[发明专利]一种机械密封仿生鱼鳞槽密封环

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械密封的仿生鱼鳞槽密封环，属流体机械轴密封技术领域。 

背景技术

机械密封是防止旋转式流体机械轴端泄漏的主要手段。在传统的机械密封中，动环和静环直接接触以实现密封，这种密封属于接触式机械密封，其缺点是：密封环的摩擦磨损严重，密封装置的使用寿命非常短。对于密封要求比较高的场合，传统的接触式机械密封无法满足工艺要求。随着科学技术的发展和对环保要求的日益提高，端面非接触机械密封作为一种新型的、先进的机械密封形式，被广泛应用于高速和中低速运转的流体机械中。非接触式机械密封具有密封环磨损小、寿命长、能耗低等优点。 

非接触式机械密封是在密封环上开出各种形式的流体动压槽，使两运转的密封端面间形成一层稳定的液膜或气膜，将密封动环和静环分开。研究表明，槽型对液膜或气膜的流场有显著影响，对流体膜刚度、使用寿命和运行稳定性等具有决定性的作用。许多国内外公司和研究机构对密封槽型进行了不断的研究创新，目前已经开发出了螺旋槽、V型槽、U型槽、直线槽、圆弧槽、T型槽、人字型槽等槽形结构，其中以螺旋槽或其组合在干气密封装置中应用最为广泛，其优点是产生的开启力大且气膜刚度高，但螺旋槽结构的不对称性限制了它只能单向操作。 

发明内容

本发明的目的是要提出一种结构简单、可双向旋转的仿生鱼鳞槽密封环，以减轻机械密封端面因直接接触而引起的摩擦和磨损，同时避免固体颗粒被吸入到密封端面而引起磨粒磨损。 

本发明的技术方案是：在密封环的高压侧周向均匀分布或随意分布有一个或多个鱼鳞形槽（动压槽），鱼鳞槽为径向直线槽和周向圆弧槽的组合，鱼鳞槽可为一个或两个及两个以上的多个，可均匀分布或随意分布，具体可以根据密封环的大小和实际工作环境需要确定。当高压侧在密封环内径时，鱼鳞槽的径向直线槽部分延伸至环内径边缘、周向弧形槽远离环内径；当高压侧在密封环外径时，鱼鳞槽的径向直线槽部分延伸至环外径边缘、周向弧形槽远离环外径，以保证受力的均衡和利于固体颗粒的排除。根据实际需要，鱼鳞槽可以为深度不变的平底槽或径向深度渐变的弧形底槽，平底槽的深度为0.001～5㎜，弧形底槽的最浅处为0.001～4㎜、最深处为0.5～5㎜。鱼鳞槽的径向长度L为密封环宽度B的0.5～0.75倍（ L/B=0.5～0.75）、周向宽度 为密封环外径与槽数量之比的0.15～0.3倍（=[0.15～0.3]×密封环外径D/密封环上鱼鳞槽数量N）。弧形底槽的最浅处位于密封环高压侧边沿、最深处（距密封环高压侧边沿的F点）位于槽径向长度L的1/3～2/3处。 

本发明由于在密封环的高压侧周向分布有一个或多个鱼鳞形槽。当泵或压缩机运转时，固定在轴上的动环随轴一起转动。此时，密封流体沿着鱼鳞形动压槽由高压侧向低压侧运动。由于密封环上密封堰的节流作用，进入鱼鳞形动压槽内的流体压力升高，在该压力的作用下，动环和静环被推开，流体在动环和静环之间形成一层很薄的流体膜，从而实现了密封端面的部分非接触。如果动压力足够大，能完全平衡密封的闭合力，则可实现密封端面的完全非接触，能有效地改善了机械密封端面的润滑状态，降低了密封端面的摩擦磨损程度，延长了密封件的工作寿命，保证了设备的长期稳定运行，消除了设备运行的安全隐患，减少了设备检修和非计划停车成本。由于采用鱼鳞形槽结构，且鱼鳞形槽的径向直线槽部分与高压侧相通，对于被密封介质处于密封环外圆周的情况，由于离心力的作用，很容易把进入密封端面之间的固体颗粒及时排除，降低密封摩擦副端面之间的磨粒磨损，延长密封环的失效时间；由于鱼鳞形槽结构对称，使得该密封环可以双向旋转，适用范围广，适应于单向旋转或双向旋转的机械密封。此外，该密封环还具有槽型简、容易加工、成本较低等优点。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但本发明的内容不限于附图所示。

图1为本发明鱼鳞槽在外径处的密封环示意图； 

图2为本发明鱼鳞槽在内径处的密封环示意图；

图3为本发明渐进深度鱼鳞槽在内径处的密封环侧剖示意图；

图中，1为鱼鳞槽、2为密封环，F点为渐变槽最深处，L为槽径向长度。

具体实施方式