[发明专利]双列倾斜式方向性微孔端面无泄漏机械密封结构

说明书

技术领域

本发明专利涉及端面机械密封结构设计技术领域，具体是指双 列倾斜式方向性微孔端面无泄漏机械密封结构，适用于各种压缩机、 泵和釜搅拌器等旋转机械转轴的轴端密封装置。

背景技术

机械密封是防止旋转式流体机械轴端泄露的主要手段，随着石 化等行业的快速发展，要求机械密封向高参数发展，要求有更高的 稳定性和可靠性以及更长的使用寿命，并且对于有毒、易燃、易爆 气体要求严格控制其泄漏量。目前，实现了非接触机械密封的端面 形式主要包括单向螺旋槽、单向人字螺旋槽、单向Y形螺旋槽、单 向L形螺旋槽、单向圆弧槽、双向T形槽、双向U形槽、双向树形 槽等，广泛应用于离心压缩机和泵类转轴的轴端密封装置上。但是， 上述机械密封一般都存在启动或停车性能较差或密封性能受扰动易 于出现不稳定的现象，并且防固体颗粒能力有限，不能很好地适应 于易汽化结晶、固体颗粒含量较高或高操作参数等场合。为此，Etsion I.最先发明了一种多(微)孔端面密封应用于泵类液体轴封装置。目前 国内外已有多项此类专利，但是由于目前专利中所设计微孔的流体 动压效应差，使机械密封流体膜的承载能力或端面保持非接触的能 力有限，容易发生端面的接触磨损，很大程度上抵消了微孔的减磨 优势，造成起停效果差、端面易磨损、使用寿命短、密封性有限。

发明内容

为了克服现有技术中密封的防固体颗粒能力、流体动压效应有 限，使得低压条件下启停效果差，使用寿命短，尤其是应用于含有固 体颗粒的介质、气体介质及易结晶、易汽化和有毒、污染性强等介质 时，密封可靠性差的不足，本发明提供一种能应用于各种条件的介质， 增强了防固体颗粒能力、流体动压效应和密封性，充分发挥微孔端面 的减磨优势，使得密封启停效果好、可靠性高、零泄漏、寿命长的双 列倾斜式方向性微孔端面无泄漏机械密封结构。

本发明的技术方案：

一种双列倾斜式方向性微孔端面无泄漏机械密封结构，包括机械 密封的动环、静环，所述动环和静环的端面的一侧为高压侧即上游， 所述动环和静环的端面的另一侧为低压侧即下游，其特征在于：所述 动环或静环端面上开有外、内微孔环带，所述外、内微孔环带的微 孔长轴与通过该微孔中心的密封端面直径的倾斜角度方向相反；所 述外、内微孔环带分别设在端面上游和端面下游，所述外、内微孔 环带间和所述内微孔环带下游均设有一连续的环形密封坝。

进一步，所述微孔依照旋转中心对称分布。

进一步，所述外、内微孔环带沿径向方向均布有多个微孔。

进一步，所述微孔的长轴和短轴比的取值范围为：1～50；所述 微孔短轴长度范围为：10～1000μm；所述微孔深度为1～50μm；所 述微孔的面积密度范围为：0.05～0.5；所述密封坝的径向宽度范围 为：0.1～10mm。

本发明中的微孔的形状可以为椭圆形、长方形、菱形、半椭圆 形、三角形等规则图形，但须具有明显的方向性。

本发明的工作原理：

所述微孔方向性倾斜使得由上游高压产生的压力流在进入微孔 后，在切向转速剪切作用下，一部分流体将沿着微孔长轴方向流动， 并且由于微孔长轴方向大于短轴方向，即微孔的方向性增加了流体 在微孔区的流程，使得流体流量沿长轴方向不断累积，受到不断压 缩，压力逐渐提高，形成明显的动压效应，每个单孔的开启力得到 提高，形成微动压槽，从而提高了整个密封端面的动压开启力。在 低压启动时，可以快速分离密封端面摩擦副，减少密封端面的接触 摩擦，明显改善起停效果。

外微孔环带可以很好的阻止固体颗粒进入密封端面，当有微量 颗粒进入端面之后，微孔可以起到吸纳作用，有效发挥微孔的防固 体颗粒的能力，减磨耐磨能力提高。内微孔环带的倾斜方向与外微 孔环带相反，不仅可以增加动压效应、吸纳通过高压侧微孔环带的 颗粒，而且实现下游流体沿微孔倾斜方向的向上游泵送，实现零泄 漏。

因此，该密封特别适合于含固体颗粒浓度较高、易燃、易爆、 有毒气体，要求高可靠性、零泄漏场合。