专利名称：定锥度型波形曲面机械密封装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种旋转机器轴向端面的非接触式端面动密封装置，适用于各种型式的泵、反应釜、压缩机、膨胀机、分离机等旋转类机器的轴向端面密封。
背景技术：
机械密封广泛应用于众多的旋转机械轴向端面密封，有接触式和非接触式之分。 在接触式机械密封结构中，密封面因摩擦、磨损、发热、变形等现象严重，导致密封性能迅速下降，致使工作状态不稳定，且寿命短，易出现故障。非接触式机械密封，是通过在密封端面上开设浅凹槽，以产生流体动压效应，使流体进入动环和静环的摩擦配合端面后形成流体膜，将动、静环密封分开，达到非接触式的运转，起到润滑和延长使用寿命的作用，又能有效防止被密封介质通过密封端面的泄漏，其工作状态比较稳定，可靠，使用寿命长。其以较优越的性能和更低的维护成本，将在未来获得更多的应用。但其泄漏量相对较大，且稳定性在很大程度上受被密封机组转速和介质性能的影响。目前的动压槽的形状中，以等槽深螺旋槽和“T”形槽端面密封最为典型。螺旋槽型动压效应非常显著。与其他槽型相比，它具有承载能力高，流体膜刚度大，稳定性好等优点，但其密封面只能单向旋转。公开号CN1415877A的中国专利文献公开了一种双螺旋角三维螺旋槽端面密封装置，其端面上开设的螺旋浅槽的上游即高压侧更宽、下游即低压侧更窄，槽的深度从上游即高压侧到下游即低压侧逐渐变浅，从而形成一种三维收敛形螺旋槽。该双螺旋角三维螺旋槽端面密封装置可获得更大的流体膜刚度，但其倾斜的槽底和螺旋的槽型加工非常困难，并且该类密封只能单向旋转。CN1401954A公开了一种由角形微槽族组成的螺旋槽端面机械密封，其角形微槽走向与螺旋槽方向一致，该密封端面浅槽结构显得比较复杂，因该角形微槽沿螺旋槽走向分布，且不存在明显的收缩形状，能在一定程度上获得较普通螺旋槽更高的流体膜刚度，但其复杂的角形微槽族加工非常困难，并且仍然只能单向旋转。“T”形槽端面密封动压效应较为显著，其端流体膜承载能力和流体膜刚度较大，但其最大好处在于能实现双向旋转。实用中还有很多螺旋槽和“T”形槽的变形槽，其共同特征是，流体膜刚度和流体膜承载能力大则往往只能单向旋转；能双向旋转的槽型却又具有较低的流体膜刚度和流体膜承载能力。但其基本都是等深槽，即全部槽形边缘的槽深都是由槽口平面以转折角形式直接达到其一致的槽底深度，导致了液膜厚度、刚度变化等在有槽和无槽部位的阶跃性突变，影响了密封运行性的稳定性和可靠性。而对于不同介质、不同机组转速条件下，非接触式密封稳定性的解决，将是影响非接触式机械密封广泛应用的一个关键问题。
实用新型内容针对上述情况，本实用新型提供了一种能双向旋转且具备更高的流体膜刚度和流体膜承载能力的非接触式端面动密封装置。[0007]本实用新型为一种定锥度型波形曲面机械密封装置，其基本结构同样是在以端面相对的旋转环与静止环间的密封端面上，沿圆周以等间距设置有至少两个由周缘向心延伸且槽深度连续减小的浅槽，各浅槽为在其所在端面上沿圆周等间距设置、宽度由外周向心性连续缩窄的波形曲面凹槽(即动压波形面)，其任一圆周面上的槽形截面展开形状均为连续平滑周期起伏的波状曲线。各浅槽底面上的任一向心线的延长线均以与端平面具有相同斜角的方式交汇于端面中心轴线上，且所说各浅槽的波形凹面形状为具有该斜角的向心线的一种运动轨迹，即该向心线绕端面中心轴线的圆周运动，和该向心线与中心轴线的交汇点同时在中心轴线上的设定范围内作周期往复运动的复合运动轨迹。