花瓣结构双列浅槽机械密封端面结构

本发明涉及流体密封，特别是涉及一种花瓣结构双列浅槽机械密封端面结构。

背景技术：

1、常见的槽型密封结构，均是利用静压效应和流体动压产生承载力，并利用反向槽的泵送效应。其中，密封端面间形成一定的几何形状，压力流体在端面的压力降会产生流体静压效应，静压效应只有压力相关，而与转速无关；对于反向槽结构的密封，其堰区的切向夹角引起槽区的流体流动产生动压效应，产生附加压力，继而产生承载力，产生动压效应。依靠静压效应工作的密封，其优势是在零转速下也可以实现端面打开，并且膜厚相对较大，可以有利于一些颗粒杂质的排出；而依靠动压效应工作的密封装置需要在一定转速下才能实现端面的开启，而在端面未开启前，会存在密封端面的磨损，从而影响了密封装置的寿命。目前的机械密封在工程应用当中不能兼顾低磨损和低泄漏的优点，易出现以下两种情况：一是能够做到低泄漏，但磨损较严重，密封的寿命较短的情况；二是出现磨损减小，但泄漏率高的情况。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种花瓣结构双列浅槽机械密封端面结构，实现在大膜厚情形下的低泄漏，从而可兼顾密封与低磨损、延长使用寿命。

2、根据本发明实施例的花瓣结构双列浅槽机械密封端面结构，包括设置在密封环端面上的呈中心对称分布的双列槽型结构，所述双列槽型结构包括多个主槽和多个反向槽；多个所述主槽位于所述密封环端面的高压侧且整体呈花瓣状结构，每个所述主槽自高压侧边缘向低压侧收敛成对称的等腰三角形或对称的等腰近似三角形且每个所述主槽的对称线位于所述密封环端面的径向方向上；每个所述主槽包括多个阶梯槽，多个所述阶梯槽均相对于所述主槽的对称线对称，多个所述阶梯槽的两端端部位于所述密封环端面的高压侧边缘处，多个所述阶梯槽的槽壁连线与所述主槽的边缘壁线相似；以所述主槽的对称线为基准，多个所述阶梯槽的深度自高压侧向低压侧方向逐渐增大且同一个所述阶梯槽的深度相同；多个所述反向槽位于所述密封环端面的低压侧，多个所述反向槽的深度相同。

3、根据本发明实施例的花瓣结构双列浅槽机械密封端面结构的工作原理为：在动环在静止状态或者正常运转时，被密封的高压流体从高压侧边缘处进入各阶梯槽，向各阶梯槽的低压侧流动，由于各阶梯槽呈收敛楔形，流体流动过程中会产生两个方向的流体挤压力，进而在主槽内产生较强的静压效应，从而有效地实现密封端面的开启，避免密封环端面之间的接触摩擦磨损。由于反向槽位于密封环端面的低压侧，反向槽的倾斜角可以设计的较小，流体流到反向槽内，当动环转动时，反向槽对流体进行径向以及切向的方向泵送，使得低压侧的流体压力升高，形成动压效应，动压效应相对于静压效应要大，利用反向槽的反向泵作用可以有效地减小密封泄漏，同时维持一个相对较大的流体膜厚，有利于颗粒杂质的排出，还可以避免密封环之间发生碰磨，并具有良好的刚度。并且随着转速的增大，低压侧的反向槽的反向泵送效果增强，即动压效应增强，泄漏率反而会得到进一步减小。

4、综上，本发明实施例的花瓣结构双列浅槽机械密封端面结构，能够实现在大膜厚情形下的低泄漏，从而可兼顾密封与低磨损、延长使用寿命。本发明实施例的花瓣结构双列浅槽机械密封端面结构适用于低转速的工况，可以实现低转速甚至零转速下的密封环端面开启，同时，通过低压侧反向槽的反向泵送作用，降低密封环端面的泄漏率，从而很好地实现密封效果。本发明实施例的花瓣结构双列浅槽机械密封端面结构可适用于泵、压缩机、搅拌釜、反应釜等各类旋转机械的轴端密封。

