[实用新型]具有回流功能的型槽端面非接触式机械密封

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种具有回流功能的型槽端面非接触式机械密封，适用于各类离心泵、螺杆泵等液体输送用旋转机器的轴端密封，特别适用于易汽化和润滑性能不良的介质的密封，属于流体密封技术领域。 

背景技术

通常，非接触式机械密封装置，由动环、静环及传动部件、推力组件和辅助密封圈等系统零部件及密封辅助系统所构成。为提高一般机械密封的工作可靠性，增强密封端面的润滑效果，避免端面磨损，减小摩擦系数，常常在动环或静环的端面上设置一定的表面织构或型槽，如螺旋槽、T型槽、U型槽或不同排布与组合的微孔，使机械密封运行时端面间产生流体动压效应。这种动压效应协同端面间的静压效应将形成端面开启力，使动静环端面之间充满流体，形成完整的流体润滑薄膜，产生一定的流体膜刚度，防止密封面运行过程中由于外界扰动而引起端面贴合，造成干摩擦，避免端面磨损。但是，与此同时伴随端面流体膜厚度或间隙的增大，将引起较大的泄漏率，这是密封有毒、有害和强腐蚀性液体介质特别是石油、石化和化工行业中密封易汽化介质时所不希望看到的。 

目前，常选用干气密封、上游泵送机械密封等作为易汽化或润滑性能不良介质的密封装置，但是这两类先进密封技术均要求采用双端 面或串联式机械密封结构，因此增加了使用成本，降低了密封的可靠性，而且对辅助系统要求比较苛刻。最近，美国Flexibox和John Crane等著名机械密封生产商推出了端面型槽具有泵送回流功能的激光脸端面密封，在此基础上，国内有关密封公司也发明了据称具有类似功能的机械密封（ZL200920043048.5“机械密封装置的摩擦环”）。但是，无论是国外相关技术还是国内仿造专利技术，均存在如下问题：①端面回流槽的作用机理不明，也尚未见到有关技术参数与工业领域大量使用的公开报道，国内更是未见一例；②回流槽采用镜像叠罗汉矩形槽或月牙槽，这种型槽与引流槽之间的协同作用效果不明显，即端面的流体动压效应、润滑效果和回流效果不明显；③ZL200920043048.5中的主槽仅仅具有径向变深，在副槽协同下也无法起到回流泵送作用，与此同时，在实际设计、加工与使用中如何实现对主槽与副槽之间的协同作用、两者间准确的相对位置均未涉及，因而是不完善的；④实验和数值模拟结果表明（钮建良“激光面部液体润滑机械密封性能研究”，浙江工业大学硕士学位毕业论文，2011年），上述发明在实际应用中效果不明显，回流槽的槽深变深型式以及回流槽与引流槽之间的协同作用是关键，但是均未明确。型槽仿生发明专利（ZL200910102184.1“三维似羽毛织构底面型槽气体端面密封结构”和ZL 200910101512.6“三维似鱼鳞织构底面型槽流体动压型液体机械密封结构”）的问世及激光加工技术与方法的普及，为提出具有回流功能端面密封的新发明提供了思路。 

发明内容

为了解决现有端面密封结构中泵送回流型槽技术成本高、实施难度高、润滑效果和回流效果不明显的问题，本实用新型提供一种能充分发挥流体动压型槽的综合作用、提高端面润滑冷却效果、减少泄漏的具有回流功能的型槽端面非接触式机械密封。 

本实用新型采用的技术方案是： 

一种具有回流功能的型槽端面非接触式机械密封，包括机械密封的动环和静环，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，所述端面的下游设有光滑平面的环形密封坝，在所述动环或静环中至少一个密封端面上设有多组流体型槽，所述流体型槽沿端面周向呈周期性排列，其特征在于：所述流体型槽由引流槽与泵送回流槽复合构成，所述引流槽的平均槽深大于所述泵送回流槽的平均槽深；所述引流槽设置在所述端面的上游，且与密封介质相连通；所述泵送回流槽是具有飞鸟翼翅外形结构特征的型槽，槽深呈中间深两边浅的变化规律；所述泵送回流槽由迎流部分的下游泵汲槽和背流部分的上游泵送槽构成，分别起到类似下游泵汲和上游泵送的作用；所述下游泵汲槽和上游泵送槽的交界处为泵送回流槽的中部；所述泵送回流槽的中部与所述端面的下游有一间距，所述泵送回流槽的两边末端与所述端面的上游有一间距；所述泵送回流槽和引流槽之间的非开槽区域构成密封堰。 

进一步，所述引流槽的槽深为10～30μm，沿径向流向槽深逐渐变浅，斜度为2～10度。 

进一步，所述泵送回流槽沿流动方向的两侧壁型线为螺旋线、圆 弧线或直线。 

进一步，所述泵送回流槽沿流动方向的两侧壁型线均为对数螺旋线。 

进一步，所述泵送回流槽的槽深沿周向方向呈中间深、两边浅的渐变，槽深变化范围为1～10μm。