专利名称：微沟槽双层复合槽深端面机械密封结构的制作方法
技术领域：
本申请涉及端面机械密封设计技术领域，具体是动压槽和低压泵送槽与槽底微沟槽结构组成的双层复合槽深端面机械密封结构，适用于各种压缩机、泵、汽轮机和釜搅拌器等旋转机械转轴的轴端密封装置。
背景技术：
干气密封越来越广泛的应用于旋转机械的轴端密封。然而，由于端面间含有水汽导致端面失效，最终导致密封失效成为旋转机械失效的重要因素。由于气体的可压缩性使密封气出口温度下降，导致水汽析出吸附，破坏密封端面气膜稳定，并最终导致密封失效，设备运转失灵。随着设备的高参数化，在高压、低温、介质临界相变等工况下，这一问题更加突出。
发明内容
本发明要解决非接触密封中，由于温度降低导致端面间气膜凝结引起的密封失效问题，提供一种能应用于各种工况，尤其是高压、低温、介质临界相变等工况的密封端面结构。本发明的技术方案是微沟槽双层复合槽深端面机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，动环和静环的相互接触面是端面，其特征在于所述的动环或静环的端面上，由高压侧向低压侧依次设置依照旋转中心对称分布的微沟槽双层复合槽深动压槽、环槽和微沟槽双层复合槽深泵送槽；所述的动压槽设置在端面上游(高压侧)，动压槽的上层是空心的，所述的动压槽下层的微沟槽形线形成上游织构，动压槽下层的微沟槽形线与上层动压型槽形线相同；所述的泵送槽设置在端面下游(低 压侧)，泵送槽的上层是空心的，所述的泵送槽下层的微沟槽形线形成下游织构，泵送槽下层的微沟槽形线与泵送槽上层的形线相同；上游织构与下游织构之间由环槽连接；泵送型槽的倾斜方向与动压槽相反。所述的微沟槽双层复合槽深动压槽设置在端面上游(高压侧)，提供密封端面动压开启力，并避免水汽凝结，动压槽上层可以是螺旋槽、斜线槽等形状，深度hi为2 10 y m ;动压槽下层的微沟槽形线与上层动压型槽形线相同，槽深h2为(TSOym，微槽宽度为30 100 u m,微槽间距为100 250 u m均匀分布；所述的微沟槽双层复合槽深泵送槽设置在端面下游(低压侧)，提供反向泵送作用以减小泄漏率，并避免水汽凝结，泵送型槽上层轮廓可以是螺旋槽、斜线槽等形状，其倾斜方向与上游动压槽相反，深度为疒10 y m ;泵送槽下层的微沟槽形线与上层泵送槽形线相同，槽深为(T50iim，微槽宽度为3(Tl00iim，微槽间距为100 250 y m均匀分布；所述的环槽宽度为0.1飞_，深度h为(TlO U m。本发明的工作原理密封端面由高压侧向低压侧依次设置依照旋转中心对称分布的微沟槽双层复合槽深动压槽、环槽和微沟槽双层复合槽深泵送槽。高压侧的微沟槽双层复合槽深动压槽由底层微沟槽结构和上层动压型槽组成；低压侧微凸体双层复合槽深泵送槽由底层微沟槽结构和上层泵送型槽组成。高压侧的微沟槽双层复合槽深结构，其上层沟槽提供的动压开启力；低压侧的微沟槽双层复合槽深结构，其上层沟槽减小泄漏率，并进一步提高动压效应。高压侧动压槽和低压侧泵送槽槽底加工的微沟槽结构，使表面呈现亲水性能，可快速吸附密封气膜中的水汽，使其沿着槽型方向流出端面间隙，进而达到除去端面间凝结水汽的作用，从而提升端面气膜的稳定性，保证密封稳定持续运转。上游的微沟槽双层复合槽深动压槽，依靠其上部的螺旋槽等动压型槽使上游高压产生的压力流进入槽区，在切向转速剪切作用下，气体沿着螺旋槽方向逐渐累积，形成动压效应。动压槽下层的微条状沟槽织构产生亲水效应，快速吸附密封气膜中的水汽，并在气流的剪切作用下，沿微沟槽流向中间的环槽。