專利名稱：雙列流體動(dòng)壓槽自潤(rùn)滑非接觸式機(jī)械密封的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新型的雙列流體動(dòng)壓槽自潤(rùn)滑非接觸式機(jī)械密封，它是屬于流體密封技術(shù)特別是機(jī)械密封技術(shù)領(lǐng)域，是一種新型的流體動(dòng)壓自潤(rùn)滑非接觸式機(jī)械密封裝置。它主要是通過(guò)在密封動(dòng)環(huán)(4)或靜環(huán)上開(kāi)設(shè)兩列特殊槽型的流體動(dòng)壓槽和在由兩列動(dòng)壓槽所形成的下游側(cè)開(kāi)設(shè)環(huán)形溝槽(18)等特殊方式來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的密封性能、良好的自潤(rùn)滑功能、更佳的工作穩(wěn)定性和可靠性、良好的防固體顆粒性能和開(kāi)停車功能。
目前，在石油化工和石油工程中廣泛使用著各種類型的機(jī)械密封，但都普遍存在著流體動(dòng)壓非接觸式機(jī)械密封的共同缺點(diǎn)，如因泵入固體顆粒而易發(fā)生磨粒磨損、難以實(shí)現(xiàn)被密封介質(zhì)的絕對(duì)無(wú)泄漏等總是令使用著感到是一種缺憾。如①.US4407509公開(kāi)了一種在密封端面上具有高低表面的多葉片型的旋轉(zhuǎn)機(jī)械用無(wú)泄漏非接觸式機(jī)械密封，是借助高速旋轉(zhuǎn)葉片下流體的粘性剪切效應(yīng)把從高壓側(cè)流向低壓側(cè)的被密封流體反輸回高壓側(cè)的，理論上可實(shí)現(xiàn)被密封流體的宏觀零泄漏，但實(shí)際上難以消除被密封介質(zhì)的微觀凈泄漏；②.US4290611發(fā)明了一種具有單列螺旋槽的可實(shí)現(xiàn)高壓上游泵送的非接觸式機(jī)械密封，是借助位于低壓側(cè)的流體動(dòng)壓槽將低壓隔離液體泵送至高壓側(cè)而實(shí)現(xiàn)被密封流體的無(wú)泄漏，適用作輸送液體的泵用軸封。該密封極易把隔離液體中的固體顆粒泵入密封端面之間而造成密封的磨損失效；另外，該密封為防止隔離液體向大氣側(cè)泄漏而造成大量的物質(zhì)損失，一般應(yīng)在其外側(cè)增設(shè)輔助密封；③.文獻(xiàn)Journal of LubricationTechnology(August，1994，p625)介紹了兩種具有Y形螺旋槽和人字形螺旋槽的無(wú)泄漏非接觸式機(jī)械密封，研究結(jié)果表明，該兩種密封結(jié)構(gòu)在較低壓力下均有較為理想的密封性能，同時(shí)具有良好的工作穩(wěn)定性；但此類密封的啟動(dòng)性能一般，不適于頻繁開(kāi)停機(jī)泵用軸封，而且，若固體顆粒一旦侵入密封面之間，難以及時(shí)排除，勢(shì)必造成密封面的磨粒磨損而失效，因此，防顆粒能力有限；④.EP0564153A1公開(kāi)了一種具有雙列螺旋槽的非接觸式機(jī)械密封，具有較好的啟動(dòng)性能和防顆粒能力，適宜作雙向旋轉(zhuǎn)條件下輸送液體類機(jī)械軸封，但其密封性能欠佳，密封壓力較低。所以，開(kāi)發(fā)出的具有理想的防固體顆粒功能、獨(dú)特的自潤(rùn)滑能力、良好的開(kāi)啟性能、出色的工作穩(wěn)定性和可靠性的新型機(jī)械密封是廣大科技工作者的愿望和工程現(xiàn)場(chǎng)的需要。
