专利名称：一种自密封零泄漏疏水型面机械密封端面结构的制作方法
技术领域：
本发明属于机械端面密封技术领域，特别涉及适用于各种压缩机、泵和釜等旋转 机械转轴的轴端密封装置，特别适合于中低压或中低速场合下液体介质的一种自密封零泄 漏疏水型面机械密封端面结构。
背景技术：
流体机械的转轴密封经常采用机械密封，填料密封，油封，迷宫式密封等。当螺旋 槽等型槽端面非接触式机械密封正常运行时，端面型槽产生流体动压而使端面开启力增 大，流体膜厚增加导致泄漏率也升高；与此同时，介质中的硬质磨料和端面在启停期间产生 的磨屑也容易在槽根部积聚且对端面产生磨损，导致密封失效。当接触式机械密封启动时， 端面间缺少流体润滑而导致摩擦热上升并伴随产生磨损、变形甚至热裂，因此密封寿命较 短。与接触式机械密封相比，非接触式机械密封是以少量的泄漏为代价来减小密封端面的 磨损。美国专利5，201, 531公开了一种流体动压型双列螺旋槽端面密封装置，据称在理论 上达到密封流体的零泄漏。中国专利200620100860. 3和200710067282. 7公开了新型变分 布多孔端面机械密封结构，据称有优异的耐压性、耐磨性、稳定性。
发明内容
为了减小或防止非接触式机械密封的泄漏，克服磨料磨损端面或磨穿密封坝导致 的高泄漏率问题，本发明提供一种自密封性好，液膜刚度大，稳定性好，能防止密封启动和 运行时端面产生磨损的自密封零泄漏疏水型面机械密封端面结构。本发明的技术方案
一种自密封零泄漏疏水型面机械密封端面结构，包括机械密封的动环、静环，所述动环 和静环的端面的一侧为高压侧即上游，所述动环和静环的端面的另一侧为低压侧即下游， 其特征在于所述动环或静环中至少一个密封端面是由按照压力从高到低方向依次排布的 微槽动压环带、密封坝和疏水型面三者组成的复合型面。进一步，所述疏水型面是由微纳米尺度的柱体构成的规则织构平面或规则织构锥 或者，所述疏水型面是由微纳米尺度的凹坑构成的规则织构平面或规则织构锥进一步，所述密封坝是没有加工有微槽或微柱或凹坑的光滑平面。进一步，所述微槽动压环带是由放射性均布在密封端面上的微槽型面组成。进一步，所述密封端面上设有多个疏水型面。进一步，所述密封端面上设有多个微槽动压环带。进一步，所述微槽动压环带宽度为 ，所述疏水型面宽度为 ，且0 ( whp<B, 0彡rhd彡召/2，其中召为密封面宽度。所述微槽动压环带的各种微槽的深度为2 30 μ m，微纳米尺度的柱体或微纳米尺度的凹坑的直径为0. 05 5 μ m，微纳米尺度的柱体或微纳米尺度的凹坑间距为0. 1 5 μ m，微纳米尺度的柱体高度或微纳米尺度的凹坑深度为0. 05 1 μ m ；当所述疏水型面是 规则织构锥面时，其锥度为1:150 1:10。所述密封坝为不加工任何微槽或微柱或微凹的 光滑平面，当密封介质压力小于1.5 MPa时的密封坝宽度为0.5 1.5 mm，当密封介质压力 大于1.5 MPa时的密封坝宽度为1.5 5.0 mm ；微槽可以是螺旋槽、雁型槽、圆弧槽、直线 槽、T型槽、纵树槽、儿字槽等型槽，且单向旋转场合优先选择螺旋槽。本发明适用于密封一 切液体介质，特别适合于中低压或中低速场合下液体介质的密封。本发明的优点是
1.采用窄面疏水型面，其自密封性可以明显降低泄漏甚至达到零泄漏。2.采用一个或多个疏水型面，可以减少或避免端面的磨损，大大提高机械密封整 体的密封性能和耐磨损性能。3.采用微槽动压环带与疏水型面相结合的方式，可以在端面内存储润滑介质，防 止机器启动时端面产生干磨，提高机械密封的开启特性和可靠性。
图1为本发明的疏水型面是微纳尺度的柱体的结构示意图。图2为沿图1中A-A向的剖视图。图3为图2中a部分的放大图。图4为本发明的疏水型面是微纳尺度的凹坑的结构示意图。图5为沿图4中B-B向的剖视图。图6为图5中b部分的放大图。图7为本发明设有两个疏水微柱或微凹复合型面结构示意图。图8为本发明设有双螺旋槽疏水微柱复合型面结构示意图。
具体实施例方式实施例一
参照图1-3，一种自密封零泄漏疏水型面机械密封端面结构，包括机械密封的动环、静 环，所述动环和静环的端面的一侧为高压侧即上游，所述动环和静环的端面的另一侧为低 压侧即下游，所述动环或静环中至少一个密封端面是由按照压力从高到低方向依次排布的 微槽动压环带1、密封坝2和疏水型面3三者组成的复合型面。所述疏水型面3是由微纳米尺度的柱体构成的规则织构锥面。所述密封坝2是没有加工有微槽或微柱或凹坑的光滑平面。所述微槽动压环带1是由放射性均布在密封端面上的微槽型面组成。所述微槽动压环带1宽度为~，所述疏水型面3宽度为 ，且0彡 </ ， 0彡rhd彡召/2，其中召为密封面宽度。所述微槽动压环带1的各种微槽的深度为2 30 μ m，所述疏水型面3是规则织构 锥面，其锥度为1 150 1 10，微纳米尺度的柱体的直径为0. 05 5 μ m，微纳米尺度的柱 体间距为0. 1 5 μ m，微纳米尺度的柱体高度为0. 05 1 μ m。所述密封坝2当密封介质 压力小于2. 5 MPa时的密封坝2宽度为0 1. 5 mm，当密封介质压力大于2. 5 MPa时的密
