[发明专利]具有组合流体型槽结构的机械端面密封

说明书

技术领域

本发明属于密封技术领域，特别涉及一种具有组合流体型槽结构的机械端面密封，适用于各种压缩机、离心泵、反应釜搅拌器等旋转机械的旋转轴的密封。

背景技术

流体机械的转轴密封常采用传统机械密封，填料密封，骨架油封，迷宫密封等，但传统机械密封，填料密封，骨架油封等存在的摩擦行为，一方面增加了功耗，另一方面缩短了密封寿命，增加了设备维修的频度；而迷宫密封的泄漏率较大，在高参数透平压缩机中，迷宫密封还是引起转子系统自激振动的主要原因之一。流体动压密封的出现，如螺旋槽等型槽非接触式机械端面密封的使用，较好地解决了转轴密封的摩擦磨损问题。目前，利用流体动力学原理，通过在密封面上开设动压槽而实现密封端面非接触运行的非接触式机械端面密封已广泛应用于石油、化工、化纤、造纸、电力利冶金行业的离心式压缩机、风机、离心泵等设备上。当然，螺旋槽等型槽非接触式机械端面密封正常运行时，端面型槽产生流体动压形成端面开启力，减小了密封端面的磨损，同时也增大了泄漏率。美国专利5,201,531公开的一种流体动压型双列螺旋槽端面密封装置有效地调和了这一矛盾。在给定的旋向下，这种密封装置利用上游一列螺旋槽将密封流体向下游泵送，下游一列螺旋槽则将密封流体向上游泵送，并通过这两列螺旋槽所产生的泵汲压差与密封端面内外两侧流体压差相平衡，从而实现螺旋槽端面密封的零泄漏。但是，这类密封要求有较宽的密封端面，而且仅适用于密封端面两侧流体的压差较小，密封流体的粘度较高的工况。

发明内容

本发明的目的是提出一种适用于密封端面两侧流体压力、密封流体粘度范围宽泛的具有组合流体型槽结构的机械端面密封，以解决现在普遍使用的单列螺旋槽端面密封件端面开启力小、泄漏率大，双列螺旋槽端面密封件的密封端面宽、安装空间大的问题，获得在相同的条件下比上述的密封具有更大的端面开启力，或者在相同的开启力下具有更小的泄漏率的效果。

本发明的技术方案是：

一种具有组合流体型槽结构的机械端面密封，设置于旋转机械的机壳和轴之间，机壳支承着静环，静环的背面与机壳间设置有弹簧，在弹簧的作用下，静环密封端面与一个套装于轴上且可以随轴一起转动的动环的密封端面紧贴，在所述的动环的密封端面上设有多组流体型槽，所述的流体型槽沿密封端面周向呈周期性排列，所述的流体型槽之间的非开槽区域构成密封堰，所述密封端面内径处的非开槽区域构成密封坝；所述流体型槽由大型槽和小型槽组合构成，所述的大型槽设置在所述端面的外径侧，其与密封介质相连通一端为泵汲口，与小型槽相连的另一端为泄漏口；所述的小型槽设置在所述端面的中部，其与大型槽相连通的一端为泵汲口，与密封端面内径处的非开槽区域的密封坝相连的一端为泄漏口；所述的大型槽和小型槽的槽深按密封端面半径由大至小呈收敛型变化，沿周向由槽壁凸面至凹面也呈收敛型变化。

所述的大型槽和小型槽的两侧的槽壁型线均为螺旋线。

所述的小型槽的槽壁凹面型线连接在大型槽的凹面型线上，小型槽的泵汲口连接于大型槽的泄漏口。

所述的大型槽和小型槽的槽深按密封面半径由大至小呈线性收敛型变化，大型槽和小型槽的槽深沿周向由槽壁凸面至凹面呈线性收敛型变化。

所述的流体型槽的槽数n：10≤n≤40，槽的螺旋角α：12°≤α≤25°，槽底沿径向的直线收敛斜面或阶梯收敛斜面与端面的夹角β_r：0.02°≤β_r≤0.1°，槽底沿周向的线性收敛斜面与端面的夹角β_θ：0.02°≤β_θ≤0.1°，大型槽与小型槽的径向长度比L₁/L₂：2≤L₁/L₂≤4，流体型槽的径向长度与密封端面宽度比L/W：0.6≤L/W≤0.8，大型槽和小型槽的泵汲口宽度与各自型槽的堰宽比B/C：0.8≤B₁/C₁≤1.2、0.2≤B₂/C₂≤0.4。

所述的大型槽的槽深按密封端面由外侧至内侧呈3-4个阶梯等差递减收敛型变化，小型槽为1个阶梯，其槽深比大型槽的最小槽深浅1个公差；所述的大型槽和小型槽的槽深沿周向由槽壁凸面至凹面呈线性收敛型变化。