上述结构中，就所说各波形曲面凹槽式浅槽的圆周方向截面的形状而言，相对于其槽面中心的径向线可以是两侧对称的形状，也可以是两侧不对称的形状。其槽形状的对称与否，取决于具有所说斜角的该向心线复合运动中作圆周运动和/或轴向往复运动时速度的变化或其变化的性质，并且可以根据不同使用需要对其进行调整或设定。而波形曲面凹槽式浅槽的数量，则取决于所说该向心线与中心轴线的交汇点在中心轴线上作轴向往复运动时往复周期的频率快慢。因此，进一步的优选方式是，上述波形曲面凹槽式浅槽的形状采用为具有该斜角的向心线绕端面中心轴线作勻速圆周运动，和该向心线与中心轴线的交汇点同时在中心轴线上的设定范围内作周期往复运动的复合运动轨迹。其中特别优选的，是使各波形曲面凹槽式浅槽在任一圆周面上的槽形截面展开形状呈现为一连续的正弦或余弦曲线的形状。实验结果显示，除为满足或适应特殊的使用需要外，将上述结构中所说的波形曲面凹槽式浅槽中任一向心线与其所在端平面间的斜角设置在20 ° >| α |> 0 °范围内，通常都可以适应和满足一般情况下的使用需要。其中，在其它动压波形面参数相同的前提下，动压效果最为显著的更优选形式，是将该斜角的范围设定为2 ° > I α I > 0 °。实验显示，在其它动压波形面参数相同的前提下，随动压波形曲面的增加，动压效果增强。因此，除为满足或是应特殊的使用需要外，上述结构中所说的该波形曲面凹槽式浅槽在其所在端面上沿圆周等间距设置为圹36个，通常都可以满足一般情况下的使用需要。此外，除为满足或适应特殊的使用需要外，将上述结构中具有所说斜角的该向心线与端面中心轴线的交汇点在该中心轴线上的往复运动范围设定为< 3毫米，通常也是一种可以满足一般情况下的使用需要的优选范围。除为适应和/或满足特定的使用需要外，上述结构中所说的浅槽，通常都是开设在密封端面的径向外侧的适当环形区域中。因此，在不排除在密封端面的全部区域中都开设有所说浅槽的情况下，本实用新型上述的波形曲面凹槽式浅槽的优选设置方式，是开设在其所在端面上径向内侧距离>2毫米的环状端平面区域(即密封坝平面区域)之外的径向外周环状区域中。实验结果显示，在其它动压波形面参数相同的前提下，随密封环端面密封坝径向距离即坝宽的减小，动压效果将增强。根据使用需要，本实用新型上述密封装置中所说的波形曲面凹槽式浅槽，可以采用只设置在旋转环或静止环相对两侧密封端面中的一侧即单端面密封的形式，也可以在旋转环或静止环相对两侧密封端面上即双端面密封等不同形式。进一步，在单独采用本实用新型上述结构形式密封装置的单级密封结构基础上， 根据实际使用的需要，在密封的总体布局上还可有多种形式的变化和/或组合。例如，可采用串联式密封(两级以上)、串联带中间迷宫(两级以上)，还可以与浮环密封、碳环密封、迷宫密封等其它密封型式组合使用。本实用新型该机械密封装置中的外径侧为高压侧，内径侧为低压侧，密封介质的泄漏方向为由外径侧向内径侧泄漏。工作时，被密封介质由各波状曲线状的动压浅槽外径侧的开口流入端面。随着密封面的旋转，密封介质在浅槽内被逐渐压缩，压力升高，并最终在浅槽与密封面交界附近达到压力极值，这样密封面间就形成了很强的流体动压效应，从而获得了很高的流体膜刚度，提升了密封的稳定性。本实用新型上述结构的动压波形面的动压浅槽可用于双向旋转，在密封正反转时都能产生足够的流体动压力。