[实用新型]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

本实用新型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 本实用新型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。

本实用新型的技术方案：

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。

所述深槽的形状是圆弧形、半圆形、梯形、矩形、三角形、月牙形、E形、V形、U形、T形、X形或几种形状的组合；所述微孔纵剖面形状是V形、U形、梯形、矩形、正方形、半圆形、或椭圆形。当微孔加工在动环上时 如果微孔横截面形状为椭圆形且椭圆长轴方向与端面半径方向不重合时，则椭圆倾斜方向应与动环的旋转方向相反；反之，当微孔加工在静环上时，如果微孔横截面形状为椭圆形且椭圆长轴方向与端面半径方向不重合时，则椭圆倾斜方向应与动环的旋转方向一致。