專利名稱：雙列流體動壓槽自潤滑非接觸式機械密封的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新型的雙列流體動壓槽自潤滑非接觸式機械密封，它是屬于流體密封技術特別是機械密封技術領域，是一種新型的流體動壓自潤滑非接觸式機械密封裝置。它主要是通過在密封動環(4)或靜環上開設兩列特殊槽型的流體動壓槽和在由兩列動壓槽所形成的下游側開設環形溝槽(18)等特殊方式來實現優良的密封性能、良好的自潤滑功能、更佳的工作穩定性和可靠性、良好的防固體顆粒性能和開停車功能。
目前，在石油化工和石油工程中廣泛使用著各種類型的機械密封，但都普遍存在著流體動壓非接觸式機械密封的共同缺點，如因泵入固體顆粒而易發生磨粒磨損、難以實現被密封介質的絕對無泄漏等總是令使用著感到是一種缺憾。如①.US4407509公開了一種在密封端面上具有高低表面的多葉片型的旋轉機械用無泄漏非接觸式機械密封，是借助高速旋轉葉片下流體的粘性剪切效應把從高壓側流向低壓側的被密封流體反輸回高壓側的，理論上可實現被密封流體的宏觀零泄漏，但實際上難以消除被密封介質的微觀凈泄漏；②.US4290611發明了一種具有單列螺旋槽的可實現高壓上游泵送的非接觸式機械密封，是借助位于低壓側的流體動壓槽將低壓隔離液體泵送至高壓側而實現被密封流體的無泄漏，適用作輸送液體的泵用軸封。該密封極易把隔離液體中的固體顆粒泵入密封端面之間而造成密封的磨損失效；另外，該密封為防止隔離液體向大氣側泄漏而造成大量的物質損失，一般應在其外側增設輔助密封；③.文獻Journal of LubricationTechnology(August，1994，p625)介紹了兩種具有Y形螺旋槽和人字形螺旋槽的無泄漏非接觸式機械密封，研究結果表明，該兩種密封結構在較低壓力下均有較為理想的密封性能，同時具有良好的工作穩定性；但此類密封的啟動性能一般，不適于頻繁開停機泵用軸封，而且，若固體顆粒一旦侵入密封面之間，難以及時排除，勢必造成密封面的磨粒磨損而失效，因此，防顆粒能力有限；④.EP0564153A1公開了一種具有雙列螺旋槽的非接觸式機械密封，具有較好的啟動性能和防顆粒能力，適宜作雙向旋轉條件下輸送液體類機械軸封，但其密封性能欠佳，密封壓力較低。所以，開發出的具有理想的防固體顆粒功能、獨特的自潤滑能力、良好的開啟性能、出色的工作穩定性和可靠性的新型機械密封是廣大科技工作者的愿望和工程現場的需要。
本實用新型的目的就在于避免上述現有技術的不足之處而提供一種雙列流體動壓槽自潤滑非接觸式機械密封。它主要是針對現有的流體動壓非接觸式機械密封存在的如因泵入固體顆粒而易發生磨粒磨損、難以實現被密封介質的絕對無泄漏等缺陷，開發出的具有理想的防固體顆粒功能、獨特的自潤滑能力、良好的開啟性能、出色的工作穩定性和可靠性的新型雙列流體動壓槽自潤滑非接觸式機械密封。它主要由密封靜環(5)、密封動環(4)、輔助密封圈若干、彈性元件(6)、防轉銷(12)、旋轉軸套(1)、定位螺釘(8)、密封箱(15)、壓蓋(11)等組成，其主要的技術特點是在密封動環(4)或靜環(5)的端面開設兩列流體動壓槽一列為下游泵送動壓槽(17)，其傾斜方向與動環(4)的旋轉方向一致，一列為上游泵送動壓槽(16)；其傾斜方向與動環(4)的旋轉方向相反；同時在靠近下游側開設一條環形溝槽(18)，并使上游泵送動壓槽(16)與環形溝槽(18)向連通。
附
圖1即為本實用新型的整體結構示意圖。
附圖2即為本實用新型開設雙列動壓槽的密封動環(4)示意圖。
附圖3即為本實用新型開設雙列動壓槽的密封動環(4)橫向剖面的結構示意圖。