密封端面中间的环槽将气膜进行重新分布，并提供上下游之间的连接通道，为水汽流出端面提供途径。下游的微沟槽双层复合槽深泵送槽，依靠其上部的螺旋槽等型槽结构，产生反向泵送效应，增强端面的动压效应，降低端面泄漏量，泵送槽底部的微条状沟槽结构，可吸附密封环带区域带入的水汽，使端面上的液滴随着气流流出端面，从而减少端面间水汽凝结对于密封运转稳定性的影响，该结构的存在可增强表面的动压效果及密封稳定性。本发明所述的非接触机械端面密封结构的有益效果主要表现在1、微沟槽双层复合槽深织构上层的螺旋槽分别起到上游泵送和下游泵送的作用，增强端面的动压效应，下层的微条状沟槽织构，形成亲水表面，吸附端面上凝结的水汽，在气流的作用下，流出端面；
2、密封端面上的密封环带，可重新分配端面上的气膜分布，并提供水汽进入螺旋槽织构的通道；3、通过设置端面微槽的几何尺寸，可有效的改善表面对液滴的吸附性能，进而控制液滴在端面上的形态，控制其表面润湿性能；4、增强的动压效应和槽底端面的微织构对水汽的吸附性能，可提高端面气膜的稳定性，提升密封运转的稳定性，延长了使用寿命，提高了端面的稳定性。
图1是本发明的端面结构示意图；图2是本发明的密封实施结构示意图；图3是本发明的密封实施结构示意图；图4是本发明的密封原理示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。微沟槽双层复合槽深端面机械密封结构，包括机械密封的动环4和静环5，动环4和静环5的相互接触面是端面，其特征在于所述的动环4或静环5的端面上，由高压侧向低压侧依次设置依照旋转中心对称分布的微沟槽双层复合槽深动压槽1、环槽2和微沟槽双层复合槽深泵送槽3 ;所述的动压槽I设置在端面上游(高压侧)，动压槽I的上层是空心的，所述的动压槽I下层的微沟槽形线形成上游织构，动压槽I下层的微沟槽形线与上层动压型槽形线相同；所述的泵送槽3设置在端面下游(低压侧)，泵送槽3的上层是空心的，所述的泵送槽3下层的微沟槽形线形成下游织构，泵送槽3下层的微沟槽形线与泵送槽3上层的形线相同；上游织构与下游织构之间由环槽2连接；泵送型槽3的倾斜方向与动压槽I相反。参见图3 :—种非接触式机械端面密封结构，包括机械密封的动环4、静环5，动环或静环其中一个端面上，由高压侧向低压侧依次设置依照旋转中心对称分布的微沟槽双层复合槽深动压槽1、环槽2和微沟槽双层复合槽深泵送槽3，上下游织构中间由环槽连接。微沟槽双层复合槽深动压槽I设置在端面上游(高压侧)，动压槽的上层可以是螺旋槽、斜线槽、直线槽等形状；动压槽下层的微沟槽形线与上层动压槽形线相同；微沟槽双层复合槽深动压槽I的上层螺旋槽的深度优化取值范围为2 IOii m，动压槽下层微沟槽槽深的优化取值范围为(T50 u m,微槽宽度为3(Tl00 u m,微槽间距为10(T250iim均匀分布；微沟槽双层复合槽深泵送槽3设置在端面下游(低压侧)，泵送槽的上层可以是螺旋槽、斜线槽、直线槽等形状，其倾斜方向与上游动压槽相反；动压槽下层的微沟槽形线与上层动压槽形线相同；微沟槽双层复合槽深泵送槽3的上层螺旋槽的深度优化取值范围为2 IOii m，动压槽下层微沟槽槽深的优化取值范围为(T50 u m,微槽宽度为3(Tl00 u m,微槽间距为10(T250iim均匀分布；环槽2的径向宽度的优化取值范围为0.1飞mm，深度为(TlO y m。密封工作时，若密封气中含有水分，含水气体沿着上游的微沟槽双层复合槽深动压槽1，随着上层高压产生的压力流进入上层槽区，在切向转速剪切作用下，气体沿着螺旋槽方向逐渐累积，形成动压效应。