一种穗形排布微孔端面机械密封结构

摘要

一种穗形排布微孔端面机械密封结构，包括机械密封的动环、静环，所述动环和静环的端面的一侧为高压侧即上游，所述动环和静环的端面的另一侧为低压侧即下游，所述动环或静环至少一个端面上开有依照旋转中心对称分布的由倾斜式动压微孔和无方向减压微孔组成的穗形微孔组，所述减压微孔设在动压微孔的末端，所述穗形微孔组构成环带，所述环带设在端面上游，所述环带的下游设有光滑平面的环形密封坝。本发明的有益效果：可控制微孔端面的流体动压效应、增大阻尼，提高了密封抗扰动能力和稳定性；可以充分发挥微孔防固体颗粒的能力和优势；增强的流体动压效应和抗扰动性提高了密封的非接触稳定性、耐磨损，延长了使用寿命，提高了密封的可靠性。

说明书

技术领域

本发明属于机械端面密封技术领域，特别涉及适用于各种压缩机、泵和釜等旋转机械转轴的轴端密封装置，尤其涉及一种穗形排布微孔端面机械密封结构。

背景技术

由于表面纹理技术在表面减摩方面的特有优势，在机械密封中已得到成功应用，工程实践表明表面微结构的减摩耐磨作用可以有效提高密封端面的耐磨性和使用寿命。特别是在易汽化结晶、固体颗粒含量较高或高操作参数等场合，微孔密封表现出优良的摩擦学特性，微孔密封的研究和应用日益受到人们的重视。

自Etsion I.最先发明了一种多(微)孔端面密封应用于泵类液体轴封装置，为改善微孔端面在干气密封和低速工况中动压开启能力差的问题，国内外陆续出现了变分布微孔、螺旋槽辅助微孔、方向性微孔等多种微孔密封端面结构，有效提高微孔端面的开启能力，可充分利用微孔结构的防固体颗粒能力延长密封端面的使用寿命。但是，动压开启能力提高的同时易导致密封流体膜的抗干扰能力变差，特别是在高转速工况下端面易出现接触磨损，很大程度上抵消了微孔的减磨优势，影响密封的可靠性和使用寿命。

发明内容

为了克服已有技术中密封的高速抗干扰能力差的不足，本发明提供一种能应用于各种条件的介质，改善微孔端面的随动性，减少端面的接触磨损，充分发挥微孔端面的减磨优势，使得密封抗干扰效果好，可频繁启动，可靠性高，使用寿命长的穗形排布微孔端面机械密封结构。

    本发明的技术方案是：

一种穗形排布微孔端面机械密封结构，包括机械密封的动环、静环，所述动环和静环的端面的一侧为高压侧即上游，所述动环和静环的端面的另一侧为低压侧即下游，其特征在于：所述动环或静环至少一个端面上开有依照旋转中心对称分布的由倾斜式动压微孔和无方向减压微孔组成的穗形微孔组，所述减压微孔设在动压微孔的末端，所述穗形微孔组构成环带，所述环带设在端面上游，所述环带的下游设有光滑平面的环形密封坝。

进一步，所述环带沿径向设有多个穗形微孔组。

或者，所述环带沿与径向成角度倾斜的方向设有多个穗形微孔组。

进一步，所述动压微孔是方向性动压微孔，其长轴和短轴之比大于1，所述长轴与通过动压微孔中心的密封端面直径成倾斜角度。

进一步，所述动压微孔深度取值范围为2~10 μm；所述动压微孔的长轴和短轴之比取值范围为1~10；所述动压微孔的短轴取值范围为10～1000 μm。

进一步，所述环形密封坝的径向宽度范围为0.1～10 mm。

本发明所述的动压微孔为方向性微孔，微孔的形状可以为椭圆形、长方形、菱形等规则图形；所述减压微孔的形状可以为圆形、正方形、六边形等规则图形。

本发明的工作原理：

穗形微孔组中的动压微孔倾斜以后在速度剪切作用下使径向流体阻力减小导致密封上游高压向低压侧移动而形成动压开启力，形成微型动压槽，从而提高了整个密封端面的动压开启力，其强弱决定于微孔尺寸和倾斜角度，而整体的穗形分布微孔组可进一步通过流体导向作用改善密封开启性能。当流体在剪切作用下继续进入减压微孔后，由于流体容积突然增加，压力急剧降低，从而使动压微孔的高压受到抑制。在低压启动时，可以快速分离密封端面摩擦副，在高速条件下，可控制流体膜的刚度提高流体膜的稳定性。同时穗形微孔组中微孔的孔深和孔径比较大形成的密封间隙尺寸突变效应使得流进微孔的流体产生涡流，显著增大密封端面流体膜阻尼，减小密封振动，进一步增强高速下密封的稳定性，减少密封端面的接触摩擦。 