本實(shí)用新型的目的就在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種雙列流體動(dòng)壓槽自潤(rùn)滑非接觸式機(jī)械密封。它主要是針對(duì)現(xiàn)有的流體動(dòng)壓非接觸式機(jī)械密封存在的如因泵入固體顆粒而易發(fā)生磨粒磨損、難以實(shí)現(xiàn)被密封介質(zhì)的絕對(duì)無(wú)泄漏等缺陷，開(kāi)發(fā)出的具有理想的防固體顆粒功能、獨(dú)特的自潤(rùn)滑能力、良好的開(kāi)啟性能、出色的工作穩(wěn)定性和可靠性的新型雙列流體動(dòng)壓槽自潤(rùn)滑非接觸式機(jī)械密封。它主要由密封靜環(huán)(5)、密封動(dòng)環(huán)(4)、輔助密封圈若干、彈性元件(6)、防轉(zhuǎn)銷(12)、旋轉(zhuǎn)軸套(1)、定位螺釘(8)、密封箱(15)、壓蓋(11)等組成，其主要的技術(shù)特點(diǎn)是在密封動(dòng)環(huán)(4)或靜環(huán)(5)的端面開(kāi)設(shè)兩列流體動(dòng)壓槽一列為下游泵送動(dòng)壓槽(17)，其傾斜方向與動(dòng)環(huán)(4)的旋轉(zhuǎn)方向一致，一列為上游泵送動(dòng)壓槽(16)；其傾斜方向與動(dòng)環(huán)(4)的旋轉(zhuǎn)方向相反；同時(shí)在靠近下游側(cè)開(kāi)設(shè)一條環(huán)形溝槽(18)，并使上游泵送動(dòng)壓槽(16)與環(huán)形溝槽(18)向連通。
附


圖1即為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2即為本實(shí)用新型開(kāi)設(shè)雙列動(dòng)壓槽的密封動(dòng)環(huán)(4)示意圖。
附圖3即為本實(shí)用新型開(kāi)設(shè)雙列動(dòng)壓槽的密封動(dòng)環(huán)(4)橫向剖面的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖的圖面說(shuō)明如下1--軸套 2--固緊螺釘 3--輔助密封圈 4--密封動(dòng)環(huán) 5--密封靜環(huán)6--彈性元件 7--定位環(huán) 8--定位螺釘 9--旋轉(zhuǎn)軸 10--卡環(huán)11--壓蓋 12--防轉(zhuǎn)銷 13--輔助密封圈 14--輔助密封圈 15--密封箱16--上游泵送動(dòng)壓槽 17--下游泵送動(dòng)壓槽 18--環(huán)形溝槽 19---密封壩為了更好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的上述目的，本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)者是將上游泵送動(dòng)壓槽(16)的槽數(shù)設(shè)計(jì)為下游泵送動(dòng)壓槽(17)數(shù)的整數(shù)倍，且使每一個(gè)下游泵送動(dòng)壓槽(17)與兩個(gè)以上的上游泵送動(dòng)壓槽(16)相連通，而且要求兩列動(dòng)壓槽均與高壓側(cè)相連通；對(duì)于動(dòng)環(huán)(4)或靜環(huán)(5)端面上的上游泵送動(dòng)壓槽(16)和下游泵送動(dòng)壓槽(17)的槽型線可以是螺旋線、圓弧、直線或其它由線的形狀；對(duì)上游泵送動(dòng)壓槽(16)的徑向高度要求大于下游泵送動(dòng)壓槽(17)的徑向高度；由于環(huán)形溝槽(18)的內(nèi)徑為Da，外徑為Dg1，則要求其徑向?qū)挾葹镾2等于(Dg1-Da)/2，深度h3大于或等于上游泵送動(dòng)壓槽(16)的深度h2；對(duì)于由環(huán)形溝槽(18)的內(nèi)徑為Da和密封靜環(huán)(5)的內(nèi)徑d1所形成的密封壩(19)的徑向?qū)挾萐1則要求等于(Da-d1)/2。
