專利名稱：變錐度型波形曲面機械密封裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種旋轉機器軸向端面的非接觸式端面動密封裝置，適用于各種型式的泵、反應釜、壓縮機、膨脹機、分離機等旋轉類機器的軸向端面密封。
背景技術：
機械密封廣泛應用于眾多的旋轉機械軸向端面密封，有接觸式和非接觸式之分。 在接觸式機械密封結構中，密封面因摩擦、磨損、發熱、變形等現象嚴重，導致密封性能迅速下降，致使工作狀態不穩定，且壽命短，易出現故障。非接觸式機械密封，是通過在密封端面上開設淺凹槽，以產生流體動壓效應，使流體進入動環和靜環的摩擦配合端面后形成流體膜，將動、靜環密封分開，達到非接觸式的運轉，起到潤滑和延長使用壽命的作用，又能有效防止被密封介質通過密封端面的泄漏，其工作狀態比較穩定，可靠，使用壽命長。其以較優越的性能和更低的維護成本，將在未來獲得更多的應用。但其泄漏量相對較大，且穩定性在很大程度上受被密封機組轉速和介質性能的影響。目前的動壓槽的形狀中，以等槽深螺旋槽和“T”形槽端面密封最為典型。螺旋槽型動壓效應非常顯著。與其他槽型相比，它具有承載能力高，流體膜剛度大，穩定性好等優點，但其密封面只能單向旋轉。公開號CN1415877A的中國專利文獻公開了一種雙螺旋角三維螺旋槽端面密封裝置，其端面上開設的螺旋淺槽的上游即高壓側更寬、下游即低壓側更窄，槽的深度從上游即高壓側到下游即低壓側逐漸變淺，從而形成一種三維收斂形螺旋槽。該雙螺旋角三維螺旋槽端面密封裝置可獲得更大的流體膜剛度，但其傾斜的槽底和螺旋的槽型加工非常困難，并且該類密封只能單向旋轉。CN1401954A公開了一種由角形微槽族組成的螺旋槽端面機械密封，其角形微槽走向與螺旋槽方向一致，該密封端面淺槽結構顯得比較復雜，因該角形微槽沿螺旋槽走向分布，且不存在明顯的收縮形狀，能在一定程度上獲得較普通螺旋槽更高的流體膜剛度，但其復雜的角形微槽族加工非常困難，并且仍然只能單向旋轉。“T”形槽端面密封動壓效應較為顯著，其端流體膜承載能力和流體膜剛度較大，但其最大好處在于能實現雙向旋轉。實用中還有很多螺旋槽和“T”形槽的變形槽，其共同特征是，流體膜剛度和流體膜承載能力大則往往只能單向旋轉；能雙向旋轉的槽型卻又具有較低的流體膜剛度和流體膜承載能力。但其基本都是等深槽，即全部槽形邊緣的槽深都是由槽口平面以轉折角形式直接達到其一致的槽底深度，導致了液膜厚度、剛度變化等在有槽和無槽部位的階躍性突變，影響了密封運行性的穩定性和可靠性。而對于不同介質、不同機組轉速條件下，非接觸式密封穩定性的解決，將是影響非接觸式機械密封廣泛應用的一個關鍵問題。
實用新型內容針對上述情況，本實用新型提供了一種能雙向旋轉且具備更高的流體膜剛度和流體膜承載能力的非接觸式端面動密封裝置。[0007]本實用新型為一種變錐度型波形曲面機械密封裝置，其基本結構同樣是在以端面相對的旋轉環與靜止環間的密封端面上，沿圓周以等間距設置有至少兩個由周緣向心延伸且槽深度連續減小的淺槽，其中各淺槽為寬度由外周向心性連續縮窄的波形曲面凹槽(即動壓波形面)，其任一圓周面上的槽形截面的展開形狀均為連續平滑周期起伏的波狀曲線， 各淺槽底面上的任一向心線的延長線以與端平面具有斜角的方式交匯于端面中心軸線上的同一點，所說各淺槽的波形凹面形狀為由具有該斜角的向心線繞端面中心軸線的圓周運動，和該向心線同時以其與端面中心軸線的交匯點為擺動中心在設定的斜角變化范圍內作周期往復擺動的復合運動的軌跡。上述結構中，就所說各波形曲面凹槽式淺槽在圓周方向的截面形狀而言，相對于其槽面的中心徑向線可以是兩側對稱的形狀，也可以是兩側不對稱的形狀。這里所說的其槽形狀的對稱與否，取決于該具有所說斜角的向心線的復合運動軌跡中作圓周運動和/或周期往復擺動時速度的均勻性，并且可以據此針對不同使用需要對其進行調整或設定。而波形曲面凹槽式淺槽的數量，則取決于所說該向心線作所說往復擺動時的往復周期頻率的大小。因此，進一步的優選方式是，上述波形曲面凹槽式淺槽的形狀為由具有該斜角的向心線繞端面中心軸線作勻速圓周運動，和該向心線與中心軸線的交匯點同時在設定的斜角變化范圍內作周期往復擺動的復合運動的軌跡，且各波形曲面凹槽式淺槽在任一圓周面上的槽形截面展開形狀呈現為一連續的正弦或余弦曲線的形狀。