5、在一些实施例中，每个所述阶梯槽的槽壁连线分为相对于所述主槽的对称线对称的两个壁线段，所述壁线段为直线、外凸弧线或内凹弧线。

6、在一些实施例中，每个所述主槽内的多个所述阶梯槽的槽宽相同或逐渐增大。

7、在一些实施例中，单个所述阶梯槽的槽深为2～5μm，所述反向槽的槽深为15～25μm。

8、在一些实施例中，单个所述反向槽的尺寸小于单个所述主槽的尺寸。

9、在一些实施例中，所述反向槽的径向占比为0.1～0.15，所述主槽的径向占比为0.6～0.8。

10、在一些实施例中，每个所述反向槽的倾斜角为大于等于80°且小于90°。

11、在一些实施例中，所述反向槽的槽壁连线为对数螺旋线、阿基米德螺旋线、直线或圆弧线。

12、在一些实施例中，所述主槽的数量为12～24个，单个所述主槽内的所述阶梯槽数量为8～12个，所述反向槽的数量为48～96个。

13、在一些实施例中，在所述密封环端面的径向方向上，在所述主槽所在的圆环区与所述反向槽所在的圆环区之间形成第一坝区，在所述反向槽所在的圆环区的内侧形成第二坝区；在所述密封环端面的周向方向上，两两相邻的所述主槽之间形成第一堰区，两两相邻的所述反向槽之间形成第二堰区。

14、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种花瓣结构双列浅槽机械密封端面结构，其特征在于，包括设置在密封环端面上的呈中心对称分布的双列槽型结构，所述双列槽型结构包括多个主槽和多个反向槽；多个所述主槽位于所述密封环端面的高压侧且整体呈花瓣状结构，每个所述主槽自高压侧边缘向低压侧收敛成对称的等腰三角形或对称的等腰近似三角形且每个所述主槽的对称线位于所述密封环端面的径向方向上；每个所述主槽包括多个阶梯槽，多个所述阶梯槽均相对于所述主槽的对称线对称，多个所述阶梯槽的两端端部位于所述密封环端面的高压侧边缘处，多个所述阶梯槽的槽壁连线与所述主槽的边缘壁线相似；以所述主槽的对称线为基准，多个所述阶梯槽的深度自高压侧向低压侧方向逐渐增大且同一个所述阶梯槽的深度相同；多个所述反向槽位于所述密封环端面的低压侧，多个所述反向槽的深度相同。

2.根据权利要求1所述的花瓣结构双列浅槽机械密封端面结构，其特征在于，每个所述阶梯槽的槽壁连线分为相对于所述主槽的对称线对称的两个壁线段，所述壁线段为直线、外凸弧线或内凹弧线。

3.根据权利要求1所述的花瓣结构双列浅槽机械密封端面结构，其特征在于，每个所述主槽内的多个所述阶梯槽的槽宽相同或逐渐增大。

4.根据权利要求1所述的花瓣结构双列浅槽机械密封端面结构，其特征在于，单个所述阶梯槽的槽深为2～5μm，所述反向槽的槽深为15～25μm。

5.根据权利要求1所述的花瓣结构双列浅槽机械密封端面结构，其特征在于，单个所述反向槽的尺寸小于单个所述主槽的尺寸。

6.根据权利要求2所述的花瓣结构双列浅槽机械密封端面结构，其特征在于，所述反向槽的径向占比为0.1～0.15，所述主槽的径向占比为0.6～0.8。

7.根据权利要求1所述的花瓣结构双列浅槽机械密封端面结构，其特征在于，每个所述反向槽的倾斜角为大于等于80°且小于90°。

8.根据权利要求1所述的花瓣结构双列浅槽机械密封端面结构，其特征在于，所述反向槽的槽壁连线为对数螺旋线、阿基米德螺旋线、直线或圆弧线。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的花瓣结构双列浅槽机械密封端面结构，其特征在于，所述主槽的数量为12～24个，单个所述主槽内的所述阶梯槽数量为8～12个，所述反向槽的数量为48～96个。

10.根据权利要求1-8中任意一项所述的花瓣结构双列浅槽机械密封端面结构，其特征在于，在所述密封环端面的径向方向上，在所述主槽所在的圆环区与所述反向槽所在的圆环区之间形成第一坝区，在所述反向槽所在的圆环区的内侧形成第二坝区；在所述密封环端面的周向方向上，两两相邻的所述主槽之间形成第一堰区，两两相邻的所述反向槽之间形成第二堰区。

技术总结
本发明公开了一种花瓣结构双列浅槽机械密封端面结构，包括设置在密封环端面上的呈中心对称分布的双列槽型结构，双列槽型结构包括多个主槽和多个反向槽；多个主槽位于密封环端面的高压侧且整体呈花瓣状结构；每个主槽包括多个阶梯槽，多个阶梯槽均相对于主槽的对称线对称，多个阶梯槽的两端端部位于密封环端面的高压侧边缘处，多个阶梯槽的槽壁连线与主槽的边缘壁线相似；以主槽的对称线为基准，多个阶梯槽的深度自高压侧向低压侧方向逐渐增大且同一个阶梯槽的深度相同；多个反向槽位于密封环端面的低压侧，多个反向槽的深度相同。本发明实现在大膜厚情形下的低泄漏，从而可兼顾密封与低磨损、延长使用寿命。

技术研发人员：何强,黄伟峰,胡峰铭,刘莹,刘向锋
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24