而且由于该动压浅槽采用的是其圆周截面的展开形状均为连续平滑周期起伏的波状曲线状的波形曲面，即其槽两侧边缘与端面的衔接及槽的下凹深度变化，始终都是平滑曲线状逐渐过渡的，槽的深度沿径向由内向外也是线性逐渐增加的， 使该动压波形面密封环能具有卓越的动压效应，即液膜厚度、刚度变化等均勻平顺，没有传统动压浅槽结构存在的阶跃性突变，从而使密封运行性能更为稳定、可靠，不仅在通常工况条件下的密封效果更优于传统的槽形的动压密封效果，而且还特别适合对密封运行的稳定性、可靠性要求特别高、运行寿命较长，无备用装置，在运行周期内无检修可能的工况条件。以下结合由附图所示实施例的具体实施方式
，对本实用新型的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本实用新型上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本实用新型的范围内。
图1是本实用新型一种密封装置中动压波形面浅槽结构的密封端面状态的示意图。图2是图1的A-A轴向剖面结构的示意图。图3是图2中旋转环中该动压波形面浅槽的局部放大结构示意图。图4是本实用新型另一种密封装置中动压波形面浅槽结构的密封端面状态的示意图。
具体实施方式
实施例1如图广图3所示，在静环座6上经防转销3、推环4、密封圈5、弹簧7等结构设置有静止环2，与其端面相对配合安装有一旋转环1，其间该相对端面为密封端面。在其间的一侧或两侧密封端面上(图中示出的是在旋转环1侧的单端面密封形式)，在密封坝宽即其径向内侧距离>2毫米的环状端平面区域9之外的径向外周环状区域中，沿圆周等间距设置有圹36个由周缘向心延伸，且槽的深度线性连续减小、槽的宽度由外周向心性连续缩窄的波形曲面凹槽的浅槽8。该浅槽8在任一圆周面上的槽形截面展开形状均为连续平滑周期起伏的波状曲线。各浅槽8底面上的任一向心线10的延长线均以与端平面具有相同斜角α的方式交汇于端面中心轴线11上，且所说各浅槽的波形凹面形状为具有该斜角α的向心线10的一种运动轨迹，即该向心线10绕端面中心轴线11的圆周运动，和该向心线10与中心轴线11的交汇点同时在中心轴线11上的设定范围H内作周期往复运动的复合运动轨迹。所说的该斜角α的范围是20 ° > I α I > 0 °，更优选的范围是2° > | α I > 0°。该具有斜角α的向心线10与中心轴线11的交汇点在该中心轴线11上的往复运动的设定范围H ^ 3毫米。图1所示的波形曲面凹槽的浅槽8，是由该具有斜角α的向心线10同时以勻速作绕端面中心轴线11的圆周运动，和该向心线10与中心轴线11的交汇点在中心轴线11上的设定范围H内作周期往复运动所形成的轨迹，即各波形曲面凹槽式浅槽8相对于其中心径向线的两侧是对称形式的，特别优选的是使各波形曲面凹槽式浅槽8在任一圆周面上的槽形截面展开形状呈现为一连续的正弦(或余弦)曲线的形状。实施例2如图4所示，本例密封装置与实施例1结构的不同在于，在实施例1的密封端面中的各相邻两波形曲面凹槽的浅槽8之间，还各开设有一个常规结构形式的T形密封槽12，形成一种组合式的密封结构。
权利要求1.定锥度型波形曲面机械密封装置，在以端面相对的旋转环(1)与静止环(2)间的密封端面上，沿圆周以等间距设置有至少两个由周缘向心延伸且槽深度连续减小的浅槽，其特征是各浅槽(8)为在其端面上沿圆周等间距设置、宽度由外周向心性连续缩窄的波形曲面凹槽，其任一圆周面上的槽形截面展开形状均为连续平滑周期起伏的波状曲线，各浅槽 (8)底面上的任一向心线(10)的延长线均以与端平面具有相同斜角(α )的方式交汇于端面中心轴线(11)上，所说各浅槽的波形凹面形状为具有该斜角(α )的向心线(10)绕端面中心轴线(11)的圆周运动，和该向心线(10)与中心轴线(11)的交汇点同时在中心轴线 (11)上的设定范围(H)内作周期往复运动的复合运动轨迹。
