[发明专利]一种低泄漏螺旋槽液膜机械密封端面结构

说明书

一种低泄漏螺旋槽液膜机械密封端面结构，包括机械密封的动环、静环，所述动环或静环端面的一侧为高压侧即上游，所述动环或静环端面的另一侧为低压侧即下游，动环或静环其中之一的端面上设有系列流槽，下游侧设有周向均匀排布的系列反向螺旋槽，中部设有与所述反向螺旋槽贯通的环槽，上游侧设有与所述环槽和介质侧连通的出口，相邻两个所述的出口之间设有系列正向螺旋槽，所述反向螺旋槽与下游侧之间设密封坝，所述环槽与所述正向螺旋槽之间设密封堰。本发明提供一种在各种复杂工况下易实现低泄漏、摩擦学性能优良、承载性能和稳定性良好、使用寿命长的低泄漏螺旋槽液膜机械密封端面结构。

技术领域

本发明涉及一种低泄漏螺旋槽液膜机械密封端面结构，适应于低压工况下的轴端密封，如汽车发动机冷却水泵用水封，风电及潮汐发电机组齿轮增速箱中的轴端密封，也可应用于低压工况下离心泵等其它设备的轴端密封。

背景技术

在生产实际中存在大量运行于低压工况下的机械密封，如汽车发动机冷却水泵用水封等。此类密封往往存在以下问题：机械密封端面往往难以实现非接触而造成密封端面摩擦磨损严重从而易失效，若实现端面非接触则因密封间隙的存在会产生较大的泄漏。为此在工程或研究中往往采用表面织构技术，通过合理的设计提高机械密封的承载能力来实现端面的非接触从而延长使用寿命，提高泵送回流能力来改善密封性能。

美国专利(US4290611)公开了上游泵送机械密封，提出了上游泵送概念，随后上游泵送技术在机械密封领域得到广泛的应用。美国专利(US5529317和US7194803)公开了具有泵送回流功能的激光脸端面密封，国内专利ZL200920043048.5公开了一种具有类似功能的机械密封，结合了上游泵送技术和导流回流技术。虽然上述国内外机械密封专利技术提高了机械密封的密封性能，但仍存在以下问题：虽然采用了上游泵送技术或同时采用了导流回流技术来改善密封性能，但使用条件比较苛刻，承载性能和密封性能协同作用不强。

在液膜润滑机械密封中普遍存在空化现象，而空化现象产生的气泡能减小端面摩擦，实现空化减阻，且空化区由于其较低的液膜压力可导致压差流，将下游侧流体抽吸到密封端面从而改善密封性能(雷列台阶-环槽端面密封机理与性能研究[J].摩擦学学报,2016,36(5): 585-591)，故可通过合理的织构设计，应用密封端面的液膜空化进一步改善密封性能。

发明内容

为了克服现有机械密封技术的密封性能不良、液膜承载性能差、在低压工况下实现非接触稳定运行难、启停性能不佳的不足，本发明提供一种在各种复杂工况下易实现低泄漏、摩擦学性能优良、承载性能和稳定性良好、使用寿命长的低泄漏螺旋槽液膜机械密封端面结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种低泄漏螺旋槽液膜机械密封端面结构，包括机械密封的动环、静环，所述动环或静环端面的一侧为高压侧即上游，所述动环或静环端面的另一侧为低压侧即下游，动环或静环其中之一的端面上设有系列流槽，下游侧设有周向均匀排布的系列反向螺旋槽，中部设有与所述反向螺旋槽贯通的环槽，上游侧设有与所述环槽和介质侧连通的出口，相邻两个所述的出口之间设有系列正向螺旋槽，所述反向螺旋槽与下游侧之间设密封坝，所述环槽与所述正向螺旋槽之间设密封堰。

进一步，所述反向螺旋槽在密封运行时槽根处的液膜具有发散的趋势，反向螺旋槽个数为2～10；反向螺旋槽壁线螺旋角为2°～15°；周向槽台宽比为0.5～10；径向槽坝比为0.25～10，反向螺旋槽与密封坝径向宽度为密封面宽度的1/4～2/3，反向螺旋槽深度为1～50μm。

再进一步，所述环槽径向宽度为0.5～3mm；环槽深度为所述反向螺旋槽深度的1～5倍。

更进一步，所述出口在上游侧呈周期分布，周期数为4、6或8，出口壁线为螺旋线或直线，螺旋角或倾角为30°～45°，周向槽宽为1°～10°，出口深度与所述环槽等深。