4封坝2宽度为1. 5 5 mm ；微槽可以是螺旋槽、雁型槽、圆弧槽、直线槽、T型槽、纵树槽、儿 字槽等型槽，且单向旋转场合优先选择螺旋槽。微柱疏水型面3的设置既利于阻止泄漏介 质的流动，也利于摩擦热的散失，而且可以磨碎并容纳端面磨屑，因此具有低泄漏、耐磨损 的特点。实施例二
参照图4-6，本实施例与实施例一的不同之处是所述疏水型面3是由微纳米尺度的凹 坑构成的规则织构平面或规则织构锥面。微纳米尺度的凹坑的直径为0. 05 5 μ m，微纳米 尺度的凹坑间距为0. 1 5μπι，微纳米尺度的凹坑深度为0. 05 1 μ m ；微凹疏水型面3 的设置既利于阻止泄漏介质的流动，而且可以容纳端面磨屑，因此具有低泄漏、耐磨损的特 点。其余结构和功能均与实施例一相同。实施例三
参照图7，本实施例与实施例一或实施例二的不同之处在于所述密封端面上设有多个 疏水型面3。当设置多个微柱或微凹疏水型面时，整个密封端面要求只设置一个环形密封 坝2，且密封坝2的宽度为0. 5 1. 5mm,只是当介质压力超过1. 5MPa时，方考虑设置两个 上述密封坝2或密封坝2宽度为1. 5 5mm。这种结构适合于介质中固体磨料含量较高，对 泄漏率控制要求较高的场合。其余结构和功能均与实施例一或实施例二相同。实施例四
参照图8，本实施例与实施例一或实施例二的不同之处在于所述密封端面上设有多个 微槽动压环带1。当密封介质压力超过2. 5MPa时，低压侧的微槽和疏水型面3之间可增设 一个宽度0. 5 1. 5mm的窄环面密封坝1，起到更好的降压与密封效果。这种结构适合于 高压或高速且对泄漏率控制要求较高的场合。其余结构和功能均与实施例一或实施例二相 同。本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护 范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技 术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
权利要求
一种自密封零泄漏疏水型面机械密封端面结构，包括机械密封的动环、静环，所述动环和静环的端面的一侧为高压侧即上游，所述动环和静环的端面的另一侧为低压侧即下游，其特征在于所述动环或静环中至少一个密封端面是由按照压力从高到低方向依次排布的微槽动压环带、密封坝和疏水型面三者组成的复合型面。
2.根据权利要求1所述的一种自密封零泄漏疏水型面机械密封端面结构，其特征在 于所述疏水型面是由微纳米尺度的柱体构成的规则织构平面或规则织构锥面。
3.根据权利要求1所述的一种自密封零泄漏疏水型面机械密封端面结构，其特征在 于所述疏水型面是由微纳米尺度的凹坑构成的规则织构平面或规则织构锥面。
4.根据权利要求2或3所述的一种自密封零泄漏疏水型面机械密封端面结构，其特征 在于所述密封坝是光滑平面。
5.根据权利要求4所述的一种自密封零泄漏疏水型面机械密封端面结构，其特征在 于所述微槽动压环带是由放射性均布在密封端面上的微槽型面组成。
6.根据权利要求5所述的一种自密封零泄漏疏水型面机械密封端面结构，其特征在 于所述密封端面上设有多圈由密封坝隔开的疏水型面。
7.根据权利要求6所述的一种自密封零泄漏疏水型面机械密封端面结构，其特征在 于所述密封端面上设有多个由密封坝隔开的微槽动压环带。
8.根据权利要求7所述的一种自密封零泄漏疏水型面机械密封端面结构，其特征在 于所述微槽动压环带宽度为『hp，所述疏水型面宽度为『hd，且0 (『hp</ ，0 ^ ^hd ^ i /2，其 中召为密封面宽度。
全文摘要
一种自密封零泄漏疏水型面机械密封端面结构，包括机械密封的动环、静环，所述动环或静环中至少一个密封端面是由按照压力从高到低方向依次排布的微槽动压环带、密封坝和疏水型面三者组成的复合型面。本发明的优点是采用窄面疏水型面，其自密封性可以明显降低泄漏甚至达到零泄漏；采用一个或多个疏水型面，可以减少或避免端面的磨损，大大提高机械密封整体的密封性能和耐磨损性能；采用微槽动压环带与疏水型面相结合的方式，可以在端面内存储润滑介质，防止机器启动时端面产生干磨，提高机械密封的开启特性和可靠性。
文档编号F16J15/16GK101975274SQ20101052994
公开日2011年2月16日 申请日期2010年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者刘鑫, 孟祥铠, 彭旭东, 李纪云, 盛颂恩 申请人:浙江工业大学