螺旋槽下层的微沟槽织构14形成上游织构，微沟槽织构14使液滴在光滑表面11上的吸附状态12转变为亲水状态13，产生亲水效应，水汽在端面底部的微槽区快速积聚，在气流的剪切作用下沿微沟槽14流向中间的环槽2。密封端面中间的环槽2将气膜进行重新分布，并提供上下游之间的连接通道，为水汽流出端面提供途径。下游的微沟槽双层复合槽深泵送槽3，依靠其上部的螺旋槽等型槽结构，产生反向泵送效应，增强端面的动压效应，降低端面泄漏量，泵送槽底部的微条状沟槽结构，即下游织构，可吸附密封环带区域带入的水汽，使端面上的液滴随着气流流出端面。该密封在形成端面运转稳定非接触的同时，依靠上层型槽，提供动压效应，并降低泄漏率；同时，依靠下层的微沟槽织构，产生亲水效应，及时将冷凝的液滴排出端面，完全避免现有机械密封技术所面临的端面气膜冷凝问题，实现密封端面高稳定性和可靠性运转。
权利要求
1.微沟槽双层复合槽深端面机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，所述动环和静环端面的一侧为高压侧即上游，所述动环和静环端面的另一侧为低压侧即下游，其特征在于所述的动环或静环的端面上，由高压侧向低压侧依次设置依照旋转中心对称分布的微沟槽双层复合槽深动压槽、环槽和微沟槽双层复合槽深泵送槽；所述的动压槽设置在端面上游(高压侧)，动压槽的上层是空心的，所述的动压槽下层的微沟槽形线形成上游织构，动压槽下层的微沟槽形线与上层动压型槽形线相同；所述的泵送槽设置在端面下游(低压侧)，泵送槽的上层是空心的，所述的泵送槽下层的微沟槽形线形成下游织构，泵送槽下层的微沟槽形线与泵送槽上层的形线相同；上游织构与下游织构之间由环槽连接；泵送型槽的倾斜方向与动压槽相反。
2.如权利要求1所述的微沟槽双层复合槽深端面机械密封结构，其特征在于所述的微沟槽双层复合槽深动压槽设置在端面上游(高压侧)，提供密封端面动压开启力，并避免水汽凝结，动压槽上层可以是螺旋槽、斜线槽等形状，深度hi为2 10 u m ;动压槽下层的槽深h2为0 50 u m,微槽宽度为30 100 u m,微槽间距为100 250 u m均匀分布； 所述的微沟槽双层复合槽深泵送槽设置在端面下游(低压侧)，提供反向泵送作用以减小泄露率，并避免水汽凝结，泵送型槽上层轮廓可以是螺旋槽、斜线槽等形状，深度为2 10 u m ;泵送槽下层的槽深为0 50 u m,微槽宽度为30 100 u m,微槽间距为100 250 y m均匀分布； 所述的环槽宽度为0. 深度h为(TlO u m。
全文摘要
微沟槽双层复合槽深端面机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，动环和静环的相互接触面是端面，所述的动环或静环的端面上，由高压侧向低压侧依次设置依照旋转中心对称分布的微沟槽双层复合槽深动压槽、环槽和微沟槽双层复合槽深泵送槽；所述的动压槽设置在端面上游(高压侧)，动压槽的上层是空心的，所述的动压槽下层的微沟槽形线形成上游织构，动压槽下层的微沟槽形线与上层动压型槽形线相同；所述的泵送槽设置在端面下游(低压侧)，泵送槽的上层是空心的，所述的泵送槽下层的微沟槽形线形成下游织构，泵送槽下层的微沟槽形线与泵送槽上层的形线相同；上游织构与下游织构之间由环槽连接；泵送型槽的倾斜方向与动压槽相反。
文档编号F16J15/34GK103062411SQ201210568178
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者白少先, 马春红, 彭旭东, 孟祥铠 申请人:浙江工业大学