专利名称：微凸体双层复合槽深端面机械密封结构的制作方法
技术领域：
本发明专利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凸体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：
由于环境温度下降、工艺介质的深入、密封气体的可压缩性等因素使得密封气膜温度下降，导致水汽等介质液相析出并吸附于密封表面、破坏密封气膜稳定，并最终导致密封失效。随着过程装备的高参数化、输运介质的多样化，高压、低温、介质临界相变等工况下气相介质液相析出吸附导致的气体密封失效问题更加突出。
发明内容
本发明要解决非接触气体密封中，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凸体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凸体双层复合槽深动压槽、密封坝、环槽和微凸体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)，所述的动压槽下层加工有微凸台织构；所述的泵送槽设置在端面下游(低压侧)，所述的泵送槽下层加工有微凸台织构；所述的泵送槽的倾斜方向与动压槽的倾斜方向相反；所述的密封坝为未加工过的光面；所述的环槽与所述的泵送槽连通，并设置在泵送槽上游。所述的微凸体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，动压型槽上层可以是螺旋槽、斜线槽、T型槽等形状，深度为2 10 ;动压槽下层的微凸台织构可以是四边形、圆形、三角形等规则柱体，也可以是圆锥、三角锥等锥体，槽深为(T50 u m ；所述的微凸体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、T型槽等形状，其倾斜方向与上游动压槽相反，深度为21()1!!!!;泵送型槽下层的微凸台织构可以是四边形、圆形、三角形等规则柱体，也可以是圆锥、三角锥等锥体，槽深为2 50 u m ；所述的微凸体双层复合槽深泵送槽上游凹槽环带的宽度设置为0. f 5mm。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凸体双层复合槽深动压槽、密封坝、环槽和微凸体双 层复合槽深泵送槽。高压侧的微凸体双层复合槽深动压槽由底层微凸体织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凸体织构和上层泵送型槽组成。高压侧的微凸体双层复合槽深结构，其上层沟槽提供的动压开启力；低压侧的微凸体双层复合槽深结构，其上层泵送槽减小泄漏率。在高压侧动压槽和低压侧泵送槽的底部加工的微凸台织构，使表面呈现疏水性能，改善液滴在端面上的吸附状态，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。本发明的工作原理上游的螺旋槽或其它动压型槽，使由上游高压产生的压力流进入槽区后，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；动压型槽槽底的凸台织构产生的疏水效应，可以防止水汽在动压槽底部的凝结从而避免动压槽失效。密封坝的存在使气体在此处重新分布，增强端面运转的稳定性。下游凹槽环带和微凸体双层复合槽深结构可进一步控制密封端面上的水汽凝结。其中凹槽环带可以使气体在端面上进一步均匀分布，并吸附端面上形成的水汽，使冷凝液滴进入下游泵送槽。泵送槽上部为螺旋槽等泵送槽，可提供反向泵送效应，减小泄漏率、增强端面的动压效果；泵送槽底部的微凸台生疏水效应，使进入槽区的液滴随着气流流出端面，从而避免端面间水汽凝结对于密封运转稳定性的影响。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、槽底微织构产生的疏水效应避免了密封气膜中冷凝析出的液体在端面的吸附，防止密封端面型槽功能失效；2、上游动压槽和下游泵送槽的双层复合槽深结构增强了密封端面的动压效应和减小了泄漏率；3、密封端面下游侧的凹槽环带可吸附端面上的水汽，并提供水汽进入螺旋槽织构的通道，进一步消除了密封端面的水汽凝结；4、增强的动压效应和槽底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是本发明的端面实施例一的结构示意图；图2是本发明的端面实施例一的结构示意图；图3是本发明的端面实施例一的侧视图；图4是本发明的密封原理示意图；图5是本发明的端面实施例二的结构示意图；图6是本发明的端面实施例二的侧视图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。