實驗結果顯示，除為滿足或適應特殊的使用需要外，將上述結構中所說的波形曲面凹槽式淺槽中任一向心線與端面的斜角設為20° > I α I > 0°的范圍內，通常都可以適應和滿足一般情況下的使用需要。其中，在其它動壓波形面參數相同的前提下，動壓效果最為顯著的更優選形式，是將該斜角的范圍設定為2° > I α I >0°。實驗顯示，在其它動壓波形面參數相同的前提下，隨動壓波形曲面的增加，動壓效果增強。因此，除為滿足或是應特殊的使用需要外，上述結構中所說的該波形曲面凹槽式淺槽在其所在端面上沿圓周等間距設置為4 36個，通常都可以滿足一般情況下的使用需要。除為適應和/或滿足特定的使用需要外，上述結構中所說的淺槽，通常都是開設在密封端面中靠徑向外側的適當環形區域中。因此，在不排除在密封端面的全部區域中都開設有所說淺槽的情況下，本實用新型上述的波形曲面凹槽式淺槽的優選設置方式，是開設在其所在端面上徑向內側距離>2毫米的環狀端平面區域(即密封壩平面區域)之外的徑向外周環狀區域中。實驗結果顯示，在其它動壓波形面參數相同的前提下，隨密封環端面密封壩徑向距離即壩寬的減小，動壓效果將增強。根據使用需要，本實用新型上述密封裝置中所說的波形曲面凹槽式淺槽，可以采用只設置在旋轉環或靜止環相對兩側密封端面中的一側的形式，也可以設置在旋轉環和靜止環相對兩側密封端面上的形式。進一步，在單獨采用本實用新型上述結構形式密封裝置的單級密封結構基礎上， 根據實際使用需要，在密封的總體布局上還可有多種形式的變化和/或組合。例如，可采用串聯式密封(兩級以上)、串聯帶中間迷宮(兩級以上)，還可以與浮環密封、碳環密封、迷宮密封等其它密封型式組合使用。[0015]本實用新型該機械密封裝置中的外徑側為高壓側，內徑側為低壓側，密封介質的泄漏方向為由外徑側向內徑側泄漏。工作時，被密封介質由各波狀曲線狀的動壓淺槽外徑側的開口流入端面。隨著密封面的旋轉，密封介質在淺槽內被逐漸壓縮，壓力升高，并最終在淺槽與密封面交界附近達到壓力極值，這樣密封面間就形成了很強的流體動壓效應，從而獲得了很高的流體膜剛度，提升了密封的穩定性。本實用新型上述結構的動壓波形面的動壓淺槽可用于雙向旋轉，在密封正反轉時都能產生足夠的流體動壓力。而且由于該動壓淺槽采用的是其圓周截面的展開形狀均為連續平滑周期起伏的波狀曲線狀的波形曲面，即其槽兩側邊緣與端面的銜接及槽的下凹深度變化，始終都是平滑曲線狀逐漸過渡的，槽的深度沿徑向由內向外也是線性逐漸增加的， 使該動壓波形面密封環能具有卓越的動壓效應，即液膜厚度、剛度變化等均勻平順，沒有傳統動壓淺槽結構存在的階躍性突變，從而使密封運行性能更為穩定、可靠，不僅在通常工況條件下的密封效果更優于傳統的槽形的動壓密封效果，而且還特別適合對密封運行的穩定性、可靠性要求特別高、運行壽命較長，無備用裝置，在運行周期內無檢修可能的工況條件。以下結合由附圖所示實施例的具體實施方式
，對本實用新型的上述內容再作進一步的詳細說明。但不應將此理解為本實用新型上述主題的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本實用新型上述技術思想的情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包括在本實用新型的范圍內。
圖1是本實用新型一種密封裝置中動壓波形面淺槽結構的密封端面狀態的示意圖。圖2是圖1的A-A軸向剖面結構的示意圖。圖3是圖2中旋轉環中該動壓波形面淺槽的局部放大結構示意圖。圖4是本實用新型另一種密封裝置中動壓波形面淺槽結構的密封端面狀態的示意圖。
具體實施方式
實施例1如圖1 圖3所示，在靜環座6上經防轉銷3、推環4、密封圈5、彈簧7等結構設置有靜止環2，與其端面相對配合安裝有一旋轉環1，其間該相對端面為密封端面。在旋轉環1和/或靜止環2間的一側或兩側密封端面上(圖中示出的是在旋轉環1側的單端面密封形式)，在密封壩寬(即其徑向內側距離2毫米的環狀端平面區域9之外的徑向外周環狀區域中，沿圓周等間距設置有4 36個由周緣向心延伸，且槽的深度線性連續減小、槽的寬度由外周向心性連續縮窄的波形曲面凹槽的淺槽8。該淺槽8的任一圓周面上的槽形截面展開形狀均為連續平滑周期起伏的波狀曲線。