一種端面帶有葉脈狀形槽的機械密封結(jié)構(gòu)的制作方法

本發(fā)明提供一種端面帶有葉脈狀形槽的機械密封結(jié)構(gòu)，具體地說，是一種在動環(huán)或靜環(huán)的端面上開設一定數(shù)量的葉脈狀形槽，屬于流體密封中的旋轉(zhuǎn)軸密封技術(shù)領域。

背景技術(shù)：

機械密封是一種依靠彈性元件對動、靜環(huán)端面密封副的預緊和介質(zhì)壓力與彈性元件壓力的壓緊而達到密封的軸向端面密封裝置，故又稱為端面密封。機械密封廣泛地應用于離心泵、離心機、反應釜和壓縮機等設備上。隨著工業(yè)領域的快速發(fā)展，實際應用中要求機械密封適應在高壓、高速，突變工況等較極端的工況條件，這樣就對機械密封的性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)的接觸式機械密封端面間無法形成穩(wěn)定的液膜、端面的磨損、密封環(huán)的熱裂等都容易導致密封的失效。而目前的非接觸式密封主要是在動、靜環(huán)端面上進行改形(深槽型、淺槽型以及織構(gòu)型)，這些結(jié)構(gòu)在一定層度上提高了機械密封性能，但還存在一些不足之處：對于深槽型的盡管其摩擦耗能低，端面開啟能力也較強，但是泄漏量大于相同規(guī)格的普通端面機械密封。同時工作中排屑的性能較差，宜造成顆粒的堆積；各種織構(gòu)型都存在抗壓能力、端面間流體膜厚不足，或都流體膜剛度不足以抵抗外界干擾，導致密封系統(tǒng)不正常穩(wěn)定運行，也存在排屑能力差的問題。據(jù)此，設計一種機械密封結(jié)構(gòu)端面構(gòu)型，能夠同時產(chǎn)生流體靜壓力、流體動壓力、減少密封端面的接觸，可以有效地避免密封的失效，同時保持較小的端面間隙以控制泄漏量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)目的

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明提供一種端面帶有葉脈狀形槽的機械密封結(jié)構(gòu)，它是一種抗壓及抗干擾能力強，高參數(shù)下具有較小泄漏量，啟停過程流體動壓效果好、正常運行時流體承載力充足的新型機械密封結(jié)構(gòu)。提高機械密封性能。

(二)技術(shù)方案

現(xiàn)有的機械密封結(jié)構(gòu)(如圖1所示)是一個圓柱體：后端面、圓柱面、前端面，一般作為密封面的是前端面。

本發(fā)明是一種端面帶有葉脈狀形槽的機械密封結(jié)構(gòu)，其特征在于：該機械密封結(jié)構(gòu)的前端面即密封面是由外環(huán)(1)、內(nèi)環(huán)(2)、密封堰區(qū)(3)、密封壩區(qū)(4)及葉脈狀形槽(5)組成，它們都位于該機械密封結(jié)構(gòu)的前端面即密封面上的不同位置。

所述的外環(huán)(1)，是該機械密封結(jié)構(gòu)密封面的外圓面；

所述的內(nèi)環(huán)(2)，是該機械密封結(jié)構(gòu)密封面的內(nèi)圓面；

所述的密封堰區(qū)(3)，是兩葉脈狀形槽(5)之間的部分；

所述的密封壩區(qū)(4)，是葉脈狀形槽(5)的末端(如圖2中的虛線位置)與內(nèi)環(huán)(2)之間的圓環(huán)部分；

所述的葉脈狀形槽(5)，開設在該機械密封結(jié)構(gòu)的密封面上，因其形狀類似于樹葉的葉脈，所以稱其為葉脈狀形槽；該葉脈狀形槽(5)共有6～12個，其個數(shù)隨該機械密封結(jié)構(gòu)的大小而改變，各個葉脈狀形槽(5)以該機械密封結(jié)構(gòu)的軸線中心對稱布置。

