專(zhuān)利名稱(chēng)：定錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種旋轉(zhuǎn)機(jī)器軸向端面的非接觸式端面動(dòng)密封裝置，適用于各種型式的泵、反應(yīng)釜、壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、分離機(jī)等旋轉(zhuǎn)類(lèi)機(jī)器的軸向端面密封。
背景技術(shù)：
機(jī)械密封廣泛應(yīng)用于眾多的旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸向端面密封，有接觸式和非接觸式之分。 在接觸式機(jī)械密封結(jié)構(gòu)中，密封面因摩擦、磨損、發(fā)熱、變形等現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致密封性能迅速下降，致使工作狀態(tài)不穩(wěn)定，且壽命短，易出現(xiàn)故障。非接觸式機(jī)械密封，是通過(guò)在密封端面上開(kāi)設(shè)淺凹槽，以產(chǎn)生流體動(dòng)壓效應(yīng)，使流體進(jìn)入動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的摩擦配合端面后形成流體膜，將動(dòng)、靜環(huán)密封分開(kāi)，達(dá)到非接觸式的運(yùn)轉(zhuǎn)，起到潤(rùn)滑和延長(zhǎng)使用壽命的作用，又能有效防止被密封介質(zhì)通過(guò)密封端面的泄漏，其工作狀態(tài)比較穩(wěn)定，可靠，使用壽命長(zhǎng)。其以較優(yōu)越的性能和更低的維護(hù)成本，將在未來(lái)獲得更多的應(yīng)用。但其泄漏量相對(duì)較大，且穩(wěn)定性在很大程度上受被密封機(jī)組轉(zhuǎn)速和介質(zhì)性能的影響。目前的動(dòng)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(dòng)壓效應(yīng)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(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但其密封面只能單向旋轉(zhuǎn)。公開(kāi)號(hào)CN1415877A的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種雙螺旋角三維螺旋槽端面密封裝置，其端面上開(kāi)設(shè)的螺旋淺槽的上游即高壓側(cè)更寬、下游即低壓側(cè)更窄，槽的深度從上游即高壓側(cè)到下游即低壓側(cè)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(lèi)密封只能單向旋轉(zhuǎn)。CN1401954A公開(kāi)了一種由角形微槽族組成的螺旋槽端面機(jī)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(jié)構(gòu)顯得比較復(fù)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(fù)雜的角形微槽族加工非常困難，并且仍然只能單向旋轉(zhuǎn)。“T”形槽端面密封動(dòng)壓效應(yīng)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(shí)現(xiàn)雙向旋轉(zhuǎn)。實(shí)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(zhuǎn)；能雙向旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)折角形式直接達(dá)到其一致的槽底深度，導(dǎo)致了液膜厚度、剛度變化等在有槽和無(wú)槽部位的階躍性突變，影響了密封運(yùn)行性的穩(wěn)定性和可靠性。而對(duì)于不同介質(zhì)、不同機(jī)組轉(zhuǎn)速條件下，非接觸式密封穩(wěn)定性的解決，將是影響非接觸式機(jī)械密封廣泛應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述情況，本實(shí)用新型提供了一種能雙向旋轉(zhuǎn)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(dòng)密封裝置。