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例來(lái)詳敘本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在實(shí)際設(shè)計(jì)和制造中，本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)者是在密封動(dòng)環(huán)(4)的端面開(kāi)設(shè)兩列特殊形式的流體動(dòng)壓槽，一列為下游泵送動(dòng)壓槽(17)，一列為上游泵送動(dòng)壓槽(16)；下游泵送動(dòng)壓槽(17)的作用是把高壓側(cè)的流體泵送至低壓側(cè)，而上游泵送動(dòng)壓槽(16)的作用是把低壓側(cè)的流體泵送至高壓側(cè)；下游泵送動(dòng)壓槽(17)的傾斜方向與動(dòng)環(huán)(4)的旋轉(zhuǎn)方向一致，而上游泵送動(dòng)壓槽(16)的傾斜方向與動(dòng)環(huán)(4)的旋轉(zhuǎn)方向相反；上游泵送動(dòng)壓槽(16)數(shù)Z2為下游泵送動(dòng)壓槽(17)數(shù)Z1的整數(shù)倍，即Z2＝i·Z1(i＝1，2，3)；上游泵送動(dòng)壓槽(16)和下游泵送動(dòng)壓槽(17)均與高壓側(cè)相連通，每一個(gè)下游泵送動(dòng)壓槽(17)與i個(gè)上游泵送動(dòng)壓槽(16)相連通，且上游泵送動(dòng)壓槽(16)徑向高度H2大于下游泵送動(dòng)壓槽(17)的徑向高度H1；上游泵送動(dòng)壓槽(16)的槽深為h2，下游泵送動(dòng)壓槽(17)的槽深為h1，兩者可以相等，也可以不等。所有的上游泵送動(dòng)壓槽(16)均與一位于下游側(cè)的環(huán)形溝槽(18)相連通，環(huán)形溝槽(18)的內(nèi)徑為Da，外徑為Dg1，其徑向?qū)挾萐2≤2毫米(S2＝(Dg1-Da)/2)，深度h3≥上游泵送動(dòng)壓槽(16)的深度h2。由環(huán)形溝槽(18)的內(nèi)徑為Da和圖4所示密封靜環(huán)(5)的內(nèi)徑d1形成的一徑向?qū)挾葹镾1的密封壩(19)(S1＝(Da-d1)/2)，其值與環(huán)形溝槽(18)的寬度S2相當(dāng)。
這樣，在實(shí)際的設(shè)備運(yùn)行中，其原理是這樣實(shí)現(xiàn)的以一個(gè)下游泵送動(dòng)壓槽(17)和與之相通的三個(gè)上游泵送動(dòng)壓槽(16)為例，在正常工作條件下，下游泵送動(dòng)壓槽(17)把上游側(cè)即高壓側(cè)的流體泵入密封端面之間，泵入的流體首先和第一個(gè)與之相通的上游泵送動(dòng)壓槽(16)內(nèi)的流體相匯，部分泵入的流體被第一個(gè)具有增壓泵送效應(yīng)的上游泵送動(dòng)壓槽(16)輸送至高壓側(cè)；然后，泵入的流體繼續(xù)和第二個(gè)與下游泵送動(dòng)壓槽(17)相通的上游泵送動(dòng)壓槽(16)內(nèi)的流體相匯，部分流體被第二個(gè)同樣具有增壓泵送效應(yīng)的上游泵送動(dòng)壓槽(16)輸送至高壓側(cè)；最后，剩余泵入的流體繼續(xù)和第三個(gè)與下游泵送動(dòng)壓槽(17)相通的上游泵送動(dòng)壓槽(16)內(nèi)的流體相匯，并被第三個(gè)同樣具有增壓泵送效應(yīng)的上游泵送動(dòng)壓槽(16)輸送至高壓側(cè)，完成了高壓側(cè)流體經(jīng)下游泵送動(dòng)壓槽(17)泵入和上游泵送動(dòng)壓槽(16)泵出的連續(xù)不斷的循環(huán)過(guò)程。這一循環(huán)過(guò)程的意義在于一方面，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械密封的自潤(rùn)滑功能；另一方面，流體在密封面之間的不斷循環(huán)，把密封面之間的摩擦熱及時(shí)帶走，實(shí)現(xiàn)了密封的自沖洗功能。