[发明专利]一种间隙式沟槽表面密封

说明书

一般来说，本发明涉及一种间隙式沟槽表面密封，具体地说，为在相对旋转密封元件之间保持间隙而在其密封表面上设有沟槽的表面密封。

螺旋沟槽的机械表面密封用于在旋转轴和其箱体之间不产生接触。两个相对旋转的密封表面之间的间隙，是通过至少在两密封表面之一上制出螺旋沟槽、在两表面之间泵送压力流体的薄膜保持的。螺旋沟槽表面密封的例子可见于颁发给Gardner的美国专利3，804，424和颁发给Sedy的美国专利4，212，475和4，290，611中，所有这些专利均已转让给本发明的受让人了。

这些专利中所描述的一般的现在使用的螺旋沟槽表面密封，包括一个环状的基准密封环，它有与环状配合环的径向延伸表面保持密封关系的径向延伸表面，在工作中，基准环或是配合环随轴一起旋转，并包含一个其自身和箱体密封的另一环的径向表面保持密封关系的径向表面。在通常的接触式密封中，两表面在相对转动时摩擦生热会引起密封表面变形，加速密封元件老化及其他所不期望的情况。

业已发现，在径向表面间的很窄的间隙或空间允许一些被密封的流体泄漏到或流向低压侧，这种流体流动阻止了所不期望的热产生。这种间隙是由在基准环或配合环上的一系列螺旋形沟槽形成，当其中一环转动时，如同泵的作用而使流体在密封表面之间，流体流将两表面分隔开，其作用如润滑剂保持着间隙，可使表面间无接触地彼此滑动。

也有人建议另外的采用沟槽表面的机械表面密封，例如，美国专利No.4，420，162中描述了一种具有自内圆周向外圆周延展的螺旋槽的表面密封，它们均相对于密封面的旋转方向向前倾斜和向后倾斜。一组或向前或向后倾斜的沟槽的作用是将被密封的流体泵送出密封面之间的间隙，而相反倾斜的沟槽组的作用是将流体泵送入间隙。

然而，这些密封表面的设计均未能提出理想的密封结构，美国专利No.4，420，162中所描述的密封面螺旋沟槽结构是在密封表面接触的条件下使流体通过密封的。仅在一个方向上泵送流体的密封表面间提供了一个过大的流体膜厚度，致使产生所不期望的、不必要的泄漏。如果在邻近密封环的内径或外径处设置密封屏坝，将使泄漏有一定程度的减少，屏坝是邻接开槽的环形表面的不开槽环形面。此外，先有技术的密封表面在螺旋方向上的不对称性，使得只能在一个方向上旋转，以产生所期望的有功能的间隙。轴的反向旋转或密封环安装不良则产生真空而不是间隙，设备运转时将造成一个或两个密封表面严重损坏。

正如Sedy的美国专利No.4，212，475中所考虑的，希望流体膜厚度尽可能地小，以便能增加流体膜的韧性，从而在提供稳定的密封表面和间隙尺寸的同时减少流体泄漏。Sedy所提出的解决办法是提供沟槽的长度、宽度和厚度相对于平台和屏坝尺寸的特殊参数。这种解决办法，当不计较流体泄漏时工作相当好。但尽管如此，它产生超过必需的过量泄漏。

本发明的一个目的是提供一种间隙式沟槽表面密封，以减少通过机械表面密封的密封之间的间隙的流体泄漏。

本发明的另一目的是提供一种间隙式沟槽表面密封，它能在机械端面密封的密封面间建立起间隙，而不涉及轴和转动环的转动方向。

本发明的另一个目的是提供一种间隙式沟槽表面密封，它能提供高韧性的流体薄膜，而无需外部液体润滑。

本发明的再一个目的是提供一种间隙式沟槽表面密封，它能泵送流体通过各密封表面，并提供流体薄膜间隙和最小的流体泄漏。

本发明的另一目的是提供一种间隙式沟槽表面密封，它在静力与动力条件下都能有通过密封面的最小的流体泄漏。

根据本发明提供了一种间隙式沟槽表面密封，它具有一固定的密封环和一个带有对面径向延伸表面的相对旋转密封环，上述环中之一密封地固定在箱体上，另一个密封地固定在轴上，其特征在于至少在上述的一个环上有一密封面，该密封面包括：

一沟槽部分，它具有自至少一个上述环的表面上一个圆周向内延伸的不连续的沟槽表面，上述沟槽表面以一个不连续图型沿上述环表面延伸，并且被上述沟槽表面之间延伸的微小屏坝所确定，上述微小屏坝相对沟槽表面偏斜，并在最外处的接触表面上有一宽度，此宽度远小于沟槽表面所形成之凹槽的宽度，上述微小屏坝是沿每个上述沟槽表面的边界定位，从而上述不连续沟槽表面基本上包括许多开槽的多边形表面，它们相互相邻地位于环的表面上，同时微小屏坝位于各所述开槽的多边形表面和任一相邻的所述开槽多边形表面之间，以及

不开槽部分自至少一个上述环的表面上的另一圆周向内延伸。

根据本发明还提供了一种间隙式沟槽表面密封，其特征在于包括：

一环状不开槽的坝面部分，自环面的一个圆周向内延伸，以及