2.如权利要求1所述的定锥度型波形曲面机械密封装置，其特征是所说的波形曲面凹槽式浅槽(8)中任一向心线(10)与其所在端平面间的斜角为20° >| α I > 0°。
3.如权利要求2所述的定锥度型波形曲面机械密封装置，其特征是所说的波形曲面凹槽式浅槽(8)中任一向心线(10)与其所在端平面间的斜角为2° >| α I > 0°。
4.如权利要求1所述的定锥度型波形曲面机械密封装置，其特征是所说的波形曲面凹槽式浅槽(8)为在其所在端面上等间距设置的圹36个。
5.如权利要求1所述的定锥度型波形曲面机械密封装置，其特征是具有所说斜角(α) 的向心线(10)与中心轴线(11)的交汇点在中心轴线(11)上的往复运动的设定范围(H)S 3 毫米。
6.如权利要求1所述的定锥度型波形曲面机械密封装置，其特征是所说的波形曲面凹槽式的浅槽(8)设置在其所在端面上径向内侧距离> 2毫米的环状端平面区域(9)之外的径向外周环状区域中。
7.如权利要求1所述的定锥度型波形曲面机械密封装置，其特征是所说的波形曲面凹槽式浅槽(8)的形状为具有该斜角(α )的向心线(10)绕端面中心轴线(11)作勻速圆周运动，和该向心线(10)与中心轴线(11)的交汇点同时在中心轴线(11)上的设定范围(H)内作周期往复运动的复合运动轨迹，且各波形曲面凹槽式浅槽(8)在任一圆周面上的槽形截面展开形状呈现为一连续的正弦或余弦曲线的形状。
8.如权利要求1所述的定锥度型波形曲面机械密封装置，其特征是所说的波形曲面凹槽式浅槽(8)设置在其所在端面的全部区域中。
9.如权利要求1至8之一所述的定锥度型波形曲面机械密封装置，其特征是所说的波形曲面凹槽式浅槽(8)设置在旋转环(1)与静止环(2)相对的两密封端面中的至少一侧端面上。
10.如权利要求1至8之一所述的定锥度型波形曲面机械密封装置，其特征是在所说的相邻两波形曲面凹槽式的浅槽(8)之间，还设置有常规结构形式的T形密封槽(12)。
专利摘要本实用新型公开一种定锥度型波形曲面机械密封装置，在旋转环与静止环间的密封端面上，沿圆周以等间距设置有至少两个由周缘向心延伸且槽深度连续减小的浅槽，各浅槽为在其端面上沿圆周等间距设置、宽度由外周向心性连续缩窄的波形曲面凹槽，其任一圆周面的槽形截面展开形状均为连续平滑周期起伏的波状曲线。各浅槽底面上任一向心线的延长线均以与端平面具有相同斜角的方式交汇于端面中心轴线上，且所说各浅槽的波形凹面形状为具有该斜角的向心线的一种运动轨迹，即该向心线绕端面中心轴线的圆周运动，和该向心线与中心轴线的交汇点同时在中心轴线上的设定范围内作周期往复运动的复合运动轨迹。该形式的机械密封的液膜厚度、刚度变化等均匀平顺，没有阶跃性的突变，具有卓越的动压效应，运行性能稳定可靠。
文档编号F16J15/16GK202327105SQ20112043883
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者吴忠永, 张君凯, 张智, 李龙, 王和顺, 王旭, 黄泽沛 申请人:四川日机密封件股份有限公司