值得強(qiáng)調(diào)的是，若上游側(cè)流體中含有固體顆粒，則不可避免地被下游泵送動(dòng)壓槽(17)隨流體一起泵入密封面之間，但與下游泵送動(dòng)壓槽(17)相連通的三個(gè)上游泵送動(dòng)壓槽(16)依次把泵入流體中的顆粒泵送至上游側(cè)；由于上游泵送動(dòng)壓槽(16)的泵送能力比下游泵送動(dòng)壓槽(17)的強(qiáng)，完全能夠把固體顆粒泵送至上游側(cè)，從而避免了密封面之間的磨粒磨損，因此，該密封具有良好的防固體顆粒能力。另外，位于下游的密封壩(19)的主要作用是實(shí)現(xiàn)其停車密封功能。而環(huán)形溝槽(18)的作用是當(dāng)自上游流入密封間隙的少量流體經(jīng)密封動(dòng)壓槽之間的堰區(qū)向下游流動(dòng)時(shí)，首先進(jìn)入環(huán)形溝槽(18)，由環(huán)形溝槽(18)導(dǎo)入各上游泵送動(dòng)壓槽(16)，并由上游泵送動(dòng)壓槽(16)泵送至上游側(cè)，消除了高壓側(cè)流體向低壓側(cè)的泄漏。
通過(guò)與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的雙列流體動(dòng)壓槽自潤(rùn)滑非接觸式機(jī)械密封具有如下特殊優(yōu)點(diǎn)1.該雙列流體動(dòng)壓槽自潤(rùn)滑非接觸式機(jī)械密封可實(shí)現(xiàn)被密封流體的微觀無(wú)泄漏，具有優(yōu)良的密封性能，徹底消除了對(duì)環(huán)境的污染。可適用于輸送各種易燃、易爆、巨毒、昂貴等工藝流體的離心泵、離心壓縮機(jī)、攪拌設(shè)備及其它旋轉(zhuǎn)機(jī)械類軸封。
2.具有良好的自動(dòng)清除固體顆粒功能。即使把被密封流體中的固體顆粒泵送至密封端面之間，也能及時(shí)排除，既可以避免造成密封面的磨粒磨損，又可以防止流體中的固體顆粒劃傷下游密封壩(19)，破壞其停車密封功能。因此，該密封可用于輸送含固體顆粒工藝流體的旋轉(zhuǎn)機(jī)械類軸封。
3.高壓隔離流體的泵入泵出使其消耗量相對(duì)減少，降低了機(jī)泵的運(yùn)行費(fèi)用，相應(yīng)提高了經(jīng)濟(jì)效益。
4.使用范圍大大拓寬，既可用作液體密封，又可用作氣體密封，適用于離心泵、離心壓縮機(jī)、攪拌設(shè)備及各類旋轉(zhuǎn)機(jī)械類軸封。
5.獨(dú)特的自潤(rùn)滑、自冷卻沖洗功能，使其具有更佳的工作穩(wěn)定性和耐久性。
6.良好的瞬間啟動(dòng)性能，在靜止?fàn)顟B(tài)下高壓側(cè)流體直接注入密封面之間，瞬間啟動(dòng)時(shí)能迅速形成流體膜并把兩密封面分離開(kāi)來(lái)，消除了密封面之間瞬間的固體摩擦。故該密封亦適用作頻繁開(kāi)停的旋轉(zhuǎn)機(jī)械類軸封。
該實(shí)用新型的雙列流體動(dòng)壓槽自潤(rùn)滑非接觸式機(jī)械密封具有優(yōu)良的密封性能、無(wú)環(huán)境污染、摩擦功耗低、使用壽命長(zhǎng)、獨(dú)特的自潤(rùn)滑和自沖洗功能、良好的防固體顆粒性能和開(kāi)停車功能、物質(zhì)消耗少、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，其成功的開(kāi)發(fā)應(yīng)用不僅可以提高我國(guó)機(jī)械密封技術(shù)水平，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高新密封技術(shù)產(chǎn)業(yè)，又能大大提高現(xiàn)行運(yùn)行設(shè)備工作的穩(wěn)定性和可靠性，節(jié)能降耗、降低環(huán)境污染程度和相應(yīng)的環(huán)保投入，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是相當(dāng)客觀的。
