[实用新型]一种基于雪花曲线表面织构减阻的机械密封环

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于雪花曲线表面织构减阻的机械密封环，属于机械密封技术领域。

背景技术

激光表面织构技术（laser surface texturing）通过改变表面的几何形貌，可显著改善摩擦副表面的润滑和摩擦性能，提高其承载能力。1996年，Etsion等提出激光加工多孔端面机械密封（LTS-MS）新技术，主要在机械密封的密封端面加工具有规则凹坑形状的微织构，其能显著改善机械密封端面的润滑状况，提高承载能力，减小摩擦系数，降低端面的温升，从而提高了密封性能，延长密封寿命。此后，围绕新型规则表面织构机械密封的研究成为国内外的热点问题。

LST-MS的基本型式有两种，一种是密封端面全布孔，另一种是端面部分布孔。前者承载能力主要基于“单孔效应”，后者特别是环带微孔密封的承载能力则主要基于“富集效应”。

目前，端面的微孔形状主要有球缺面、矩形面、椭圆面及抛物面等，关于将雪花曲线应用于机械密封端面还未见报道。本实用新型在密封坝区加工一层Koch雪花表面织构，利用Koch雪花织构微孔中产生的二次涡，使得动静环间的摩擦阻力减小，使用寿命大大延长。

雪花在飘落过程中，一方面空气中的部分水分子在雪花上结晶；另一方面，雪花与空气之间有摩擦，使雪花上摩擦力大的部位发生融化。最终掉落地面的雪花形状是与空气摩擦阻力最小的。1904年，瑞典数学家海里格·冯·科赫提出了著名的Koch雪花，是最早被描述出来的分形曲线之一。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于雪花曲线表面织构减阻的机械密封环，主要用于机械密封，密封端面间的摩擦阻力将减小，进而减小密封运转时产生的热量，使得机械密封的寿命得到极大延长。

本实用新型基于雪花曲线表面织构减阻的机械密封环包括环体3，在环体3的端面1上均匀或随机开有相同或不同尺寸的Koch雪花微孔2，Koch雪花微孔2是由环体端面沿垂直环体的轴向向里加工形成。

Koch雪花微孔2的起始三角形为正三角形，以中间1/3段为边向外作正三角形，每一条边变为四条新边，新边长度为原边长的1/3，同时生成三个新三角形，重复该过程，即可生成不同阶的Koch雪花微孔。

所述Koch雪花微孔2之间的平均间距为1μm ~ 5000μm。

所述Koch雪花微孔2的起始三角形的起始边长为1μm                                                 1000μm；Koch雪花微孔2的深度为3μm  1000 μm。

本实用新型的工作原理是：机械密封环在稳定运行时，Koch雪花微孔2的内部都存在着一个稳定的二次涡，且涡的旋向是向着有利于外流场流动的方向，由来流引发的一系列点状分布的二次涡，使流体来流在二次涡上流动（微孔表面上的流体在二次涡上流动，而其他部位的流体仍然与端面直接接触），且只与二次涡接触，而不与密封环端面直接接触，从而降低了流体与固体间的摩擦，减小了摩擦功耗。

本实用新型的有益效果是：与现有技术相比，利用密封端面上加工的雪花表面织构，使得机械密封在运转时两密封环间的摩擦阻力降低，使得机械密封的寿命得到极大延长。该密封环适用于气体润滑机械密封，也适用于液体润滑机械密封。

附图说明

图1为本实用新型机械密封环的示意图；

图2为本实用新型机械密封环剖面示意图； 

图3为实施例2的结构示意图；

图4为实施例3的结构示意图；

图中：1-端面，2-Koch雪花微孔，3-环体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的内容并不限于所述范围。

实施例1：如图1、2所示，本基于雪花曲线表面织构减阻的机械密封环包括环体3，在环体3的端面1上均匀开有相同尺寸的Koch雪花微孔2；Koch雪花微孔2的形状为一阶Koch雪花曲线（以正三角形为起始三角形，以三角形每条边的中间1/3段为边向外作正三角形，每一条边变为四条新边，新边长度为原边长的1/3，同时生成三个新三角形，结果是一个六角形），Koch雪花微孔2的起始正三角形的起始边长为80μm，微孔间的平均间距为30μm，深度为12μm。