[发明专利]开放椭圆型线槽端面双向旋转机械密封结构

说明书

开放椭圆型线槽端面双向旋转机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，所述动环和静环的端面一侧为高压侧，动环和静环的端面另一侧为低压侧，动环或静环密封端面上周向均匀分布若干椭圆型线槽，椭圆型线槽设在端面高压侧，端面低压侧设有一连续的环形密封坝，椭圆型线槽的型线为端部带有缺口的椭圆型线，与高压侧环境连通；椭圆型槽的形状为椭圆型线或类椭圆圆弧线，沿周向方向具有收敛性；椭圆型线槽的长轴与通过椭圆型线槽中心的密封端面直径相交。本发明的有益效果主要表现在：在正转及反转时均能保证端面较强的流体动压效应，并在启停时也能快速分离密封端面减少端面磨损，实现了密封的非接触、耐磨损，延长了使用寿命，提高了密封的可靠性。

技术领域

本发明属于端面机械密封结构设计技术领域，具体是指开放椭圆型线槽端面双向旋转机械密封结构，适用于各种压缩机、泵和釜等旋转机械的轴端密封装置。

背景技术

机械密封是防止旋转式流体机械轴端泄漏的主要手段，随着石化、能源、航空航天等领域的迅猛发展，对于极端工况(高温、高压、高速或超低温、真空等)条件下的机械密封性能、使用寿命和可靠性提出了更高的要求。并且能够避免高速旋转机械反转时密封件的失效，还可以应用在需要双向旋转的场合。目前，动压型气体端面密封主要以螺旋槽密封最为典型，并在离心式压缩机、泵及反应釜等设备的轴端密封上获得广泛应用。但是，螺旋槽密封存在启动或停车性能较差，反转时不能提供动压开启力等问题。双向旋转气体密封的端面形式主要包括径向直线槽、T型槽、梯形槽等，由于槽型结构对称，能够适应误操作时的反向旋转和需要双向旋转的场合，但是却存在动压效应较弱的现象。

发明内容

为了克服现有双向旋转密封技术中的流体动压效应弱，启停易磨损的问题。本发明提出开放椭圆型线槽端面双向旋转机械密封结构，可以产生更为显著的动压效应，明显提高端面的双向旋转时的开启能力。无论转轴是正向旋转还是反向旋转，动静环端面间都可产生稳定的气膜，防止端面因磨损而失效，提高了密封的可靠性。

本发明所述的开放椭圆型线槽端面双向旋转机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，所述动环和静环的端面一侧为高压侧，所述动环和静环的端面另一侧为低压侧，其特征在于：所述动环或静环周向均匀分布若干开放椭圆型线槽，所述开放椭圆型线槽设在端面高压侧，且端面低压侧设有一连续的环形密封坝，所述椭圆型线槽的型线为端部带有缺口的椭圆型线，与高压侧环境连通；所述椭圆型槽的形状为椭圆型线或类椭圆圆弧线，其特征为沿周向方向具有收敛性，即可使流体沿着型线同时从高压侧和低压侧向型槽的径向中部位置流动；所述椭圆型线槽的长轴与通过椭圆型线槽中心的密封端面直径相交。

所述椭圆型线槽有明显的方向性，长轴和短轴之比大于1，取值范围为：1～50。

所述椭圆型线槽的槽数为3～40个，并且椭圆型线槽的旋向一致。

所述椭圆型线槽长轴范围为：0.5～20mm。

所述椭圆型线槽的长轴与通过椭圆型线槽中心的密封端面直径所成倾斜角度α的范围为0～60度。

所述椭圆型线槽中心在密封端面上，且椭圆型线槽中心距离密封环高压侧的差值与椭圆长半轴的比值为0～1。

所述椭圆型线槽开在端面高压侧，端面低压侧设有一连续的环形密封坝，环形密封坝的径向宽度范围为：0.1～20mm。

本发明的工作原理：

密封正向旋转时，由于与外界环境的连通开放特征，高压侧产生的压力流更容易沿着型槽流动，在剪切作用下一部分流体沿周向流动，在弧线收敛位置形成流体高压区，产生动压开启力，同时由于椭圆槽的长度方向大于宽度方向，即椭圆槽的方向性增加了流体在开槽区的流程，使得一部分流体沿长轴方向不断累积并压缩，在槽底形成挤压效应，压力升高，产生明显的动压开启力。因此开放特征使得型槽的动压开启能力更高，从而显著提高了整个端面上的动压开启效果。在启动阶段，密封端面由于动压效果可快速分离形成微小间隙，减少端面间的接触摩损，显著改善启停效果。