[0007]本實(shí)用新型為一種定錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，其基本結(jié)構(gòu)同樣是在以端面相對(duì)的旋轉(zhuǎn)環(huán)與靜止環(huán)間的密封端面上，沿圓周以等間距設(shè)置有至少兩個(gè)由周緣向心延伸且槽深度連續(xù)減小的淺槽，各淺槽為在其所在端面上沿圓周等間距設(shè)置、寬度由外周向心性連續(xù)縮窄的波形曲面凹槽(即動(dòng)壓波形面)，其任一圓周面上的槽形截面展開(kāi)形狀均為連續(xù)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(zhǎng)線均以與端平面具有相同斜角的方式交匯于端面中心軸線上，且所說(shuō)各淺槽的波形凹面形狀為具有該斜角的向心線的一種運(yùn)動(dòng)軌跡，即該向心線繞端面中心軸線的圓周運(yùn)動(dòng)，和該向心線與中心軸線的交匯點(diǎn)同時(shí)在中心軸線上的設(shè)定范圍內(nèi)作周期往復(fù)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)軌跡。上述結(jié)構(gòu)中，就所說(shuō)各波形曲面凹槽式淺槽的圓周方向截面的形狀而言，相對(duì)于其槽面中心的徑向線可以是兩側(cè)對(duì)稱(chēng)的形狀，也可以是兩側(cè)不對(duì)稱(chēng)的形狀。其槽形狀的對(duì)稱(chēng)與否，取決于具有所說(shuō)斜角的該向心線復(fù)合運(yùn)動(dòng)中作圓周運(yùn)動(dòng)和/或軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)速度的變化或其變化的性質(zhì)，并且可以根據(jù)不同使用需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)整或設(shè)定。而波形曲面凹槽式淺槽的數(shù)量，則取決于所說(shuō)該向心線與中心軸線的交匯點(diǎn)在中心軸線上作軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)往復(fù)周期的頻率快慢。因此，進(jìn)一步的優(yōu)選方式是，上述波形曲面凹槽式淺槽的形狀采用為具有該斜角的向心線繞端面中心軸線作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，和該向心線與中心軸線的交匯點(diǎn)同時(shí)在中心軸線上的設(shè)定范圍內(nèi)作周期往復(fù)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)軌跡。其中特別優(yōu)選的，是使各波形曲面凹槽式淺槽在任一圓周面上的槽形截面展開(kāi)形狀呈現(xiàn)為一連續(xù)的正弦或余弦曲線的形狀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，除為滿(mǎn)足或適應(yīng)特殊的使用需要外，將上述結(jié)構(gòu)中所說(shuō)的波形曲面凹槽式淺槽中任一向心線與其所在端平面間的斜角設(shè)置在20 ° >| α |> 0 °范圍內(nèi)，通常都可以適應(yīng)和滿(mǎn)足一般情況下的使用需要。其中，在其它動(dòng)壓波形面參數(shù)相同的前提下，動(dòng)壓效果最為顯著的更優(yōu)選形式，是將該斜角的范圍設(shè)定為2 ° > I α I > 0 °。實(shí)驗(yàn)顯示，在其它動(dòng)壓波形面參數(shù)相同的前提下，隨動(dòng)壓波形曲面的增加，動(dòng)壓效果增強(qiáng)。因此，除為滿(mǎn)足或是應(yīng)特殊的使用需要外，上述結(jié)構(gòu)中所說(shuō)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(shè)置為壙36個(gè)，通常都可以滿(mǎn)足一般情況下的使用需要。此外，除為滿(mǎn)足或適應(yīng)特殊的使用需要外，將上述結(jié)構(gòu)中具有所說(shuō)斜角的該向心線與端面中心軸線的交匯點(diǎn)在該中心軸線上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)范圍設(shè)定為< 3毫米，通常也是一種可以滿(mǎn)足一般情況下的使用需要的優(yōu)選范圍。除為適應(yīng)和/或滿(mǎn)足特定的使用需要外，上述結(jié)構(gòu)中所說(shuō)的淺槽，通常都是開(kāi)設(shè)在密封端面的徑向外側(cè)的適當(dāng)環(huán)形區(qū)域中。