双向旋转自泵送流体动压型机械密封的制作方法
【专利说明】双向旋转自泵送流体动压型机械密封
[0001]
技术领域
[0002]本技术属于密封技术领域，特别涉及一种可双向旋转具有流体动压效应的自栗送机械密封，适用于各种压缩机、离心栗、反应釜搅拌器等旋转机械的旋转轴的密封。
【背景技术】
[0003]现有的单旋向的机械密封，如美国US4212475公开的一种具有单列螺旋槽的流体动静压结合型非接触式机械密封、US5201521公开的一种流体动压型双列螺旋槽端面密封装置、中国专利ZL96108614.9公开的双环带螺旋槽端面密封、ZL201020106087.8公开的离心机干气密封等，这些螺旋槽机械密封仅适用于单向旋转，且其形成流体动压的介质都是栗入槽内的，在型槽根部产生较高的压力，从而形成端面开启力，减小密封端面的摩擦，但同时却又增大了动环和静环端面间的泄漏;虽然双列螺旋槽机械密封装置利用两列螺旋槽所产生的栗汲压差与密封端面内外两侧流体压差相平衡，在一定程度上克服了单列螺旋槽机械密封泄漏率大的缺陷，但其较为复杂的结构，大的安装空间要求，仅适用于密封端面两侧流体压差不大的工况，加上单旋向的性能特点，极大地限制了其应用范围。现有的双旋向的机械密封，如中国专利201210041042.5“似蘑菇型槽双向旋转流体动压型机械密封结构”、201010211454.5“可双向旋转的气体润滑非接触机械密封装置”、美国专利US5090712等，较好地解决了旋转机械正反旋转时的密封困难，这些机械密封是在动静环端面开设一定数量的、具有轴对称性几何形状的型槽，无论旋转轴正转还是反转，都有一半数量的型槽利用旋转时汲入的流体产生流体动压效应，形成分离相互贴合的动、静环密封端面的开启力，使动静环端面脱离接触减小磨损，并在两个端面之间形成连续、稳定的一层具有一定刚度的流体膜，阻止流体的泄漏。这类双旋向机械密封如同前述单旋向机械密封一样，属于流体栗入式机械密封，建立流体动压时需要提供洁净的栗入流体，需求增加辅助过滤系统，否则栗入流体中任何微小颗粒的侵入，都会破坏密封坝端面，加速流体动压机械密封的失效。ZL201310201473.3“自栗送流体动压型机械密封”的提出很好地解决了这一问题。但是，其仍然存在旋向选择性不足的问题。
【发明内容】
[0004]本技术的目的是提供一种可双向旋转的自栗送机械密封，以克服现有双向旋转流体动压机械密封需要辅助循环系统协助工作、流体动压效应小、缺乏抗颗粒干扰能力的缺陷。
[0005]本技术的方案是:
一种双向旋转自栗送流体动压型机械密封，设置于机械设备的壳体2和旋转轴10之间，由动环3、动环用0形圈11、静环4、静环用0形圈5、弹簧7、静环座13组成，动环端面包括螺旋槽、密封堰和密封坝三部分，螺旋槽31数量不少于3个，均布于动环端面的外径侧，动环端面的内径侧为密封坝33，螺旋槽31之间的密封面为密封堰;静环端面外径侧加工成锥面41，同时在动环或静环端面上加工与各个螺旋槽根部相通的集流环槽34;在动环3或静环4上设置把集流环槽34与密封腔1连通的引流孔道35，其特征是:
采用流体栗出和流体栗入的方式产生不同旋向时的流体动压；
所述的流体栗出式，即在动环正向旋转时，来自于密封腔1、通过引流孔道35布满螺旋槽31的介质，被螺旋槽31的凸面36加速成高速流体，在离心力作用下，沿凹面37向动环3外径侧流动而“栗出”至密封腔1，此时螺旋槽31的根部形成低压区，密封腔1内的介质在压差作用下，再一次通过引流孔道35流入螺旋槽31根部，形成一次次正向自栗送循环；