該葉脈狀形槽(5)，如圖4所示，是由第一支槽(51)、第二支槽(52)、第三支槽(54)，第四支槽(55)和主槽(53)組成；第一、二、三、四共四根支槽(51)、(52)、(54)、(55)都是直槽，其槽寬是相等的，為0.5～1.5mm；該主槽(53)為螺旋槽，其螺旋線為對數(shù)螺旋線，螺旋槽的傾角為18°～28°；該四根支槽(51)、(52)、(54)、(55)與主槽(53)之間的夾角為20°～45°；四根支槽(51)、(52)、(54)、(55)的槽寬與主槽(53)的槽寬之比為1∶2；四根支槽(51)、(52)、(54)、(55)的槽深與主槽(53)的槽深相同，槽深為2～6μm。

如圖5所示，該第一、四支槽(51)、(55)及主槽(53)的末端是小圓弧，都處于同一半徑r1的圓上，r1的圓心是該機械密封結(jié)構(gòu)的圓心；支槽(52)末端與支槽(54)末端也是小圓弧，此兩段小圓弧處于同一半徑r2的圓上，r2的圓心是該機械密封結(jié)構(gòu)的圓心；該r2圓與主槽(53)的交點是支槽(51)及支槽(55)的始端；支槽(52)及支槽(54)的始端是半徑為r3的圓與主槽(53)的交點，r3的圓心是該機械密封結(jié)構(gòu)的圓心；該第二、三支槽(52)、(54)的始端是半徑為r3的圓與主槽(53)的交點，r3的圓心是該機械密封結(jié)構(gòu)的圓心。

整個機械密封結(jié)構(gòu)(如圖3所示)，其內(nèi)徑為外徑為機械密封結(jié)構(gòu)的軸向厚度為l；整體毛胚由鑄造而成然后進行機加工，密封端面進行精密的形貌處理。

(三)優(yōu)點及功效

本發(fā)明的有益效果是：(1)在嚴格要求旋轉(zhuǎn)軸不可逆轉(zhuǎn)的使用情況下，對稱葉脈狀形槽有效地提高了流體動壓效應，減小了因機械密封端面不平度引起的副作用，提高了機械密封的工作效能；(2)因形槽的主槽開口是朝向高壓區(qū)也就是密封腔，這樣整個形槽具有流體靜壓效應，使得機械密封在流體靜壓作用下，靜止狀態(tài)下開啟。(3)避免了實體密封環(huán)因受熱不均勻?qū)е伦冃紊踔翙C械密封端面開裂的問題，葉脈狀形槽可以有效防止密封流體中顆粒的堆積，密封壩區(qū)4的存在可以實現(xiàn)軸靜止時的靜密封。(4)可以有效避免小膜厚、小壓差的極端工況下的碰摩失效，實現(xiàn)了密封的非接觸、提高耐磨損，延長了使用壽命，提高了密封的可靠性。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有機械密封結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明機械密封結(jié)構(gòu)的主視圖。

圖3為本發(fā)明機械密封結(jié)構(gòu)的軸側(cè)圖。

圖4為葉脈狀形槽的放大視圖。

圖5為葉脈狀形槽的幾何尺寸圖。

圖6為本發(fā)明機械密封結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)方向示意圖。

圖1中的序號、代號說明：

后端面，圓柱面，前端面(密封面)

圖2中的序號，代號說明：

1為外環(huán)，2為內(nèi)環(huán)，3為密封堰區(qū)，4為密封壩區(qū)、5為葉脈狀形槽。

圖3中的序號，代號說明：

為整個機械密封的內(nèi)徑，為整個機械密封結(jié)構(gòu)外徑，l為機械密封結(jié)構(gòu)軸向厚度。

圖4中的序號，代號說明：

51為支槽、52為支槽、53為主槽、54為支槽、55為支槽。

圖5中的序號，代號說明：

r1為支槽51末端、支槽55末端及主槽53末端圓弧的半徑。r2為支槽52末端與支槽54末端圓弧的半徑，該圓與主槽53的交點是支槽51始端及支槽55始端。r3為以該半徑的圓弧與主槽53的交點，即為支槽52始端及支槽54始端。圖6中的序號，代號說明：