各淺槽8底面上的任一向心線10的延長線以與端平面具有斜角α的方式交匯于端面中心軸線11上的同一點0;所說各淺槽的波形凹面形狀為由具有該斜角α的向心線10繞端面中心軸線11的勻速圓周運動，和該向心線10同時以其與端面中心軸線11的交匯點0為擺動中心在設定的斜角α的變化范圍內作周期往復擺動的復合運動的軌跡，各波形曲面凹槽式淺槽8相對于其槽的中心徑向線的兩側是對稱形式的，且優選為使各波形曲面凹槽式淺槽8在任一圓周面上的槽形截面展開形狀呈現為一連續的正弦或余弦曲線的形狀。所說的該斜角α的角度范圍是20° >| α I > 0°，更優選的范圍是2° > I α I > 0°。實施例2如圖4所示，本例密封裝置與實施例1結構的不同在于，在實施例1的密封端面中的各相鄰兩波形曲面凹槽的淺槽8之間，還各開設有一個常規結構形式的T形密封槽12，形成一種組合式的密封結構。
權利要求1.變錐度型波形曲面機械密封裝置，在以端面相對的旋轉環(1)與靜止環(2)間的密封端面上，沿圓周以等間距設置有至少兩個由周緣向心延伸且槽深度連續減小的淺槽(8)， 其特征是各淺槽(8)為寬度由外周向心性連續縮窄的波形曲面凹槽，其任一圓周面上的槽形截面的展開形狀均為連續平滑周期起伏的波狀曲線，各淺槽(8)底面上的任一向心線 (10)的延長線以與端平面具有斜角(α )的方式交匯于端面中心軸線(11)上的同一點(0)， 所說各淺槽的波形凹面形狀為由具有該斜角(α )的向心線(10)繞端面中心軸線(11)的圓周運動，和該向心線(10)同時以其與端面中心軸線(11)的交匯點(0)為擺動中心在設定的斜角(α )變化范圍內作周期往復擺動的復合運動的軌跡。
2.如權利要求1所述的變錐度型波形曲面機械密封裝置，其特征是所說的波形曲面凹槽式淺槽(8)中任一向心線(10)與端面的斜角(α)為20° >| α | > 0°。
3.如權利要求2所述的變錐度型波形曲面機械密封裝置，其特征是所說的斜角(α)為2° > I α I > 0°。
4.如權利要求1所述的變錐度型波形曲面機械密封裝置，其特征是所說的淺槽(8)為在端面上等間距設置的4 36個。
5.如權利要求1所述的變錐度型波形曲面機械密封裝置，其特征是所說的波形曲面凹槽式的淺槽(8)設置在其所在端面上徑向內側距離>2毫米的環狀端平面區域(9)之外的徑向外周環狀區域中。
6.如權利要求1所述的變錐度型波形曲面機械密封裝置，其特征是所說的波形曲面凹槽式淺槽(8)的形狀為由具有該斜角(α )的向心線(10)繞端面中心軸線(11)作勻速圓周運動，和該向心線(10)同時以其與中心軸線(11)的交匯點(0)為擺動中心在設定的斜角變化范圍內作周期往復擺動的復合運動的軌跡，且各波形曲面凹槽式淺槽(8)在任一圓周面上的槽形截面展開形狀呈現為一連續的正弦或余弦曲線的形狀。
7.如權利要求1所述的變錐度型波形曲面機械密封裝置，其特征是所說的波形曲面凹槽式淺槽(8)設置在其所在端面的全部區域中。
8.如權利要求1至7之一所述的變錐度型波形曲面機械密封裝置，其特征是所說的波形曲面凹槽式淺槽(8)設置在旋轉環(1)與靜止環(2)相對的兩密封端面中的至少一側端面上。
9.如權利要求1至7之一所述的變錐度型波形曲面機械密封裝置，其特征是在所說的相鄰兩波形曲面凹槽式的淺槽(8)之間，還設置有常規結構形式的T形密封槽(12)。
專利摘要變錐度型波形曲面機械密封裝置。在以端面相對的旋轉環與靜止環間的密封端面上，沿圓周以等間距設置有至少兩個由周緣向心延伸且槽深度連續減小的淺槽，各淺槽為寬度由外周向心性連續縮窄的波形曲面凹槽，其任一圓周面上的槽形截面的展開形狀均為連續平滑周期起伏的波狀曲線，各淺槽底面上的任一向心線的延長線以與端平面具有斜角的方式交匯于端面中心軸線上的同一點。各淺槽的波形凹面形狀，為由具有該斜角的向心線繞端面中心軸線的圓周運動，和該向心線同時以其與端面中心軸線的交匯點為中心在設定的與端平面的斜角變化范圍內作周期往復擺動的復合運動的軌跡。該形式的機械密封的液膜厚度、剛度變化等均勻平順，沒有階躍性的突變，具有卓越的動壓效應，運行性能穩定可靠。
文檔編號F16J15/16GK202327104SQ201120438829
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月9日 優先權日2011年11月9日
發明者吳忠永, 張君凱, 張智, 李龍, 王和順, 王旭, 黃澤沛 申請人:四川日機密封件股份有限公司