仿鲨鱼皮流线形型槽端面机械密封结构的制作方法
【专利摘要】仿鲨鱼皮流线形型槽端面机械密封结构，包括两个机械密封环，即动环、静环，所述动环或静环中至少一个密封环的端面上设有多组沿周向分布的仿鲨鱼皮表面皱褶外形的流线形型槽，该流线形型槽包括左圆弧槽、右圆弧槽、流线形型槽中沿压力降方向凸台及凸台两侧与流线形型槽的外轮廓线之间的过渡部分，构成外形类似鲨鱼皮表面皱褶的流线形型槽；所述流线形型槽设置于端面介质高压侧，即上游；所述流线形型槽的整体轮廓沿压力降方向呈收缩形状；所述流线形型槽依照端面圆周排列成型槽环带，除型槽环带外端面上未开槽的平面环带区域为密封坝。
【专利说明】仿鲨鱼皮流线形型槽端面机械密封结构
【技术领域】:
[0001]本实用新型属于旋转机械的非接触式端面密封装置，适用于各种压缩机、泵和釜用搅拌器等旋转机械转轴的轴端密封装置，特别涉及可双向旋转的非接触式端面密封装置，并且适用工况广泛尤其适用于高压工况下，属于机械端面密封【技术领域】。
【背景技术】:
[0002]轴端密封(如机械密封，填料密封，迷宫式密封等)是各种流体机械、动力机械等旋转机械中不可缺少的基础部件。目前，非接触式机械密封以其非接触、无磨损、低能耗、抗高压和高稳定性等突出特点和先进性能已成为高参数旋转式流体机械的首选轴端密封。可双向旋转的端面密封已有报导，如中国专利98103575.2 “可双向旋转的双列双叶螺旋槽端面密封”、01102213.2 “可双向旋转的螺旋槽端面密封装置”、200610049841.7 “耐磨型机械端面密封结构”、200720106746.6 “变分布多孔端面机械密封结构”和200910154418.7 “一种具有跨尺度表面织构特征的液体润滑端面密封结构”，美国专利US509071、US6446976、US7194803、US7775528和US20020093141等，动压槽的几何型式和有关几何结构参数是上述实用新型的核心技术，是确保机械密封能够正、反向旋转，实现端面之间的完全非接触且同时获得优良密封性能的关键技术之一。尽管这些流体型槽端面密封具有低摩擦功耗和优良的稳定性，但是启动性能或动压效应与气膜承载力的不理想限制了其使用范围。
【发明内容】
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[0003]为了避免上述双向旋转型槽端面机械密封的不足之处，特别是密封的启动性能或动压效应与气膜承载力的不理想，本实用新型提供仿鲨鱼皮流线形型槽端面机械密封结构。
[0004]本实用新型的技术方案:
[0005]仿鲨鱼皮流线形型槽端面机械密封结构，包括两个机械密封环，即动环、静环，所述动环或静环中至少一个密封环的端面I上设有多组沿周向分布的仿鲨鱼皮表面皱褶外形的流线形型槽2，该流线形型槽2包括左圆弧槽21、右圆弧槽22、流线形型槽2中沿压力降方向凸台23及凸台23两侧与流线形型槽2的外轮廓线之间的左过渡部分241和右过渡部分242组成，构成外形类似鲨鱼皮表面皱褶的流线形型槽2，即仿鲨鱼皮流线形型槽。所述流线形型槽设置于端面介质高压侧，即上游；所述流线形型槽的整体轮廓沿压力降方向呈收缩形状；所述流线形型槽依照端面圆周排列成流线形型槽环带，所述流线形型槽环带内流线形型槽之间未开槽的区域为密封堰3，除流线形型槽环带外端面上未开槽的平面环带区域为密封坝4。
[0006]进一步，所述的一种仿鲨鱼皮流线型槽端面机械密封结构当用于密封液体介质时，其流线形型槽深度hg的取值范围为hg=0.25?3.5 mm ;当用于密封气体介质时，其流线形型槽深度hg的取值范围为hg=l?20 μ m。
[0007]进一步，所述仿鲨鱼皮流线形型槽的凸台与其过渡部分之间均呈周向光滑波度过渡，过渡波度曲线是下列形状之一:正弦波、余弦波、斜直线波、指数波。
[0008]所述仿鲨鱼皮流线形型槽的凸台及其过渡部分均为等高平面。
[0009]进一步，所述仿鲨鱼皮流线形型槽的左、右圆弧槽以肋条脊形凸台中心线为中心呈对称布置。