高壓側(cè)(密封腔)、低壓側(cè)(密封泄漏側(cè))、旋轉(zhuǎn)方向(旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動方向)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作具體說明。

本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)如圖1～圖6所示。包括外環(huán)(1)、內(nèi)環(huán)(2)、密封堰區(qū)(3)、密封壩區(qū)(4)、葉脈狀形槽(5)。如圖2所示，都是位于機械密封結(jié)構(gòu)的前端面(密封面)上的不同位置。整個機械密封結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑為外徑為機械密封結(jié)構(gòu)的軸向厚度為l。機械密封結(jié)構(gòu)的前端面(密封面)上開有8個葉脈狀形槽(5)其個數(shù)隨機械密封結(jié)構(gòu)的大小而改變，各葉脈狀形槽以機械密封結(jié)構(gòu)的軸線中心對稱。葉脈狀形槽(5)包括第一支槽(51)、第二支槽(52)、第三支槽(54)、第四支槽(55)和主槽(53)。第一、二、三、四共四根支槽(51)、(52)、(54)、(55)都是直槽，其槽寬是相等的，為0.6mm；該主槽(53)為螺旋槽，其螺旋線為對數(shù)螺旋線，螺旋槽的傾角為20°；該四根支槽(51)、(52)、(54)、(55)與主槽(53)之間的夾角為20°～45°；四根支槽(51)、(52)、(54)、(55)的槽寬與主槽(53)的槽寬之比為1∶2；四根支槽(51)、(52)、(54)、(55)的槽深與主槽(53)的槽深相同，槽深為5μm。

該第一、四支槽(51)、(55)及主槽(53)的末端是小圓弧，都處于同一半徑r1的圓上，r1的圓心是該機械密封結(jié)構(gòu)的圓心；支槽(52)末端與支槽(54)末端也是小圓弧，此兩段小圓弧處于同一半徑r2的圓上，r2的圓心是該機械密封結(jié)構(gòu)的圓心；該r2圓與主槽(53)的交點是支槽(51)及支槽(55)的始端；支槽(52)及支槽(54)的始端是半徑為r3的圓與主槽(53)的交點，r3的圓心是該機械密封結(jié)構(gòu)的圓心；該第二、三支槽(52)、(54)的始端是半徑為r3的圓與主槽(53)的交點，r3的圓心是該機械密封結(jié)構(gòu)的圓心。

本發(fā)明一種端面帶有葉脈狀形槽的機械密封結(jié)構(gòu)的主槽開口朝向高壓側(cè)也就是密封腔，這樣使得高壓側(cè)流體在流體靜壓的作用下可以進入密封端面，在轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)之前將動、靜環(huán)分開，以避免旋轉(zhuǎn)時端面密封壩區(qū)的磨損。當機械密封結(jié)構(gòu)開始旋轉(zhuǎn)時，由于支槽的存在，形成明顯的流體動壓效應，并且由于形槽的對稱性，沿旋轉(zhuǎn)方向流體壓力不斷累積，產(chǎn)生富集效應；密封啟動階段可以使端面更快分開；在停車階段可以有效避免端面的過度摩擦而引起密封的失效；同時在動態(tài)擾動存在時，小膜厚下端面膜承載力的增加可以有效地避免端面的接觸引起的磨損，提高了密封的抗干擾能力。在密封正常運行時，機械密封結(jié)構(gòu)沿圖6所示的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動，其四個支槽是形成動壓效應，特別是第三支槽(54)、第四支槽(55)，主槽(53)起到了排出因磨損產(chǎn)生的顆粒及形成像液體向外甩出的效應。同時在正常運行時將克服傳統(tǒng)機械密封存在的開啟力、剛度不足等問題，有效地提高了密封運行的穩(wěn)定性。