[发明专利]倾斜渐变多孔端面非接触式机械密封结构

说明书

(一）技术领域

本发明所涉及的是旋转轴的端面密封装置，适用于各种压缩机、泵和釜用搅拌器等旋转机械转轴的轴端密封装置，属于机械端面密封技术领域。

（二）背景技术

目前，流体机械的转轴密封经常采用机械密封，随着石油化工行业的飞速发展，要求机械密封具有更高的稳定性和长寿命。非接触式机械密封以其动压性能优良，摩擦功耗低、端面润滑效果好，密封性能稳定而越来越受到石化行业的青睐，但目前开发的一些非接触式密封端面结构如：单向螺旋槽、直线槽、双向T型槽，双向U型槽等存在泄漏率大，而较大的泄漏量在一些特殊场合，如：有毒介质、易燃易爆介质等工况下会成为限制其应用的决定性因素；且在矿上、冶金、建筑、石化等高固体颗粒场合，介质中的硬质磨料也容易在槽根部积聚且对端面产生磨损，导致密封失效。为此，Etsion.I最先发明了一种多孔端面应用于泵类液体轴封装置，且目前国内外已有多项此类专利（如：USA Patent6,046,430；USA Patent6,341,782；世界专利WO02093046；中国专利：200510038704.9；200910153312.5）但是由于目前专利中所设计的微孔结构具有相同的几何尺寸，没有从高压侧到低压侧形成收敛型流道，故流体动压效果较差，耐压能力不强，从而使密封端面的流体膜承载能力有限，容易发生端面的接触摩擦磨损，很大程度上抵消了微孔的减磨优势。因此研发一种密封端面结构在增强端面动压开启性能和润滑性能、减小端面摩擦磨损和泄漏率成为机械密封中的一个关键问题。

（三）发明内容

本发明要克服现有单向螺旋槽和直线槽，双向T型槽、U型槽或圆弧槽等存在泄漏率大，防固体颗粒能力和耐摩擦磨损能力差的缺点，同时为了克服微孔端面在低速或高压下流体动压效应差，耐压能力和抗干扰能力不够的缺点，提供一种能实用于各种条件和介质的非接触式机械密封结构——倾斜渐变多孔端面非接触式机械密封结构，该结构具有动压效应好、防固体颗粒能力和耐摩擦磨损能力强、泄漏率低、端面润滑效果好、耐压能力和抗干扰能力强，使用寿命长。

本发明的有益效果是：同螺旋槽或直线槽或圆弧槽结构相比，所述渐变孔可以吸纳不同大小的固体颗粒或其它磨料，存储润滑剂的能力大小与该孔所处位置的线速度高低相对应，可避免高摩擦热产生并使端面具有较好的耐磨性和润滑能力。与等直径多孔端面相比，所述渐变孔向下游侧倾斜因此具有向下游泵送作用，且沿周向和径向倾斜排布，从而使剪切流和压差流流向一致指向下游侧，因此具有较强的动压开启性能，从而避免了端面的摩擦磨损；所述渐变孔从上游到下游尺寸逐渐减小，沿径向成收敛状排布，因此具有较强的抗干扰能力且泄漏率也较小。

本发明的技术方案：

倾斜渐变多孔端面非接触式机械密封结构，它包括机械密封的动环、静环，所述动环和静环端面的一侧为高压侧即上游，所述动环和静环端面的另一侧为低压侧即下游，其特征在于：所述动环或静环中至少有一个密封环的端面上开有依照旋转中心对称分布的倾斜渐变孔，构成渐变孔环带；所述渐变孔的队列排列成与所述的端面的直径成倾斜角的倾斜直线，且各个队列的倾斜角相等；所述队列中的渐变孔从高压侧即上游到低压侧即下游孔径逐渐减小；位于相同半径上的渐变孔的尺寸相同；所述密封环的端面上的上游和下游上设有光滑平面的环形密封坝。

所述队列的倾斜度β取值范围为0～90°，其中β为渐变孔队列所在直线和该直线与所述的端面圆周交点处圆周的切线间的夹角，且各个队列倾斜直线的β均相等；所述渐变孔的长轴倾斜角θ取值范围为0～180°，其中θ为渐变孔的长轴和所述的切线间的夹角。

进一步，所述渐变孔环带的径向长度比a定义为a=（r_o-r_g）/（r_o-r_i），其中r_i、r_o分别为开孔端面的内外半径，r_g为端面开孔区的最小半径；所述径向长度比a的取值范围为0.4～1。

进一步，所述渐变孔单个队列包含3～20个渐变孔，优选为5～10个。

进一步，所述渐变孔位于高压侧的孔长轴为0.1～5mm，长、短轴之比为1～10；所述渐变孔位于低压侧的孔长轴为0.05～1mm，长、短轴之比为1～10；所述渐变孔的结构尺寸的渐变幅度为0.05～1mm；所述队列中的相邻渐变孔的等间距相等，相邻两孔之间的间距为0.05～1mm。