因此，在不排除在密封端面的全部區(qū)域中都開(kāi)設(shè)有所說(shuō)淺槽的情況下，本實(shí)用新型上述的波形曲面凹槽式淺槽的優(yōu)選設(shè)置方式，是開(kāi)設(shè)在其所在端面上徑向內(nèi)側(cè)距離>2毫米的環(huán)狀端平面區(qū)域(即密封壩平面區(qū)域)之外的徑向外周環(huán)狀區(qū)域中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在其它動(dòng)壓波形面參數(shù)相同的前提下，隨密封環(huán)端面密封壩徑向距離即壩寬的減小，動(dòng)壓效果將增強(qiáng)。根據(jù)使用需要，本實(shí)用新型上述密封裝置中所說(shuō)的波形曲面凹槽式淺槽，可以采用只設(shè)置在旋轉(zhuǎn)環(huán)或靜止環(huán)相對(duì)兩側(cè)密封端面中的一側(cè)即單端面密封的形式，也可以在旋轉(zhuǎn)環(huán)或靜止環(huán)相對(duì)兩側(cè)密封端面上即雙端面密封等不同形式。進(jìn)一步，在單獨(dú)采用本實(shí)用新型上述結(jié)構(gòu)形式密封裝置的單級(jí)密封結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上， 根據(jù)實(shí)際使用的需要，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(lián)式密封(兩級(jí)以上)、串聯(lián)帶中間迷宮(兩級(jí)以上)，還可以與浮環(huán)密封、碳環(huán)密封、迷宮密封等其它密封型式組合使用。本實(shí)用新型該機(jī)械密封裝置中的外徑側(cè)為高壓側(cè)，內(nèi)徑側(cè)為低壓側(cè)，密封介質(zhì)的泄漏方向?yàn)橛赏鈴絺?cè)向內(nèi)徑側(cè)泄漏。工作時(shí)，被密封介質(zhì)由各波狀曲線狀的動(dòng)壓淺槽外徑側(cè)的開(kāi)口流入端面。隨著密封面的旋轉(zhuǎn)，密封介質(zhì)在淺槽內(nèi)被逐漸壓縮，壓力升高，并最終在淺槽與密封面交界附近達(dá)到壓力極值，這樣密封面間就形成了很強(qiáng)的流體動(dòng)壓效應(yīng)，從而獲得了很高的流體膜剛度，提升了密封的穩(wěn)定性。本實(shí)用新型上述結(jié)構(gòu)的動(dòng)壓波形面的動(dòng)壓淺槽可用于雙向旋轉(zhuǎn)，在密封正反轉(zhuǎn)時(shí)都能產(chǎn)生足夠的流體動(dòng)壓力。而且由于該動(dòng)壓淺槽采用的是其圓周截面的展開(kāi)形狀均為連續(xù)平滑周期起伏的波狀曲線狀的波形曲面，即其槽兩側(cè)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(guò)渡的，槽的深度沿徑向由內(nèi)向外也是線性逐漸增加的， 使該動(dòng)壓波形面密封環(huán)能具有卓越的動(dòng)壓效應(yīng)，即液膜厚度、剛度變化等均勻平順，沒(méi)有傳統(tǒng)動(dòng)壓淺槽結(jié)構(gòu)存在的階躍性突變，從而使密封運(yùn)行性能更為穩(wěn)定、可靠，不僅在通常工況條件下的密封效果更優(yōu)于傳統(tǒng)的槽形的動(dòng)壓密封效果，而且還特別適合對(duì)密封運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性要求特別高、運(yùn)行壽命較長(zhǎng)，無(wú)備用裝置，在運(yùn)行周期內(nèi)無(wú)檢修可能的工況條件。以下結(jié)合由附圖所示實(shí)施例的具體實(shí)施方式
，對(duì)本實(shí)用新型的上述內(nèi)容再作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。但不應(yīng)將此理解為本實(shí)用新型上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)例。在不脫離本實(shí)用新型上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包括在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。