附圖的圖面說明如下1--軸套 2--固緊螺釘 3--輔助密封圈 4--密封動環 5--密封靜環6--彈性元件 7--定位環 8--定位螺釘 9--旋轉軸 10--卡環11--壓蓋 12--防轉銷 13--輔助密封圈 14--輔助密封圈 15--密封箱16--上游泵送動壓槽 17--下游泵送動壓槽 18--環形溝槽 19---密封壩為了更好地實現本實用新型的上述目的，本實用新型的設計者是將上游泵送動壓槽(16)的槽數設計為下游泵送動壓槽(17)數的整數倍，且使每一個下游泵送動壓槽(17)與兩個以上的上游泵送動壓槽(16)相連通，而且要求兩列動壓槽均與高壓側相連通；對于動環(4)或靜環(5)端面上的上游泵送動壓槽(16)和下游泵送動壓槽(17)的槽型線可以是螺旋線、圓弧、直線或其它由線的形狀；對上游泵送動壓槽(16)的徑向高度要求大于下游泵送動壓槽(17)的徑向高度；由于環形溝槽(18)的內徑為Da，外徑為Dg1，則要求其徑向寬度為S2等于(Dg1-Da)/2，深度h3大于或等于上游泵送動壓槽(16)的深度h2；對于由環形溝槽(18)的內徑為Da和密封靜環(5)的內徑d1所形成的密封壩(19)的徑向寬度S1則要求等于(Da-d1)/2。
下面將結合附圖和實施例來詳敘本實用新型的結構特點在實際設計和制造中，本實用新型的設計者是在密封動環(4)的端面開設兩列特殊形式的流體動壓槽，一列為下游泵送動壓槽(17)，一列為上游泵送動壓槽(16)；下游泵送動壓槽(17)的作用是把高壓側的流體泵送至低壓側，而上游泵送動壓槽(16)的作用是把低壓側的流體泵送至高壓側；下游泵送動壓槽(17)的傾斜方向與動環(4)的旋轉方向一致，而上游泵送動壓槽(16)的傾斜方向與動環(4)的旋轉方向相反；上游泵送動壓槽(16)數Z2為下游泵送動壓槽(17)數Z1的整數倍，即Z2＝i·Z1(i＝1，2，3)；上游泵送動壓槽(16)和下游泵送動壓槽(17)均與高壓側相連通，每一個下游泵送動壓槽(17)與i個上游泵送動壓槽(16)相連通，且上游泵送動壓槽(16)徑向高度H2大于下游泵送動壓槽(17)的徑向高度H1；上游泵送動壓槽(16)的槽深為h2，下游泵送動壓槽(17)的槽深為h1，兩者可以相等，也可以不等。所有的上游泵送動壓槽(16)均與一位于下游側的環形溝槽(18)相連通，環形溝槽(18)的內徑為Da，外徑為Dg1，其徑向寬度S2≤2毫米(S2＝(Dg1-Da)/2)，深度h3≥上游泵送動壓槽(16)的深度h2。由環形溝槽(18)的內徑為Da和圖4所示密封靜環(5)的內徑d1形成的一徑向寬度為S1的密封壩(19)(S1＝(Da-d1)/2)，其值與環形溝槽(18)的寬度S2相當。
這樣，在實際的設備運行中，其原理是這樣實現的以一個下游泵送動壓槽(17)和與之相通的三個上游泵送動壓槽(16)為例，在正常工作條件下，下游泵送動壓槽(17)把上游側即高壓側的流體泵入密封端面之間，泵入的流體首先和第一個與之相通的上游泵送動壓槽(16)內的流體相匯，部分泵入的流體被第一個具有增壓泵送效應的上游泵送動壓槽(16)輸送至高壓側；然后，泵入的流體繼續和第二個與下游泵送動壓槽(17)相通的上游泵送動壓槽(16)內的流體相匯，部分流體被第二個同樣具有增壓泵送效應的上游泵送動壓槽(16)輸送至高壓側；最后，剩余泵入的流體繼續和第三個與下游泵送動壓槽(17)相通的上游泵送動壓槽(16)內的流體相匯，并被第三個同樣具有增壓泵送效應的上游泵送動壓槽(16)輸送至高壓側，完成了高壓側流體經下游泵送動壓槽(17)泵入和上游泵送動壓槽(16)泵出的連續不斷的循環過程。這一循環過程的意義在于一方面，實現了機械密封的自潤滑功能；另一方面，流體在密封面之間的不斷循環，把密封面之間的摩擦熱及時帶走，實現了密封的自沖洗功能。值得強調的是，若上游側流體中含有固體顆粒，則不可避免地被下游泵送動壓槽(17)隨流體一起泵入密封面之間，但與下游泵送動壓槽(17)相連通的三個上游泵送動壓槽(16)依次把泵入流體中的顆粒泵送至上游側；由于上游泵送動壓槽(16)的泵送能力比下游泵送動壓槽(17)的強，完全能夠把固體顆粒泵送至上游側，從而避免了密封面之間的磨粒磨損，因此，該密封具有良好的防固體顆粒能力。另外，位于下游的密封壩(19)的主要作用是實現其停車密封功能。而環形溝槽(18)的作用是當自上游流入密封間隙的少量流體經密封動壓槽之間的堰區向下游流動時，首先進入環形溝槽(18)，由環形溝槽(18)導入各上游泵送動壓槽(16)，并由上游泵送動壓槽(16)泵送至上游側，消除了高壓側流體向低壓側的泄漏。
