[发明专利]一种具有超亲气、超滑及导流特性的液膜密封环及其加工方法

说明书

本发明公开了一种具有超亲气、超滑及导流特性的液膜密封环及其加工方法，该密封环端面上设有流体型槽，所述流体型槽槽底面为超亲气表面，所述超亲气表面能吸附水蒸气及溶解在液膜内的气体。流体型槽槽底表面超亲气性对空化泡存在“吸力”，当密封副发生轻微振动时，超亲气表面将在一定程度上限制空泡运动，从而降低空泡破裂的可能性，减小振动和噪声；更重要的是，流体型槽槽底表面还会吸附溶解在液膜中的气体，一个个小气泡到达槽底面后发生汇聚、铺展，在槽底表面形成气层，降低固‑液界面的粘附剪切力，形成超滑界面，流场动能增加，使密封间隙内流体沿微纹理的导流效应增强，可大幅提高液膜密封综合性能。

技术领域

本发明属于机械密封技术领域，具体涉及具有超亲气、超滑及导流特性的液膜密封环及其加工方法。

背景技术

高速运转的密封装备中需要用到密封副进行密封，该种密封副通常由一个具有亲水、高黏附和一个具有亲水、低黏附特性的密封环组成，前者如碳化硅陶瓷环，后者如浸渍碳石墨环，一个密封环为动环，另一个密封环为静环，动环、静环之间形成流体膜，流体型槽开设在其中一个环的端面，密封动环的旋转运动使低压侧流体泵送到流体型槽中，在流体型槽末端形成高压区，从而使得流体膜产生较强的承载能力而保持密封端面的非接触。

但是，高速运转的密封装备常会出现泄漏、振动、噪声等失效现象，严重阻碍了液膜密封向高工况、长寿命方向的进一步拓展。相关研究发现，密封微尺度间隙中的液膜在运行过程中会伴有空化气泡出现；气泡的溃灭是导致振动和噪声产生的重要原因。气泡溃灭还会使密封端面出现材料剥蚀，严重时会引发密封介质的严重泄漏。相关研究表明：在一般工况下稳定运行时，空化泡又可起提升密封承载力和降低泄漏率的效果。因此，综合考虑空化效应的害与利，寻找合理、有效的空化调控方法是液膜密封技术及其他相关领域亟需解决的前沿问题。

发明内容

本发明针对目前的不足，提出一种具有超亲气、超滑及导流特性的液膜密封环，可提升液膜密封高速运转稳定性，延长设备安全运行周期，拓展超润滑涂层运用领域，发展流体密封理论。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种具有超亲气、超滑及导流特性的液膜密封环，该密封环端面上设有流体型槽，其特征在于：所述流体型槽槽底面为超亲气表面，所述超亲气表面能吸附水蒸气及溶解在液膜内的气体。

进一步地，所述流体型槽槽底具有导流纹理，所述流体型槽内部的流体可以沿着所述导流纹理向槽根聚集，所述导流纹理方向与所述流体型槽槽区内流体的流动方向一致。

进一步地，所述流体型槽槽底表面镀有碳膜，形成超亲气表面。

进一步地，所述流体型槽为螺旋槽。

进一步地，所述导流纹理为若干条平行设置的凸条纹和凹条纹，所述凸条纹和凹条纹间隔设置，且所述凸、凹条纹延伸方向与所述流体型槽槽区内流体的流动方向一致。

进一步地，所述凸、凹条纹截面呈矩形、三角形、不规则四边形或曲线形中的任意一种；

或者，所述凸条纹和所述凹条纹表面粗糙度数值大小范围为0.2~0.3μm；

进一步地，该密封环为静环。

本发明还公开了一种加工上述具有超亲气、超滑及导流特性的液膜密封环的方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1在槽底沿流体型槽槽区流体流动方向加工导流纹理；

S2在所述导流纹理表面镀上亲气膜层，形成超亲气表面。

进一步地，在所述步骤S1中，所述密封端面为陶瓷材料，利用激光加工技术在所述流体型槽槽底加工导流纹理。

进一步地，在所述步骤S2中，采用物理气相沉积技术进行镀膜，所述亲气膜层厚度为纳米级或者微米级。

上述技术方案可以得到以下有益效果：