[实用新型]具有双旋向流体动压槽的非接触式机械密封环

说明书

技术领域

本实用新型为一种可用于多种形式的压缩机、膨胀机、泵、反应釜等旋转机械的轴端密封的密封环。

背景技术

    流体端面非接触式机械密封是通过两相对旋转的密封环，依靠旋转时剪切两个环之间的流体，形成流体动压效应，从而增大端面流体膜承载能力和流体膜刚度。最终使得密封端面长时间处于稳定的非接触状态。改变密封端面上设置的流体动压槽的槽型，是增强端面流体动压效应，减少密封泄漏量并延长密封使用寿命的有效和常用手段。

流体端面非接触式机械密封通常分为单旋向和双旋向两大类。单旋向密封环的密封端面上的流体动压槽，以具有对数螺旋线型或阿基米德线型为典型特征，具有流体动压效应显著、泄漏量低、流体膜刚度好等优势，但受其槽型几何特征限定，该类槽型只能用于单向旋转的工况。在工程实际中，以压缩机为代表的旋转机械常会发生反转现象，该现象随着压缩机容积大型化的趋势变得愈实用新型显。具有双旋向槽型的流体端面非接触式机械密封环，即可适应旋转主机正/反向旋转的特殊工况要求。现有的双旋向槽型以燕尾槽、圣诞树槽、T形槽、半圆面包槽等为代表，但目前的双旋向密封环密封端面上的槽型存在流体膜刚度相对较低、动压效应相对较弱、开启力较低、稳定工作时建立的流体膜（即流体动压非接触式机械密封平稳运转后，在动静环之间形成的润滑膜）厚度相对较小、密封自身零件加工和装配精度要求相对高等不足，是亟待解决的问题。

实用新型内容

    鉴于此，本实用新型提供了一种新结构形式的具有双旋向流体动压槽的非接触式机械密封环，特别是通过对密封环中密封端面上的流体动压槽结构的改进，可以有效解决上述问题。

本实用新型具有双旋向流体动压槽的非接触式机械密封环的结构，是在环体端部具有内径和外径的密封面上，沿周向以间隔方式设置有流体动压槽这一基本结构的基础上，进行的一种新的设计和改进。其中，在密封端面的外侧部沿周向等间距地设置有若干个相同结构形式的流体动压槽结构单元。所说的流体动压槽结构单元在密封端面的外周部设置的数量，可根据所用设备旋转轴的轴径和/或对密封要求的不同而定。一般情况下，可优选设置为8~20个，更好的设置数量为12个。

上述流体动压槽结构单元的具体结构为：

——流体动压槽结构单元为由中心槽和分别与其周向两侧接合并向两侧对称收敛延伸的相同结构的翼槽构成的机翼形结构；

——中心槽的槽壁中：两个侧壁边分别为密封端面的两个径向延伸段，径向内侧的壁边为与密封端面同心的弧形，中心槽的开口设于密封环周壁部；

——翼槽的槽壁中：两侧壁中的长壁边（即底边）和收敛延伸端部的短壁边分别为密封端面的两个径向延伸段，其中两侧翼槽的长壁边分别为与其所在侧的中心槽侧壁边相接合的槽开口部。

本实用新型上述结构式的双旋向流体动压槽的非接触式机械密封环，可用作非接触式机械密封装置中的旋转环（可随旋转机械轴一起转动）和/或静止环（不随旋转机械轴转动）。

在上述基本结构的基础上，根据不同设备和/或使用工况条件及要求，还可以单独或任意组合地选择下述进一步的优选结构方式。

在上述位于中心槽两侧的翼槽中，作收敛延伸的其内侧延伸壁与外侧延伸壁间的收敛角，可优选为30°~50°，更好的收敛角为38°。改变该收敛角的大小，可以改变密封面间的流体动压效应，从而调整和改变提升正作用翼槽区开启力的大小。例如，减小该收敛角，在相同工况下，密封端面的流体动压开启力会有所增大，泄漏量则会较大程度增加；而增大收敛角，则会有相反的效果。

上述结构中的中心槽的槽深，可以是由其径向的内侧壁边至周壁部开口为等深度的形式，也可以是由其径向的内侧的壁边向周壁部开口呈线性延伸增加的变深楔形槽。采用变深楔形槽时，更优选的是使其径向内侧壁边即最浅处的深度，与两侧翼槽的深度相同的形式。中心槽深度的不同，会影响和决定密封端面的静压开启力及静压泄漏量。一般情况下，等深槽的深度越深，中心槽的压力分布界线越明显且越平行于径向半径方向，开启力越大，且流体膜刚度越好。但这种变化会随深度的不断增加而逐渐减小，例如深度超过24μm后效果的变化即不明显了。而采用不等深楔形槽，则能明显增强静压开启效果，使得整个系统的启动扭矩降低，且平均深度越深，则静压开启力越大，静压泄漏量也越大。因此，可根据实际需要或不同工况（例如在多级密封中对不同级的密封所允许的泄漏量等）选择适当槽型和/或槽深。一般情况下，中心槽的深度可优选为3~28微米。