圖1是本實(shí)用新型一種密封裝置中動(dòng)壓波形面淺槽結(jié)構(gòu)的密封端面狀態(tài)的示意圖。圖2是圖1的A-A軸向剖面結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3是圖2中旋轉(zhuǎn)環(huán)中該動(dòng)壓波形面淺槽的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實(shí)用新型另一種密封裝置中動(dòng)壓波形面淺槽結(jié)構(gòu)的密封端面狀態(tài)的示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1如圖廣圖3所示，在靜環(huán)座6上經(jīng)防轉(zhuǎn)銷(xiāo)3、推環(huán)4、密封圈5、彈簧7等結(jié)構(gòu)設(shè)置有靜止環(huán)2，與其端面相對(duì)配合安裝有一旋轉(zhuǎn)環(huán)1，其間該相對(duì)端面為密封端面。在其間的一側(cè)或兩側(cè)密封端面上(圖中示出的是在旋轉(zhuǎn)環(huán)1側(cè)的單端面密封形式)，在密封壩寬即其徑向內(nèi)側(cè)距離>2毫米的環(huán)狀端平面區(qū)域9之外的徑向外周環(huán)狀區(qū)域中，沿圓周等間距設(shè)置有壙36個(gè)由周緣向心延伸，且槽的深度線性連續(xù)減小、槽的寬度由外周向心性連續(xù)縮窄的波形曲面凹槽的淺槽8。該淺槽8在任一圓周面上的槽形截面展開(kāi)形狀均為連續(xù)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(zhǎng)線均以與端平面具有相同斜角α的方式交匯于端面中心軸線11上，且所說(shuō)各淺槽的波形凹面形狀為具有該斜角α的向心線10的一種運(yùn)動(dòng)軌跡，即該向心線10繞端面中心軸線11的圓周運(yùn)動(dòng)，和該向心線10與中心軸線11的交匯點(diǎn)同時(shí)在中心軸線11上的設(shè)定范圍H內(nèi)作周期往復(fù)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)軌跡。所說(shuō)的該斜角α的范圍是20 ° > I α I > 0 °，更優(yōu)選的范圍是2° > | α I > 0°。該具有斜角α的向心線10與中心軸線11的交匯點(diǎn)在該中心軸線11上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的設(shè)定范圍H ^ 3毫米。圖1所示的波形曲面凹槽的淺槽8，是由該具有斜角α的向心線10同時(shí)以勻速作繞端面中心軸線11的圓周運(yùn)動(dòng)，和該向心線10與中心軸線11的交匯點(diǎn)在中心軸線11上的設(shè)定范圍H內(nèi)作周期往復(fù)運(yùn)動(dòng)所形成的軌跡，即各波形曲面凹槽式淺槽8相對(duì)于其中心徑向線的兩側(cè)是對(duì)稱(chēng)形式的，特別優(yōu)選的是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(kāi)形狀呈現(xiàn)為一連續(xù)的正弦(或余弦)曲線的形狀。實(shí)施例2如圖4所示，本例密封裝置與實(shí)施例1結(jié)構(gòu)的不同在于，在實(shí)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(kāi)設(shè)有一個(gè)常規(guī)結(jié)構(gòu)形式的T形密封槽12，形成一種組合式的密封結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求1.定錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，在以端面相對(duì)的旋轉(zhuǎn)環(huán)(1)與靜止環(huán)(2)間的密封端面上，沿圓周以等間距設(shè)置有至少兩個(gè)由周緣向心延伸且槽深度連續(xù)減小的淺槽，其特征是各淺槽(8)為在其端面上沿圓周等間距設(shè)置、寬度由外周向心性連續(xù)縮窄的波形曲面凹槽，其任一圓周面上的槽形截面展開(kāi)形狀均為連續(xù)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(zhǎng)線均以與端平面具有相同斜角(α )的方式交匯于端面中心軸線(11)上，所說(shuō)各淺槽的波形凹面形狀為具有該斜角(α )的向心線(10)繞端面中心軸線(11)的圓周運(yùn)動(dòng)，和該向心線(10)與中心軸線(11)的交匯點(diǎn)同時(shí)在中心軸線 (11)上的設(shè)定范圍(H)內(nèi)作周期往復(fù)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)軌跡。
2.如權(quán)利要求1所述的定錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，其特征是所說(shuō)的波形曲面凹槽式淺槽(8)中任一向心線(10)與其所在端平面間的斜角為20° >| α I > 0°。
3.如權(quán)利要求2所述的定錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，其特征是所說(shuō)的波形曲面凹槽式淺槽(8)中任一向心線(10)與其所在端平面間的斜角為2° >| α I > 0°。
