[发明专利]具有定型密封面的密封环的非接触式、空隙型密封件

说明书

本发明是申请日为1992年2月21日，申请号为07/839，584的特批申请的后续申请，其也是申请日为1990年7月17日，申请号为07/553，397，现在的美国专利US-5，090，712的后续申请。

本发明一般的涉及用于密封壳体和相对转动的轴之间的空间的机械面密封件，特别是本发明涉及的面密封件的密封面上有浅槽，以使在相对转动的密封元件之间保持空隙。

螺旋槽型机械面密封件常用于旋转轴和壳体之间的非接触式密封。在两个密封面中，其中之一相对于另一密封面转动，由至少一个密封表面上的螺旋槽将压力流体泵送到密封表面之间形成流体膜，在两密封面之间保持空隙。在援予Gardner的美国专利US-3，804，424和授予Sedy的美国专利US-4，212，475和US-4，290，611中可以看到螺旋槽型密封件的实例。所有这些专利都以普通转让形式转让给本发明的受让人。

在这些专利中描述的螺旋型面密封件和那些目前常用的螺旋型面密封件中具有环状主密封环，其具有径向延伸的密封面，它相对于环状配合密封环的径向延伸的密封面进行密封。在操作过程中，主密封环或配合密封环随着轴转动，且包括径向密封面，该密封面相对于另一密封环的径向密封面进行密封，所述另一密封环自身密封地设置在壳体上。在常规的接触式密封件中，相对转动的过程中，两密封面之间的摩擦产生热，引起密封面变形，缩短密封元件的寿命，还会产生其他不希望有的情况。

已经发现，在相对转动的径向密封面之间的非常狭窄的空隙或空间可以使非常少量的密封流体泄漏或流到低压一侧，但是发现引导流体穿过相对转动的密封面之间提供了对流冷却效果，它可以防止产生不希望的热量。通过一系列的在一个主密封环或配合密封环或两个密封环的密封面上的螺旋槽即可获得这种间隙，这是因为一个密封环相对于另一密封环转动，如同泵机构一样，迫使流体在密封面之间流动。流体的流动将密封面分开，流体如同润滑剂膜的作用，保持空隙并使得密封面相互相对滑动，在它们之间不产生直接接触。

其他机械面密封件利用其他类型的槽形表面的方案已经被提出。例如美国专利US-4，420，162描述了一种面密封件，其具有从内圆周延伸到外圆周的螺旋槽，这些螺旋槽相对于密封面的转动方向向前和向后倾斜，当相对倾斜的成组的槽工作，将不同的流体泵送入空隙时，向前或向后倾斜的一组槽的作用是将密封流体泵送出密封面之间的空隙以外。

但是，这些密封面的结构没有提出理想的密封结构，尤其是当要求密封结构参数有更高的运应性时更是这样。例如，在美国专利US-4，420，162中描述的密封面中螺旋槽的结构，其在接触密封面的情况下，使流体泵送通过密封件。

密封面只能沿一个方面泵送流体提供在密封面之间形成过大厚度的流体膜，因此导致不希望的和不需要的泄漏。如果在密封环的内径或外径附近设有密封挡圈，多少能使泄漏减少。密封挡圈是靠近带槽的环形表面的无槽环形表面。此外，在现有技术中，密封面上螺旋槽的方向呈非对称性，为了在密封面之间形成空隙，旋转的密封面只能朝着一个方向转动。轴朝着相反方向旋转或密封环安装不当时，在密封面之间将产生真空而不是空隙。这样，设备在运转过程中将使密封元件严重损坏。

正如Sedy的美国专利US-4，212，475已经认识到的那样，要求流体膜的厚度尽可能小以便减少泄漏，与此同时可以增强液体膜的刚度，从而提高密封面和空隙尺寸的稳定性。由Sedy的专利提供的解决方案相对于台肩和挡圈的尺寸在槽的长、宽和厚度上有特定的参数。当流体泄漏不成问题时，这个方案工作得足够好，但是在工作中仍然要产生比需要更多的泄漏。而且，Sedy的美国专利US-4，212，475的密封件的结构受例如轴的转数和转动方向的特殊参数的限制。

本发明是美国专利US-5，090，712的后续申请，而且要求对发明主题中公开的共同权益予以保护。在上述专利文件公开的内容中已告知，不论轴的转向如何，在壳体和相对转动的轴之间需要采用非接触式，空隙型密封件进行密封。美国专利US-5，090，712公开和要求保护的密封面形状，对于朝向任一个方向转动的轴，在上述类型的密封件中提供密封能力。根据美国专利US-5，090，712公开的一些共同的原理，本发明人提出了密封面形状的改进方案和另外一些实施例，在特殊应用中，密封流体和防止流体泄漏的效果等于或优于上述专利文件中的密封面结构。