[发明专利]一种具有跨尺度表面织构特征的液体润滑端面密封结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对液体介质的机械端面密封结构，特别涉及由 毫米级微槽和微米级微孔所组成的具有跨尺度表面织构特征的液体 端面密封结构，特别适用于高压、高温和高速泵轴端密封场合。

背景技术

在20世纪70年代至90年代，机械端面密封技术特别是高参数 泵用端面密封技术已经获得突破，如高速场合的干式气体端面密封， 高压或高温场合的热流体动力楔机械端面密封等已经在石油、石化、 化工、核电和航空航天等领域获得成功应用，但是公知的高参数泵轴 端用机械端面密封，还存在一些不足之处。例如，①高速泵场合的干 式气体端面密封(见美国科技杂志Lubrication Engineering，1990，46(9)： pp607，美国专利5498007和20020093141，中国专利96216242.6、 01279564.X和02132978.8)，其承载能力有限且受到启动或停车期间 摩擦磨损及热变形的困扰。②多孔或微凹端面密封，无论是表面整体 开孔端面密封(见美国科技杂志Tribology Transactions，1996，39(3)： pp677和美国专利6046430)，还是表面部分开孔端面密封(见 Tribology Transactions，2002，45(3)：pp430；USA Patent 6341782和世 界专利WO02093046；中国专利200510038704.9、200620100860.3和 200720106746.6)，尽管产生动压效果较好，但是都还存在耐压能力 不强、抗干扰能力不强、变形适应能力不强和高参数条件下易泄漏等 不足。③波度面机械端面密封(见美国专利4836561、6446976)和 热流体动力楔机械密封(见英国Newnes-Butterworths，London-Boston 出版商出版的德国密封专家E.Mayer的专著：Mechanical Seals. (1977))均是依赖密封端面波度产生动压效应达到分离端面、减少磨 损的目的，前者波度面是加工制造所形成，后者波度面是在使用过程 中形成，其波度幅值和变化频率与端表面上的周向加工深槽有关。与 ①和②描述的密封相比，这类波度面机械密封的前者具有良好的高压 性能，后者具有良好的高温使用性能，但是动压效果有限，限制了机 械密封的承载能力和高速条件下的自动平衡性能。

发明内容

为了克服上述泵用液体机械端面密封技术中存在的不足，特别是 密封的抗变形能力较差、液膜承载能力一般(动压效果不强)、耐压 性能较差、高参数条件下泄漏量较大的不足，本发明提供一种具有跨 尺度表面织构特征的液体润滑端面密封结构。

本发明的技术方案：

一种具有跨尺度表面织构特征的液体润滑端面密封结构，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：在机 械密封的动环或静环端面上加工有数个跨尺度织构型面孔槽，所述跨 尺度织构型面孔槽由具有毫米级的深槽和微米级的微孔组成，所述深 槽位于端面上游，所述微孔分布于深槽周边；所述跨尺度织构型面孔 槽之间设有密封堰，在所述跨尺度织构型面孔槽的下游设有未开型面 孔槽的环形密封坝。

进一步，所述跨尺度型面孔槽在密封端面上呈周期性排布。

进一步，所述深槽底面加工有微孔。

进一步，所述深槽底面微孔的深度从上游至下游沿径向逐渐变 浅。

进一步，所述深槽槽深度h₀：h₀＝0.2～3.0mm；槽的径向宽度和 密封端面的宽度比γ：γ＝0.125～0.75，槽的个数n：n＝2～28；所述微 孔的深度h₁：h₁＝(0.1～0.001)h₀，微孔的直径d_p：d_p＝50～800μm，微 孔分布于深槽外周边的宽度b_g：b_g＝(0.02～0.5)b_c，b_c是相邻深槽之间 的平均外周间隔距离。