[0010]进一步，所述仿鲨鱼皮流线形型槽的左圆弧流线形型槽与右圆弧流线形型槽的周向尺寸或径向尺寸或轴向深度尺寸均分别相等或不等。
[0011]进一步，所述仿鲨鱼皮流线形型槽的外轮廓型线整体形状是下列形状之一:三角形、扇形、圆弧形。
[0012]进一步，所述仿鲨鱼皮流线形型槽的外轮廓侧壁型线是下列形状之一:螺旋线、圆弧线、直线、锯齿线。
[0013]进一步，所述仿鲨鱼皮流线形型槽的左圆弧槽或右圆弧槽的形状可以是下列形状之一:半圆形、矩形、椭圆形。
[0014]进一步，所述流线形型槽的下游端与型槽或型孔相连接，所述下游端型槽或型孔的几何结构尺寸均分别对应相等或不等；所述下游端型槽是圆弧槽或圆环槽，所述下游端型孔截面形状是下列形状之一:矩形、正方形、梯形、V形、U形、半圆形、椭圆形。
[0015]与已有技术相比，本实用新型的优点和有益效果是:
[0016]1.本实用新型仿鲨鱼皮表面皱褶外形，构成的仿鲨鱼皮流线形型槽具有更大的动压效应及增阻降压效果。肋条脊形凸台对周向流动的阻抗最大，使密封运行时降压增阻效果更为明显，在高压作用下端面易于形成波度，尤其适宜高压液体介质的密封；其与左右两侧过渡部分的周向光滑波度过渡曲线使密封运行时仿鲨鱼皮流线形型槽根部区域及其周边区域的压力分布更为均匀且可有效的防止密封流体中颗粒的堆积；肋条脊形凸台与其过渡部分之间的配合使其根部区域的挤压效应明显，压力更高；凸台对径向流动的阻抗最小，使端面润滑效果更好，进一步提高了流体膜刚度，增强了密封的稳定性，同时也提高了密封的启动性能；
[0017]2.本实用新型中流线形型槽的槽深呈上游深、下游浅的变化规律，在流体泵汲效应增强的同时，深槽可以在密封正常运转条件下产生流体动压效应，而浅槽储存的流体可以防止低速低压条件下或机泵启动过程中端面产生干磨，进一步提高了端面的润滑效果，减少了端面可能产生的磨损，进一步提高了密封的动压开启特性，提高密封的整体性能和耐磨损性能，特别适用于可双向旋转的非接触式密封装置；
[0018]3.本实用新型的密封结构制成的密封装置安装时无旋向要求，可单向或双向旋转，可有效控制泄漏率，密封运行安全可靠，使用寿命长。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型实施例一的结构示意图。
[0020]图1a是图1的A-A向剖视图。
[0021]图2是本实用新型实施例一的三维流线形型槽结构示意图。
[0022]图3是本实用新型实施例一的流线形型槽局部结构示意放大图。
[0023]图4是本实用新型实施例二的结构示意图。
[0024]图5是本实用新型实施例三的变槽深流线形型槽结构示意图。[0025]图5a是图5的A-A向剖视图。
[0026]图6是本实用新型实施例四的锯齿形型槽结构示意图。
[0027]图7是本实用新型实施例五的非对称波度过渡曲线结构示意图。
[0028]图7a是图7的A-A向剖视图。
[0029]图7b是图7a的局部II的放大图。
【具体实施方式】
[0030]结合附图对本实用新型的实施进一步详述:
[0031]实施例一
[0032]参照图1、图la、图2和图3，仿鲨鱼皮流线形型槽端面机械密封结构，它包括机械密封的动环和静环，所述动环或静环中至少一个密封环的端面I上设有多组沿周向均匀分布的仿鲨鱼皮的流线形型槽2，每组流线形型槽由左圆弧槽21、右圆弧槽22、流线形型槽2中沿顺流走向的肋条脊形凸台23及其与流线形型槽2的外轮廓型线之间的左过渡部分241和右过渡部分242组成，构成外形类似鲨鱼皮表面皱褶外形的流线形型槽。所述流线形型槽设置于端面介质高压侧，即上游；所述流线形型槽的整体轮廓沿压力降方向呈收缩形状；所述流线形型槽依照端面中心排列成流线形型槽环带；所述流线形型槽之间的非开槽区是密封堰3，所述流线形型槽环带的径向宽度小于端面宽度，除流线形型槽环带外端面上未开槽的平面环带区为密封坝4，起到限流和静密封作用，位于端面低压侧，即下游。
[0033]所述流线形型槽用于密封液体介质时流线形型槽深度hg的取值范围为hg=0.25?