实施例一参见图1-3 :微凸体双层复合槽深端面机械密封结构，包括机械密封的动环5，静环6，动环和静环的相互接触面是端面，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凸体双层复合槽深动压槽1、密封坝2、环槽3和微凸体双层复合槽深泵送槽4，动压槽I与环槽3之间由密封坝2相连，密封坝2与泵送槽4之间由环槽3相连；微凸体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、T型槽等形状；动压槽I的下层是微凸台织构，微凸体可以是四边形、圆形、三角形等规则柱体，也可以是圆锥、三角锥等锥体结构；微凸体双层复合槽深动压槽I上层动压槽的优化取值范围为21()1!!!!,动压槽I下层微凸台织构的深度的优化取值范围为2 50i!m，微凸台织构沿着径向凸台宽度的取值范围为5(T200iim，凸台间的间隔为7(T250iim，沿着周向的凸台宽度的取值范围为50 200iim，凸台间的间隔为70^250 u m ；微凸体双层复合槽深泵送槽4设置在端面下游(低压侧)，所述的泵送槽4的倾斜方向与动压槽I的倾斜方向相反，泵送槽4的上层可以是螺旋槽、斜线槽、T型槽等形状；泵送槽4的下层是微凸台织构，微凸体可以是四边形、圆形、三角形等规则柱体，也可以是圆锥、三角锥等锥体结构；微凸体双层复合槽深泵送槽4上层泵送槽的优化取值范围为2 10 u m,泵送槽下层微凸台织构的深度的优化取值范围为fSOiim，微凸台织构沿着径向凸台宽度的取值范围为5(T200iim，凸台间的间隔为7(T250iim，沿着周向的凸台宽度的取值范围为50 200iim，凸台间的间隔为70^250 u m ；密封坝2是未加工过的光面；
环槽3与微凸体双层复合槽深泵送槽4连通，设置在泵送槽的上游；环槽3的宽度设置为0. f 5mm。密封工作时，上游的螺旋槽或其它动压型槽1，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；动压型槽槽底的凸台织构44使水汽在光滑端面41上的吸附状态42转变为疏水状态43，进而可以防止水汽在动压槽底部的凝结从而避免动压槽失效。密封坝的存在使气体在此处重新分布，增强端面运转的稳定性。下游凹槽环带和微凸体双层复合槽深结构可进一步控制密封端面上的水汽凝结。其中凹槽环带可以使气体在端面上进一步均匀分布，并吸附端面上形成的水汽，使冷凝液滴进入下游泵送槽。泵送槽上部为螺旋槽等泵送槽，可提供反向泵送效应，减小泄漏率、增强端面的动压效果；泵送槽上部底部的微凸台生疏水效应，使进入槽区的液滴随着气流流出端面，从而避免端面间水汽凝结对于密封运转稳定性的影响，尤其适用于密封气中含有少量水汽的情况下。实施例二参见图5、6 :微凸体双层复合槽深端面机械密封结构，包括机械密封的动环5，静环6，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动压槽1、密封坝2、环槽3和微凸体双层复合槽深泵送槽4，动压槽I与环槽3之间由密封坝2相连，密封坝2与泵送槽4之间由环槽3相连；动压槽I设置在端面上游(高压侧)，动压槽可以是螺旋槽、T型槽、圆形微孔或倾斜椭圆微孔等端面型槽结构，槽深的优化取值范围为21()1!!!!;本实例其余结构与实现方式与实施例一相同，尤其适用于高压、低温或者多相介质由于温度降低导致的液滴冷凝的工况下。
权利要求
1.微凸体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凸体双层复合槽深动压槽、密封坝、环槽和微凸体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)，所述的动压槽下层加工有微凸台织构；所述的泵送槽设置在端面下游(低压侧)，所述的泵送槽下层加工有微凸台织构；所述的泵送槽的倾斜方向与动压槽的倾斜方向相反；所述的密封坝为未加工过的光面；所述的环槽与所述的泵送槽连通，并设置在泵送槽上游。
2.如权利要求1所述的微凸体双层复合槽深端面机械密封结构，其特征在于所述的微凸体双层复合槽深动压槽提供密封端面动压开启力，并避免水汽凝结，动压型槽上层可以是螺旋槽、斜线槽、T型槽等形状，深度为2 10 ym;动压槽下层的微凸台织构可以是四边形、圆形、三角形等规则柱体，也可以是三角锥、圆锥等锥体，槽深为(T50 u m ;动压槽下层的微凸台织构沿着径向凸台宽度的取值范围为5(T200 y m，凸台间的间隔为7(T250 U m，沿着周向的凸台宽度的取值范围为5(T200iim，凸台间的间隔为7(T250iim; 所述的微凸体双层复合槽深泵送槽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、T型槽等形状，其倾斜方向与上游动压槽相反，深度为21()1!!!!;泵送型槽下层的微凸台织构可以是四边形、圆形、三角形等规则柱体，也可以是三角锥、圆锥等锥体，槽深为疒50 ym;泵送型槽下层的微凸台织构沿着径向凸台宽度的取值范围为5(T200iim，凸台间的间隔为7(T250iim，沿着周向的凸台宽度的取值范围为5(T200iim，凸台间的间隔为70^250 u m ； 所述的微凸体双层复合槽深泵送槽上游的环槽，其宽度设置为0. f 5_。
全文摘要
微凸体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凸体双层复合槽深动压槽、密封坝、环槽和微凸体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)，所述的动压槽下层加工有微凸台体织构；所述的泵送槽设置在端面下游(低压侧)，所述的泵送槽下层加工有微凸台体织构；所述的泵送槽的倾斜方向与动压槽的倾斜方向相反；所述的密封坝为未加工过的光面；所述的环槽与所述的泵送槽连通，并设置在泵送槽上游。
文档编号F16J15/40GK103062412SQ201210568179
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, 李纪云 申请人:浙江工业大学