[发明专利]倾斜式方向性微孔端面机械密封结构

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，具体是指倾 斜式方向性微孔端面机械密封结构，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，具有更高的稳 定性和可靠性以及更长的使用寿命。20世纪90年代以来，以约翰·克 兰公司为代表的国内外密封公司相继推出了单向螺旋槽、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、双向树形槽等端面形式的密封，实现了非接触 机械密封形式，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，人们将目光转向近年来发展迅速的表面纹理技术，利用表面 微结构的减摩耐磨作用提高密封端面的耐磨性和使用寿命。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 压效应有限，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、端面磨损、使用寿命短。

发明内容

为了克服已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，增强了微孔流体动压效应，充分发挥微孔 端面的减磨优势，使得密封启停效果好，可频繁启动，可靠性高，使 用寿命长的倾斜式方向性微孔端面机械密封结构。

本发明的技术方案：

倾斜式方向性微孔端面机械密封结构，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，所述动环或静环端面上开有微 孔环带，所述微孔环带设在端面上游，所述微孔环带的下游设有一 连续的环形密封坝，其特征在于：所述微孔的长轴与通过微孔中心 的密封端面直径具有倾斜角度。

进一步，所述微孔依照旋转中心对称分布。

进一步，所述密封端面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，并受到不断 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，形成微型动压槽，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。

微孔环带设在端面上游，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，使该密封可以应 用于含固体颗粒浓度较高的场合。同时，特有的倾斜式方向性微孔 结构，大大提高端面间流体动压效应，提供了保持端面非接触的最 大能力，增大了密封的轴向刚度，从而使该密封的抗干扰能力或稳 定性及在低压条件下的启动或停车性能优于一般螺旋槽流体动压机 械密封。

本发明的有益效果主要表现在：1、密封端面上独特的倾斜式方 向性微孔结构，大大提高了微孔端面的流体动压效应，使得密封低 压条件下启停效果好；2、通过设置微孔的孔深可以应用于液体介质 和气体介质，可以充分发挥微孔防固体颗粒的能力和优势；3、增强 的流体动压效应实现了密封的非接触、耐磨损，延长了使用寿命， 提高了密封的可靠性。

附图说明