所述的流体栗入式，即在动环反向旋转时，密封腔1内的介质沿螺旋槽31的凹面37楔入，向动环3内径侧流动而“栗入”至螺旋槽31根部，由于旋转半径的减小，螺旋槽31根部处流体的线速度降低，此时流体的部分动能转化为压力能，变为高压流体，在压差作用下，通过引流孔道35重新流进密封腔1中，形成一次次反向自栗送循环。
[0006]本技术的有益效果:
1、本技术能够防止流体中的颗粒进入密封坝，降低密封坝端面的磨损，具有抗颗粒干扰能力。具体地说:
当动环正向旋转时，双向旋转自栗送流体动压型机械密封采用流体栗出方式工作，在动环运转过程中，经过螺旋槽25的流体介质，均受到离心力的作用，而产生远离密封坝的流动，这就使得存在于自栗送流体中的固体颗粒不会进入密封坝24区，避免了密封坝端面的磨粒磨损。
[0007]当动环反向旋转时，双向旋转自栗送流体动压型机械密封采用流体栗入方式工作，在动环运转过程中，密封腔1内的介质，一方面沿螺旋槽25的凹面23楔入螺旋槽，在螺旋槽中以平行于螺旋槽底面和密封坝的方向向螺旋槽根部流动，另一方面，沿螺旋槽25的凹面23楔入螺旋槽的流体，在螺旋槽中流动时，通过粘性剪切力径向分力的作用，带动处于动环密封堰所在平面和静环锥面间的介质以与密封坝成一定角度的流速方向流过静环锥面小端处，进入动环或静环上的集流环槽，流向动环3或静环11上与密封腔1连通的引流孔道20，最后重新流进密封腔1中，避免流体在沿平行于密封坝的方向直接流向密封坝端面，有效防止了流体中的颗粒进入密封坝端面，减小了密封坝端面的磨损。
[0008]2、具有稳定的工作特性。具体地说:
当动环正向旋转时，双向旋转自栗送流体动压型机械密封采用流体栗出方式工作，所述被螺旋槽25凸面22加速成高速的流体，在被栗出螺旋槽25的过程中，随着螺旋槽25的流通截面积的逐渐增大，流速降低，压力增大，形成分离动环3和静环11的开启力；分离动环3和静环11的开启力增大，则静环座14上安置的弹簧7被压缩，当增大后的开启力与弹簧7被压缩时的弹簧力、密封流体压力有效作用力两者之和平衡时，动环和静环间维持一定的间隙，密封端面间无磨损，泄漏率较小，而当泄漏流体流经密封坝的阻力较大时泄漏率甚至减小至零;此时，动环和静环间隙称为平衡间隙;所述的密封流体压力有效作用力是指密封流体压力与其作用在补偿环上，使之对非补偿环趋于闭合的有效作用面积的乘积;所述的补偿环是指与弹簧直接接触的静环或动环，所述的非补偿环是指不与弹簧直接接触的动环或静环；当工作参数发生波动导致动、静环端面间距增大时，则泄漏率增大，动、静环端面间压力下降，弹簧7进一步被压缩，此时，压缩弹簧力与密封流体压力有效作用力之和大于动、静环端面间的开启力，动、静环端面间距减小；当动、静环端面间距减小到小于平衡间隙时，泄漏率减小，动、静环端面间压力增大，压缩了的弹簧7被释放，此时，压缩弹簧力与密封流体压力有效作用力之和小于动、静环端面间的开启力，动、静环端面间距增大，当密封坝两侧的压差值大于泄漏流体流经密封坝的阻力时，动、静环端面间便又出现泄漏。如此不断自动调节，达到一个泄漏率和开启力处于稳定的新的工作状态。
[0009]当动环反向旋转时，双向旋转自栗送流体动压型机械密封采用流体栗入方式工作，所述沿螺旋槽25凹面23楔入、向动环3内径侧流动而“栗入”至螺旋槽25根部的流体，由于旋转半径的减小，流至螺旋槽25根部处的流体线速度降低，此时流体的部分动能转化为压力能，变为高压流体，形成分离动环3和静环11的开启力；随着分离动环3和静环11的开启力增大，则静环座14上安置的弹簧7被压缩，当增大后的开启力与弹簧7被压缩时的弹簧力与密封流体压力有效作用力之和平衡时，动环和静环间维持一定的间隙，密封端面