專利名稱：一種機械密封仿生魚鱗槽密封環的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機械密封的仿生魚鱗槽密封環，屬流體機械軸密封技術領域。
背景技術：
機械密封是防止旋轉式流體機械軸端泄漏的主要手段。在傳統的機械密封中，動 環和靜環直接接觸以實現密封，這種密封屬于接觸式機械密封，其缺點是密封環的摩擦磨 損嚴重，密封裝置的使用壽命非常短。對于密封要求比較高的場合，傳統的接觸式機械密封 無法滿足工藝要求。隨著科學技術的發展和對環保要求的日益提高，端面非接觸機械密封 作為一種新型的、先進的機械密封形式，被廣泛應用于高速和中低速運轉的流體機械中。非 接觸式機械密封具有密封環磨損小、壽命長、能耗低等優點。非接觸式機械密封是在密封環上開出各種形式的流體動壓槽，使兩運轉的密封端 面間形成一層穩定的液膜或氣膜，將密封動環和靜環分開。研究表明，槽型對液膜或氣膜的 流場有顯著影響，對流體膜剛度、使用壽命和運行穩定性等具有決定性的作用。許多國內外 公司和研究機構對密封槽型進行了不斷的研究創新，目前已經開發出了螺旋槽、V型槽、U 型槽、直線槽、圓弧槽、T型槽、人字型槽等槽形結構，其中以螺旋槽或其組合在干氣密封裝 置中應用最為廣泛，其優點是產生的開啟力大且氣膜剛度高，但螺旋槽結構的不對稱性限 制了它只能單向操作。
發明內容
本發明的目的是要提出一種結構簡單、可雙向旋轉的仿生魚鱗槽密封環，以減輕 機械密封端面因直接接觸而引起的摩擦和磨損，同時避免固體顆粒被吸入到密封端面而引 起磨粒磨損。本發明的技術方案是在密封環的高壓側周向均勻分布或隨意分布有一個或多個 魚鱗形槽(動壓槽)，魚鱗槽為徑向直線槽和周向圓弧槽的組合，魚鱗槽可為一個或兩個及 兩個以上的多個，可均勻分布或隨意分布，具體可以根據密封環的大小和實際工作環境需 要確定。當高壓側在密封環內徑時，魚鱗槽的徑向直線槽部分延伸至環內徑邊緣、周向弧形 槽遠離環內徑；當高壓側在密封環外徑時，魚鱗槽的徑向直線槽部分延伸至環外徑邊緣、周 向弧形槽遠離環外徑，以保證受力的均衡和利于固體顆粒的排除。根據實際需要，魚鱗槽可 以為深度不變的平底槽或徑向深度漸變的弧形底槽，平底槽的深度為0. 001 5 mm，弧形底 槽的最淺處為0. 001 4 mm、最深處為0. 5 5 mm。魚鱗槽的徑向長度L為密封環寬度B
的0.5 0.75倍(L/B=0. 5 0. 75)、周向寬度 力密封環外徑與槽數量之比的0. 15
0.3倍(巧=
X密封環外徑D/密封環上魚鱗槽數量N)。弧形底槽的最淺處
位于密封環高壓側邊沿、最深處(距密封環高壓側邊沿的F點)位于槽徑向長度L的1/3 2/3 處。本發明由于在密封環的高壓側周向分布有一個或多個魚鱗形槽。當泵或壓縮機運轉時，固定在軸上的動環隨軸一起轉動。此時，密封流體沿著魚鱗形動壓槽由高壓側向低壓 側運動。由于密封環上密封堰的節流作用，進入魚鱗形動壓槽內的流體壓力升高，在該壓力 的作用下，動環和靜環被推開，流體在動環和靜環之間形成一層很薄的流體膜，從而實現了 密封端面的部分非接觸。如果動壓力足夠大，能完全平衡密封的閉合力，則可實現密封端面 的完全非接觸，能有效地改善了機械密封端面的潤滑狀態，降低了密封端面的摩擦磨損程 度，延長了密封件的工作壽命，保證了設備的長期穩定運行，消除了設備運行的安全隱患， 減少了設備檢修和非計劃停車成本。由于采用魚鱗形槽結構，且魚鱗形槽的徑向直線槽部 分與高壓側相通，對于被密封介質處于密封環外圓周的情況，由于離心力的作用，很容易把 進入密封端面之間的固體顆粒及時排除，降低密封摩擦副端面之間的磨粒磨損，延長密封 環的失效時間；由于魚鱗形槽結構對稱，使得該密封環可以雙向旋轉，適用范圍廣，適應于 單向旋轉或雙向旋轉的機械密封。此外，該密封環還具有槽型簡、容易加工、成本較低等優 點ο
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明，但本發明的內容不限于附圖所示。圖1為本發明魚鱗槽在外徑處的密封環示意圖； 圖2為本發明魚鱗槽在內徑處的密封環示意圖3為本發明漸進深度魚鱗槽在內徑處的密封環側剖示意圖； 圖中，1為魚鱗槽、2為密封環，F點為漸變槽最深處，L為槽徑向長度。