穗形微孔组设在端面上游，即高压侧，可以很好的阻止固体颗粒进入密封端面，当有微量颗粒进入端面之后，微孔可以起到吸纳作用，有效发挥微孔的防固体颗粒的能力，减磨耐磨能力提高，使该密封可以应用于含固体颗粒浓度较高的场合。同时，特有的倾斜式动压微孔，大大提高端面间流体动压效应，提供了保持端面非接触的最大能力，增大了密封的轴向刚度，而当速度过高时，减压微孔可有效抑制流体膜刚度。穗形微孔组中微孔的阻尼效应显著减小密封振动，增强了密封端面的抗扰动能力，从而使该密封的抗干扰能力或稳定性及在低压条件下的启动或停车性能优于一般螺旋槽流体动压机械密封。

    本发明的有益效果主要表现在：l、密封端面上独特的倾斜式动压微孔结构和减压微孔，可控制微孔端面的流体动压效应、增大阻尼，提高了密封抗扰动能力和稳定性；2、通过设置微孔的孔深可以应用于液体介质和气体介质，可以充分发挥微孔防固体颗粒的能力和优势；3、增强的流体动压效应和抗扰动性提高了密封的非接触稳定性、耐磨损，延长了使用寿命，提高了密封的可靠性。

附图说明

图1为本发明的一种实施方式端面结构示意图。

图2为图1中A部分的放大图。

图3为本发明纵向剖视图。

图4为本发明的另一种实施方式端面结构示意图。

具体实施方式

实施例一

参照图1-3，一种穗形排布微孔端面机械密封结构，包括机械密封的动环4、静环3，所述动环4和静环3的端面的一侧为高压侧即上游，所述动环4和静环3的端面的另一侧为低压侧即下游，所述静环3端面上开有依照旋转中心对称分布的由倾斜式动压微孔11和无方向减压微孔12组成的穗形微孔组，所述减压微孔12设在动压微孔11的末端，所述穗形微孔组1构成环带，所述环带设在端面上游，所述环带的下游设有光滑平面的环形密封坝。

所述环带沿径向设有多个穗形微孔组1。所述动压微孔11是方向性动压微孔，其长轴和短轴之比大于1，所述长轴与通过动压微孔11中心的密封端面直径成倾斜角度。

所述动压微孔11深度优化取值范围为2~10 μm；所述动压微孔11的长轴和短轴之比优选取值范围为1~10；所述动压微孔11的短轴取值范围为10～1000 μm。

所述环形密封坝2的径向宽度范围为0.1～10 mm。

本发明所述的动压微孔为方向性微孔，微孔的形状可以为椭圆形、长方形、菱形等规则图形；所述减压微孔的形状可以为圆形、正方形、六边形等规则图形。

本发明的工作原理：

穗形微孔组1中的动压微孔11倾斜以后在速度剪切作用下使径向流体阻力减小导致密封上游高压向低压侧移动而形成动压开启力，形成微型动压槽，从而提高了整个密封端面的动压开启力，其强弱决定于微孔尺寸和倾斜角度，而整体的穗形分布微孔组1可进一步通过流体导向作用改善密封开启性能。当流体在剪切作用下继续进入减压微孔12后，由于流体容积突然增加，压力急剧降低，从而使动压微孔的高压受到抑制。在低压启动时，可以快速分离密封端面摩擦副，在高速条件下，可控制流体膜的刚度提高流体膜的稳定性。同时穗形微孔组1中微孔的孔深和孔径比较大形成的密封间隙尺寸突变效应使得流进微孔的流体产生涡流，显著增大密封端面流体膜阻尼，减小密封振动，进一步增强高速下密封的稳定性，减少密封端面的接触摩擦。 

穗形微孔组1设在端面上游，即高压侧，可以很好的阻止固体颗粒进入密封端面，当有微量颗粒进入端面之后，微孔可以起到吸纳作用，有效发挥微孔的防固体颗粒的能力，减磨耐磨能力提高，使该密封可以应用于含固体颗粒浓度较高的场合。同时，特有的倾斜式动压微孔11，大大提高端面间流体动压效应，提供了保持端面非接触的最大能力，增大了密封的轴向刚度，而当速度过高时，减压微孔12可有效抑制流体膜刚度。穗形微孔组1中微孔的阻尼效应显著减小密封振动，增强了密封端面的抗扰动能力，从而使该密封的抗干扰能力或稳定性及在低压条件下的启动或停车性能优于一般螺旋槽流体动压机械密封。  

实施例二

参照图4，本实施例与实施例一的不同之处在于所述环带沿与径向成角度倾斜的方向设有多个穗形微孔组1。其余结构与功能均与实施例一相同。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。