3.5mm ;用于密封气体介质时流线形型槽深度hg的取值范围为hg=l?20 μ m。
[0034]所述流线形型槽的肋条脊形凸台与其过渡部分之间均呈周向光滑波度过渡，过渡波度曲线可以是下列形状之一:正弦波、余弦波、斜线波、指数波。
[0035]所述流线形型槽的肋条脊形凸台及其过渡部分均为等高平面。
[0036]所述流线形型槽的左、右圆弧槽以肋条脊形凸台中心线为中心呈对称布置。
[0037]所述流线形型槽的外轮廓型线整体形状可以是下列形状之一:三角形、扇形、圆弧形。
[0038]所述流线形型槽的外轮廓侧壁型线可以是下列形状之一:螺旋线、圆弧线、直线、锯齿线。
[0039]所述流线形型槽的左圆弧槽或右圆弧槽的形状可以是可以是下列形状之一:半圆形、矩形、椭圆形。
[0040]所述流线形型槽的下游端与型槽或型孔相连接，所述下游端型槽是圆弧槽或圆环槽，所述下游端型孔截面形状可以是下列形状之一:矩形、正方形、梯形、V形、U形、半圆形、椭圆形。
[0041]针对不同旋转式流体机械的操作条件，通过优化流线形型槽的几何结构参数，可以满足不同场合下对密封性能的使用要求，特别适用于可双向旋转的非接触式端面密封装置。
[0042]实施例二
[0043]参照图4，本实施例与实施例一不同之处，在于流线形型槽的下游端与其他型槽5或型孔6相连接，以提高槽根部所在端面周向及其附近区域的压力分布均匀性，增强流体动压效应，提高流体膜刚度，提高密封的启动特性和低速低压运行能力以及端面的抗磨损能力。所述型槽5可以是圆环槽51、圆弧槽52或53等型线槽，型槽5的宽度的取值范围为
0.5?2.0mm,其深度为hg/5?hg/2，其中hg是仿鲨鱼皮流线形型槽2的深度；所述型孔6是毫米级规则截面孔，其截面形状可以是下列形状之一:矩形、正方形、梯形、V形、U形、半圆形或椭圆形，所述型孔6的直径或边长对液体介质的取值范围为0.1?2.5mm,对气体介质的取值范围为0.05?0.75_，所述型孔6的深度对液体介质的取值范围hg/5 ?hg/2 ;对气体介质的取值范围hg/10?hg/3，其中hg是仿鲨鱼皮流线流线形型槽2的深度。其余结构和实施方式与实施例一相同。
[0044]实施例三
[0045]参照图5和图5a，本实施例与实施例一不同之处，在于左圆弧槽21和右圆弧槽22呈现为上游深、下游浅的收敛型台阶结构。所述收敛型流体型槽可以是一个台阶、两个台阶或多个台阶，但是为控制加工成本，在满足一定性价比的前提下，一般以两个或三个台阶为好，所述收敛型左圆弧槽或右圆弧槽下游侧的最小深度应满足:当密封液体介质时不小于
0.25mm,当密封气体介质时不小于1.0 μ m ;另外，在密封稳定性和端面润滑性要求更高的场合，也可以采用收敛型斜台阶结构，所述斜台阶的倾斜角为2?10度。采用收敛型台阶结构的仿鲨鱼皮流线形型槽端面机械密封是为了满足转速较低或启动过程较长或操作工况易于发生突变等应用场合的需求，以增强端面流线形型槽泵汲效应，提高流体膜刚度，避免干磨现象发生，确保机器运行时的安全可靠性，同时也起到节能的目的。其余结构和实施方式与实施例一相同。
[0046]实施例四
[0047]参照图6，本实施例与实施例一不同之处，在于密封端面上所述流线形型槽的左过渡部分241和右过渡部分242的侧壁型线是锯齿状型线，是仿鲨鱼等海洋鱼类生物鳍外形结构的流线形型槽。所述锯齿状型线可以是外锯齿状型线，也可以是内锯齿状型线，也可以是内、外交错锯齿状型线，锯齿边的中心基本轮廓型线是典型光滑型线，包括螺旋线、圆弧线、直线等基本型线。本实施例所述仿鲨鱼皮流线形型槽可以结合实施例三来实际使用，齿数对应台阶数。主要应用场合也与实施例三相同。其余结构和实施方式与实施例一相同。