權(quán)利要求1.雙列流體動(dòng)壓槽自潤(rùn)滑非接觸式機(jī)械密封，它主要是由主要由密封靜環(huán)(5)、密封動(dòng)環(huán)(4)、輔助密封圈若干及彈性元件(6)等構(gòu)成，其技術(shù)特征在于在密封動(dòng)環(huán)(4)或靜環(huán)(5)的端面開(kāi)設(shè)兩列流體動(dòng)壓槽一列為下游泵送動(dòng)壓槽(17)，其傾斜方向與密封動(dòng)環(huán)(4)的旋轉(zhuǎn)方向一致，一列為上游泵送動(dòng)壓槽(16)；其傾斜方向與密封動(dòng)環(huán)(4)的旋轉(zhuǎn)方向相反；同時(shí)在靠近下游側(cè)開(kāi)設(shè)一條環(huán)形溝槽(18)，并使上游動(dòng)壓槽(16)與環(huán)形溝槽(18)相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙列流體動(dòng)壓槽自潤(rùn)滑非接觸式機(jī)械密封，其特征在于所述的上游泵送動(dòng)壓槽(16)的槽數(shù)為下游泵送動(dòng)壓槽數(shù)(17)的整數(shù)倍，且每一個(gè)下游泵送動(dòng)壓槽(17)與兩個(gè)以上的上游泵送動(dòng)壓槽(16)相連通，而且使得兩列動(dòng)壓槽均與高壓側(cè)相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙列流體動(dòng)壓槽自潤(rùn)滑非接觸式機(jī)械密封，其特征在于密封動(dòng)環(huán)(4)端面上的上游泵送動(dòng)壓槽(16)和下游泵送動(dòng)壓槽(17)的槽型線可以是螺旋線、圓弧或直線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙列流體動(dòng)壓槽自潤(rùn)滑非接觸式機(jī)械密封，其特征在于所述的上游泵送動(dòng)壓槽(16)的徑向高度大于下游泵送動(dòng)壓槽的徑向高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙列流體動(dòng)壓槽自潤(rùn)滑非接觸式機(jī)械密封，其特征在于環(huán)形溝槽(18)的內(nèi)徑為Da，外徑為Dg1，其徑向?qū)挾葹镾2等于(Dg1-Da)/2，深度h3大于或等于上游動(dòng)壓槽(16)的深度h2；由環(huán)形溝槽(18)的內(nèi)徑為Da和密封靜環(huán)(5)的內(nèi)徑d1所形成的密封壩(19)的徑向?qū)挾萐1等于(Da-d1)/2。
專利摘要一種新型的流體動(dòng)壓槽自潤(rùn)滑非接觸式機(jī)械密封裝置。它主要是通過(guò)在密封動(dòng)環(huán)或靜環(huán)上開(kāi)設(shè)兩列特殊槽型的流體動(dòng)壓槽和在由兩列動(dòng)壓槽所形成的下游側(cè)開(kāi)設(shè)環(huán)形溝槽等特殊方式來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的密封性能、良好的自潤(rùn)滑功能、更佳的工作穩(wěn)定性和可靠性、良好的防固體顆粒性能和開(kāi)停車功能。
文檔編號(hào)F16J15/40GK2442034SQ0023920
公開(kāi)日2001年8月8日 申請(qǐng)日期2000年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月13日
發(fā)明者郝木明, 胡丹梅, 葛京鵬, 楊惠霞 申請(qǐng)人:石油大學(xué)(華東)