通過與現有技術相比，本實用新型的雙列流體動壓槽自潤滑非接觸式機械密封具有如下特殊優點1.該雙列流體動壓槽自潤滑非接觸式機械密封可實現被密封流體的微觀無泄漏，具有優良的密封性能，徹底消除了對環境的污染。可適用于輸送各種易燃、易爆、巨毒、昂貴等工藝流體的離心泵、離心壓縮機、攪拌設備及其它旋轉機械類軸封。
2.具有良好的自動清除固體顆粒功能。即使把被密封流體中的固體顆粒泵送至密封端面之間，也能及時排除，既可以避免造成密封面的磨粒磨損，又可以防止流體中的固體顆粒劃傷下游密封壩(19)，破壞其停車密封功能。因此，該密封可用于輸送含固體顆粒工藝流體的旋轉機械類軸封。
3.高壓隔離流體的泵入泵出使其消耗量相對減少，降低了機泵的運行費用，相應提高了經濟效益。
4.使用范圍大大拓寬，既可用作液體密封，又可用作氣體密封，適用于離心泵、離心壓縮機、攪拌設備及各類旋轉機械類軸封。
5.獨特的自潤滑、自冷卻沖洗功能，使其具有更佳的工作穩定性和耐久性。
6.良好的瞬間啟動性能，在靜止狀態下高壓側流體直接注入密封面之間，瞬間啟動時能迅速形成流體膜并把兩密封面分離開來，消除了密封面之間瞬間的固體摩擦。故該密封亦適用作頻繁開停的旋轉機械類軸封。
該實用新型的雙列流體動壓槽自潤滑非接觸式機械密封具有優良的密封性能、無環境污染、摩擦功耗低、使用壽命長、獨特的自潤滑和自沖洗功能、良好的防固體顆粒性能和開停車功能、物質消耗少、使用范圍廣等優點，其成功的開發應用不僅可以提高我國機械密封技術水平，形成具有自主知識產權的高新密封技術產業，又能大大提高現行運行設備工作的穩定性和可靠性，節能降耗、降低環境污染程度和相應的環保投入，產生的經濟效益和社會效益是相當客觀的。
權利要求1.雙列流體動壓槽自潤滑非接觸式機械密封，它主要是由主要由密封靜環(5)、密封動環(4)、輔助密封圈若干及彈性元件(6)等構成，其技術特征在于在密封動環(4)或靜環(5)的端面開設兩列流體動壓槽一列為下游泵送動壓槽(17)，其傾斜方向與密封動環(4)的旋轉方向一致，一列為上游泵送動壓槽(16)；其傾斜方向與密封動環(4)的旋轉方向相反；同時在靠近下游側開設一條環形溝槽(18)，并使上游動壓槽(16)與環形溝槽(18)相連通。
2.根據權利要求1所述的雙列流體動壓槽自潤滑非接觸式機械密封，其特征在于所述的上游泵送動壓槽(16)的槽數為下游泵送動壓槽數(17)的整數倍，且每一個下游泵送動壓槽(17)與兩個以上的上游泵送動壓槽(16)相連通，而且使得兩列動壓槽均與高壓側相連通。
3.根據權利要求1所述的雙列流體動壓槽自潤滑非接觸式機械密封，其特征在于密封動環(4)端面上的上游泵送動壓槽(16)和下游泵送動壓槽(17)的槽型線可以是螺旋線、圓弧或直線。
4.根據權利要求1所述的雙列流體動壓槽自潤滑非接觸式機械密封，其特征在于所述的上游泵送動壓槽(16)的徑向高度大于下游泵送動壓槽的徑向高度。
5.根據權利要求1所述的雙列流體動壓槽自潤滑非接觸式機械密封，其特征在于環形溝槽(18)的內徑為Da，外徑為Dg1，其徑向寬度為S2等于(Dg1-Da)/2，深度h3大于或等于上游動壓槽(16)的深度h2；由環形溝槽(18)的內徑為Da和密封靜環(5)的內徑d1所形成的密封壩(19)的徑向寬度S1等于(Da-d1)/2。
專利摘要一種新型的流體動壓槽自潤滑非接觸式機械密封裝置。它主要是通過在密封動環或靜環上開設兩列特殊槽型的流體動壓槽和在由兩列動壓槽所形成的下游側開設環形溝槽等特殊方式來實現優良的密封性能、良好的自潤滑功能、更佳的工作穩定性和可靠性、良好的防固體顆粒性能和開停車功能。
文檔編號F16J15/40GK2442034SQ0023920
公開日2001年8月8日 申請日期2000年6月13日 優先權日2000年6月13日
發明者郝木明, 胡丹梅, 葛京鵬, 楊惠霞 申請人:石油大學(華東)