具體實施例方式實施例一如圖所示，該仿生魚鱗槽機械密封環的高壓側在密封環的外徑側，高壓 側周向均勻分布有8個魚鱗槽，魚鱗槽為徑向直線槽和周向圓弧槽的組合，其徑向直線槽 部分延伸至環外徑邊緣、周向圓弧槽部分遠離環外徑，槽長度為密封環寬度的0.5倍、寬度
、力密封環外徑與槽數量之比的0. 15倍；各槽為徑向深度淺變的弧形底槽，其靠高壓側
外徑邊緣為0. 001 mm的最淺處、槽長1/3處(距高壓側外徑邊緣)為0. 5 mm的最深處。實施例二 如圖2、3所示，該仿生魚鱗槽機械密封環的高壓側在密封環的內徑側， 高壓側周向均勻分布有1個魚鱗形槽，魚鱗槽為徑向直線槽和周向圓弧槽的組合，其徑向 直線槽部分延伸至環內徑邊緣、周向圓弧槽部分遠離環內徑，槽長度為密封環寬度的0. 75
倍、寬度、為密封環外徑與槽數量之比的0. 3倍；各槽為徑向深度淺變的弧形底槽，其靠
高壓側外徑邊緣為4 mm的最淺處、槽長2/3處(距高壓側外徑邊緣)為5 mm的最深處(F點)。實施例三如圖所示，該仿生魚鱗槽機械密封環的高壓側在密封環的外徑側，高 壓側周向均勻分布有6個魚鱗形槽，魚鱗形槽為徑向直線槽和周向弧形槽的組合，其徑向 直線槽部分延伸至環外徑邊緣、周向弧形槽部分遠離環外徑，槽長度為密封環寬度的0. 65
倍、寬度、力密封環外徑與槽數量之比的0. 25倍；各槽為徑向深度淺變的弧形底槽，其靠
高壓側外徑邊緣為0. 01 mm的最淺處、槽長1/2處(距高壓側外徑邊緣)為3 mm的最深處。實施例四如圖所示，該仿生魚鱗槽機械密封環的高壓側在密封環的內徑側，高壓側周向均勻分布有12個魚鱗形槽，魚鱗槽為直線槽和周向圓弧槽的組合，其徑向直線槽部 分延伸至環內徑邊緣、周向圓弧槽遠離環內徑，各魚鱗槽為深度為5 mm的平底槽，其槽長度
為密封環寬度的0. 55倍、寬度 力密封環外徑與槽數量之比的0. 4倍。 實施例五如圖所示，該仿生魚鱗機械密封環的高壓側在密封環的外徑側，高壓側 周向均勻分布有10個魚鱗形槽，魚鱗槽為徑向直線槽和周向弧形槽的組合，其徑向直線槽 部分延伸至環外徑邊緣、周向弧形槽遠離環外徑，各魚鱗槽為深度為1. 5 mm的平底槽，其槽
長度為密封環寬度的0. 6倍、寬度％為密封環外徑與槽數量之比的0. 3倍。
權利要求
1.一種仿生魚鱗槽機械密封環，其特征是在密封環(2)的高壓側周向均勻分布或隨 意分布有一個或多個魚鱗槽(1 )，魚鱗槽(1)為徑向直線槽和周向弧形槽的組合。
2.根據權利要求1所述的仿生魚鱗槽機械密封環，其特征是當高壓側在密封環內徑 時，魚鱗槽(1)的徑向直線部分延伸至環內徑邊緣、周向弧形部分遠離環內徑；當高壓側在 密封環外徑時，魚鱗槽(1)的徑向直線部分延伸至環外徑邊緣，周向弧形部分遠離環外徑。
3.根據權利要求1或2所述的仿生魚鱗槽機械密封環，其特征是魚鱗槽(1)為深度不 變的平底槽或徑向深度漸變的弧形底槽，平底槽的深度為0. 001 5 mm，弧形底槽的最淺處 為0. 001 4 mm、最深處為0. 5 5 mm，槽的徑向長度為密封環寬度的0. 5 0. 75倍、周向 寬度為密封環外徑與槽數量之比的0. 15 0. 3倍。
4.根據權利要求3所述的仿生魚鱗槽機械密封環，其特征是弧形底槽的最淺處位于 密封環高壓側邊沿、最深處位于槽徑向長度的1/3 2/3處。
全文摘要
本發明涉及一種仿生魚鱗槽機械密封環，屬流體機械軸密封技術領域。密封環的高壓側周向均勻分布或隨意分布有一個或多個魚鱗形動壓槽，魚鱗槽為徑向直線槽和周向弧形槽的組合，槽的形狀對稱。該密封環既適用于單向旋轉，又適用于雙向轉換運行的機械，具有可有效降低密封摩擦功耗，延長密封裝置壽命，降低成本等優點，可廣泛用于液體密封或氣體密封。
文檔編號F16J15/54GK102062213SQ20111002166
公開日2011年5月18日 申請日期2011年1月19日 優先權日2011年1月19日
發明者宋鵬云, 毛文元, 馬方波, 高杰 申請人:昆明理工大學