[0048]实施例五
[0049]参见图7、图7a和图7b，本实施例与实施例一不同之处，在于所述流线形型槽左过渡部分241和右过渡部分242的周向过渡曲线为非对称波度，可以是下列形状之一:正弦波、余弦波、斜直线波或指数波等形状。对称波度虽能使压力分布更为均匀且可有效的防止密封流体中颗粒的堆积，但却能削弱密封静压效应，降低承载力及刚度，而非对称波度可大大提高流体动压效应，增加密封承载力及刚度。其余结构和实施方式与实施例一相同。
[0050]本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的例举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。
【权利要求】
1.仿鲨鱼皮流线形型槽端面机械密封结构，包括两个机械密封环，即动环、静环，其特征在于:所述动环或静环中至少一个密封环的端面上设有多组沿周向分布的仿鲨鱼皮表面皱褶外形的流线形型槽，该流线形型槽包括左圆弧槽(21)、右圆弧槽(22)、流线形型槽(2)中沿压力降方向凸台(23)及凸台(23)两侧与流线形型槽(2)的外轮廓线之间的左过渡部分(241)和右过渡部分(242)，构成外形类似鲨鱼皮表面皱褶的流线形型槽(2);所述流线形型槽设置于端面介质高压侧，即上游；所述流线形型槽的整体轮廓沿压力降方向呈收缩形状；所述流线形型槽依照端面圆周排列成流线形型槽环带，除流线形型槽环带外端面上未开槽的平面环带区域为密封坝。
2.如权利要求1所述的密封结构，其特征在于:用于密封液体介质时流线形型槽深度hg的取值范围为0.25?3.5mm。
3.如权利要求1所述的密封结构，其特征在于:用于密封气体介质时流线形型槽深度hg的取值范围为hg=l?20 μ m。
4.如权利要求2或3所述的密封结构，其特征在于:所述的凸台与所述的过渡部分之间呈周向光滑波度过渡，过渡波度曲线为下列形状之一:正弦波、余弦波、斜线波、指数波。
5.如权利要求4所述的密封结构，其特征在于:所述的凸台及其过渡部分均为等高平面。
6.如权利要求5所述的密封结构，其特征在于:所述的左、右圆弧槽以所述的凸台的中心线对称布置。
7.如权利要求6所述的密封结构，其特征在于:所述的流线形型槽的外轮廓型线整体形状可以是下列形状之一:三角形、扇形、圆弧形。
8.如权利要求7所述的密封结构，其特征在于:所述的流线形型槽的外轮廓侧壁型线是下列形状之一:螺旋线、圆弧线、直线、锯齿线。
9.如权利要求8所述的密封结构，其特征在于:所述的流线形型槽的左圆弧槽或右圆弧槽的形状可以是下列形状之一:半圆形、矩形、椭圆形。
10.如权利要求9所述的密封结构，其特征在于:所述的流线形型槽的下游端与型槽或型孔相连接，所述下游端型槽是圆弧槽或圆环槽，所述下游端型孔截面形状选用下列形状之一:矩形、正方形、梯形、V形、U形、半圆形、椭圆形。
【文档编号】F16J15/16GK203413119SQ201320086717
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年2月26日 优先权日:2013年2月26日
【发明者】彭旭东, 许静, 白少先, 李纪云, 王玉明 申请人:浙江工业大学