4.如權(quán)利要求1所述的定錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，其特征是所說(shuō)的波形曲面凹槽式淺槽(8)為在其所在端面上等間距設(shè)置的壙36個(gè)。
5.如權(quán)利要求1所述的定錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，其特征是具有所說(shuō)斜角(α) 的向心線(10)與中心軸線(11)的交匯點(diǎn)在中心軸線(11)上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的設(shè)定范圍(H)S 3 毫米。
6.如權(quán)利要求1所述的定錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，其特征是所說(shuō)的波形曲面凹槽式的淺槽(8)設(shè)置在其所在端面上徑向內(nèi)側(cè)距離> 2毫米的環(huán)狀端平面區(qū)域(9)之外的徑向外周環(huán)狀區(qū)域中。
7.如權(quán)利要求1所述的定錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，其特征是所說(shuō)的波形曲面凹槽式淺槽(8)的形狀為具有該斜角(α )的向心線(10)繞端面中心軸線(11)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，和該向心線(10)與中心軸線(11)的交匯點(diǎn)同時(shí)在中心軸線(11)上的設(shè)定范圍(H)內(nèi)作周期往復(fù)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)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(kāi)形狀呈現(xiàn)為一連續(xù)的正弦或余弦曲線的形狀。
8.如權(quán)利要求1所述的定錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，其特征是所說(shuō)的波形曲面凹槽式淺槽(8)設(shè)置在其所在端面的全部區(qū)域中。
9.如權(quán)利要求1至8之一所述的定錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，其特征是所說(shuō)的波形曲面凹槽式淺槽(8)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)環(huán)(1)與靜止環(huán)(2)相對(duì)的兩密封端面中的至少一側(cè)端面上。
10.如權(quán)利要求1至8之一所述的定錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，其特征是在所說(shuō)的相鄰兩波形曲面凹槽式的淺槽(8)之間，還設(shè)置有常規(guī)結(jié)構(gòu)形式的T形密封槽(12)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種定錐度型波形曲面機(jī)械密封裝置，在旋轉(zhuǎn)環(huán)與靜止環(huán)間的密封端面上，沿圓周以等間距設(shè)置有至少兩個(gè)由周緣向心延伸且槽深度連續(xù)減小的淺槽，各淺槽為在其端面上沿圓周等間距設(shè)置、寬度由外周向心性連續(xù)縮窄的波形曲面凹槽，其任一圓周面的槽形截面展開(kāi)形狀均為連續(xù)平滑周期起伏的波狀曲線。各淺槽底面上任一向心線的延長(zhǎng)線均以與端平面具有相同斜角的方式交匯于端面中心軸線上，且所說(shuō)各淺槽的波形凹面形狀為具有該斜角的向心線的一種運(yùn)動(dòng)軌跡，即該向心線繞端面中心軸線的圓周運(yùn)動(dòng)，和該向心線與中心軸線的交匯點(diǎn)同時(shí)在中心軸線上的設(shè)定范圍內(nèi)作周期往復(fù)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)軌跡。該形式的機(jī)械密封的液膜厚度、剛度變化等均勻平順，沒(méi)有階躍性的突變，具有卓越的動(dòng)壓效應(yīng)，運(yùn)行性能穩(wěn)定可靠。
文檔編號(hào)F16J15/16GK202327105SQ20112043883
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者吳忠永, 張君凱, 張智, 李龍, 王和順, 王旭, 黃澤沛 申請(qǐng)人:四川日機(jī)密封件股份有限公司