[发明专利]一种具有多级螺旋槽的上游泵送机械密封环

说明书

本发明涉及一种具有多级螺旋槽的上游泵送机械密封环，端面上开有多个沿端面圆周均匀分布的多级螺旋槽，多级螺旋槽开口于端面低压侧，每级螺旋槽的周向宽度和深度从低压侧到高压侧递减，整体形成收敛间隙，这都大大增加了端面流体动压效应，从而使得机械密封在运转过程中的摩擦阻力减小，使用寿命得到极大延长。

技术领域

本发明涉及一种具有多级螺旋槽的上游泵送机械密封环，属于机械密封技术领域，特别适用于泵、压缩机、反应釜等各种旋转机械的轴封。

背景技术

近年来，为了改善机械密封中密封端面的润滑状态和使用寿命，出现了各种利用流体动静压效应的特殊机械密封结构，其中包括上游泵送机械密封。所谓“上游泵送”就是通过密封端面上开设的一定形状的泵送槽，将密封低压侧缓冲液体或少量的泄漏液体泵送向高压侧，各类泵送槽中以螺旋槽最为典型，且以单级螺旋槽居多。但是流体通过单级螺旋槽所产生的动压效应有限，使机械密封流体膜的承载能力或保持非接触的能力有限，容易发生端面的接触磨损，很大程度上抵消了所开泵送槽的减磨优势，造成启动停车效果差、端面磨损和使用寿命短。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有多级螺旋槽的上游泵送机械密封环，该密封环可有效提高机械密封的流体动压效应，降低机械密封端面直接接触引起的摩擦和磨损程度，从而使得机械密封的寿命得到极大延长。

本发明的技术方案是：

一种具有多级螺旋槽的上游泵送机械密封环，密封环端面的一侧为高压侧，另一侧为低压侧，密封环端面上开有3~25个沿端面圆周均匀分布的多级螺旋槽，多级螺旋槽开口于端面低压侧，密封环端面上未开槽区域形成密封坝；优选地，密封环端面上开有5~18个沿端面圆周均匀分布的多级螺旋槽；

每一个多级螺旋槽的级数为2~10级；

每一级螺旋槽都是由螺旋角相等的对数螺旋线构成，螺旋角α的范围0°＜∣α∣＜90°；优选地，10°≤∣α∣≤30°；

每级螺旋槽的周向宽度从低压侧到高压侧逐级递减，形成收敛间隙，相邻两级交界处对向高压侧的一侧，槽壁向槽内凹进形成角θ，0°＜θ＜90°；优选地，70°＜θ＜85°；

每级螺旋槽靠近低压侧的周向长度对应的圆心角为β，10°＜β＜45°，β的角度从低压侧到高压侧逐级减小；

多级螺旋槽的深度h为1~100μm，从低压侧到高压侧逐级递减，即h_n＜h_n-1，同一级槽的槽深不变化。

本发明所述具有多级螺旋槽的上游泵送机械密封环可作为机械密封结构中的动环或静环，或者动环和静环同时为所述的密封环均可。

本发明所述具有多级螺旋槽的上游泵送机械密封环端面，可采用电化学腐蚀、电火花、激光加工等工艺加工端面微造型，利用非接触光学轮廓仪来检测加工精度。

本发明工作原理：密封环在运行时，被密封的流体进入槽内，由于密封环上未开槽部分构成的密封坝的节流作用，导致进入槽内的流体压力升高，在此压力的推动下，动环与静环相分离，形成一层很薄的流体膜，从而使密封端面间形成非接触式密封。

本发明的有益效果是：