)开始，到外半径R2处的B点(或B’、B″点)为止，在R1与R2之间的任意半径R处的同心圆与该曲线(或直线)相交于P点(或P’、P″点)，在该点曲线的切线(或直线本身)与同心圆的切线之间的夹角α即定义为螺旋角。曲线AB与曲线A″B″的螺旋角方向相反，若定义前者为正，则后者为负。在本实用新型中，螺旋角的范围是0°＜｜α｜＜90°。螺旋角α可以恒定，也可以变化，即可以由除去同心圆之外的多种曲线组成，也可以由除去径向直线之外的一条或多条线段即折线组成。
图5至图8是可供选择的密封端面上螺旋槽的形状及位置。
图5为两列螺旋槽之间和上游螺旋槽的外侧都有平面环带的密封端面视图。两列螺旋槽之间有一平面环带，即R3-R2之间的环带，两列螺旋槽呈八字形。上游一列螺旋槽的外侧有一平面环带，即R5-R4之间的平面环带。若螺旋槽加工在旋转环上时，该环的旋转方向为C向；若螺旋槽加工在静止环上时，与其相对的旋转环的旋转方向为D向。
图6为两列螺旋槽之间有平面环带，上游螺旋槽的外侧没有平面环带的密封端面视图。
图7为两列螺旋槽之间没有平面环带，上游螺旋槽的外侧有平面环带的密封端面视图。两列螺旋槽互相衔接，呈人字形。
图8为两列螺旋槽之间和上游螺旋槽的外侧都没有平面环带的密封端面视图。
图6～图8中的旋转方向与图5的说明一致。
实施本实用新型的密封总体布局可以有多种形式单密封、面对面式的双密封、背靠背式的双密封、两级串联密封、三级串联密封、双密封与单密封组合的密封等等。
本实用新型的密封是一种新型流休动、静压结合型非接触式端面密封，其优点是具有更大的流体膜厚度，或者在相同的流体膜厚度下具有更大的流体膜刚度，因此，既适用于高粘度的密封流体(例如油)，也适用于低粘度的密封流体(例如水或气体)；既适用于低压工况，也适用于高压工况；既适用于高速旋转，也适用于低速旋转。本实用新型可用于各种型式的压缩机、膨胀机、分离机、泵、反应釜搅拌器等旋转机械的密封，尤其是干式气体密封。
权利要求1．一种旋转轴的下游泵送双列螺旋槽端面密封，由旋转环、静止环等组成，旋转环的密封端面与静止环的密封端面相贴合，其特征是在旋转环的密封端面上设置两列螺旋槽，其中，一列位于高压侧，即上游，另一列位于低压侧，即下游，两列螺旋槽的螺旋角相反，位于上游的螺旋槽的径向高度大于或等于位于下游的螺旋槽的径向高度，在下游一列螺旋槽的内侧还有一平面环带。
2．根据权利要求1所述的下游泵送双列螺旋槽端面密封，其特征是在静止环的密封端面上设置两列螺旋槽，其中，一列位于高压侧，即上游，另一列位于低压侧，即下游，两列螺旋槽的螺旋角相反，位于上游的螺旋槽的径向高度大于或等于位于下游的螺旋槽的径向高度，在下游一列螺旋槽的内侧还有一平面环带。
3．根据权利要求1所述的下游泵送双列螺旋槽端面密封，其特征是在旋转环的密封端面上和静止环的密封端面上各设置两列螺旋槽，其中，一列位于高压侧，即上游，另一列位于低压侧，即下游，两列螺旋槽的螺旋角相反，位于上游的螺旋槽的径向高度大于或等于位于下游的螺旋槽的径向高度，在下游一列螺旋槽的内侧还有一平面环带。
4．根据权利要求1或2或3所述的下游泵送双列螺旋槽端面密封，其特征是密封端面上螺旋槽的型线可以是除同心圆以外的任何曲线，曲线的螺旋角α是变化的，其范围是0°＜｜α｜＜90°。
5．根据权利要求1或2或3所述的下游泵送双列螺旋槽端面密封，其特征是密封端面上螺旋槽的型线为对数螺旋线，其螺旋角α是恒定的，范围是0°＜｜α｜＜90°。
6．根据权利要求1或2或3所述的下游泵送双列螺旋槽端面密封，其特征是密封端面上螺旋槽的型线可以是除径向直线之外的任何线段，线段的螺旋角α的范围是0°＜｜α｜＜90°。
7．根据权利要求1或2或3所述的下游泵送双列螺旋槽端面密封，其特征是螺旋槽的深度是不变的。
8．根据权利要求1或2或3所述的下游泵送双列螺旋槽端面密封，其特征是螺旋槽的深度是变化的。
9．根据权利要求1或2或3所述的下游泵送双列螺旋槽端面密封，其特征是螺旋槽的宽度是恒定的。
10．根据权利要求1或2或3所述的下游泵送双列螺旋槽端面密封，其特征是螺旋槽的宽度是变化的。
专利摘要本实用新型涉及一种旋转轴的下游泵送双列螺旋槽端面密封,其特征是:在旋转环或静止环的密封端面上,或者同时在这两个端面上设置两列螺旋槽,一列位于高压侧即上游,一列位于低压侧即下游,两者螺旋角的方向相反;上游螺旋槽的径向高度大于或等于下游螺旋槽的径向高度,两列螺旋槽总的效果是将密封流体从上游向下游泵送。其优点是:流体膜的承载能力和刚度大,对旋转速度的适应性强。本实用新型适用于各种旋转机械的密封,尤其是干式气体密封。
文档编号F16J15/54GK2307157SQ9722828
公开日1999年2月10日 申请日期1997年10月17日 优先权日1997年10月17日
发明者王玉明 申请人:王玉明