旋转机械设备的密封端面结构制造技术

本发明专利技术提供一种旋转机械设备的密封端面结构，包括静环及可相对所述静环转动的动环，所述静环或所述动环的低压侧为下游侧，所述静环或所述动环的高压侧为上游侧；所述静环或所述动环相对表面的下游侧具有多条反向槽组，多条所述反向槽组沿径向方向间隔分布，每条所述反向槽组均包括多个沿周向方向分布的反向螺旋槽。采用多条反向槽组后，可以增强下游侧流体的泵送能力，同时，反向槽组中的反向螺旋槽可以存储流体，以减小密封端面的摩擦磨损，提高密封的使用寿命，保证机械密封的效果。

【技术实现步骤摘要】
旋转机械设备的密封端面结构
本专利技术涉及机械密封领域，特别是涉及一种旋转机械设备的密封端面结构。
技术介绍
机械密封是一种依靠弹性元件对动静环端面密封副的预紧和介质压力与弹性元件压力的压紧而达到密封的轴向端面密封装置，又称端面密封。通过流场计算和理论设计，使得密封在指定的工作条件下，能够在随轴转动的动环和相对静止的静环端面间形成一层微米级厚度的稳定流体膜，从而限制工作介质的泄漏，同时对摩擦副端面起到减磨润滑的作用。在工程应用当中，很多旋转机械要求机械密封达到使用寿命长、适用工况范围广、工作性能稳定、低泄漏甚至零泄漏的高性能要求。常见的动静压结合型上游泵送机械密封，在密封端面上设计具有泵送能力的浅槽，以达到阻碍密封流体的泄漏。但是，对于目前的低泄漏机械密封而言，启停时未形成稳定的流体膜，密封端面的接触磨损大，影响机械密封的效果。
技术实现思路
基于此，有必要针对目前密封端面磨损大以及上游泵送能力不足的问题，提供一种减小磨损、提高上游泵送能力的旋转机械设备的密封端面结构。上述目的通过下述技术方案实现：一种旋转机械设备的密封端面结构，包括静环及可相对所述静环转动的动环，所述静环或所述动环的低压侧为下游侧，所述静环或所述动环的高压侧为上游侧；所述静环或所述动环相对表面的下游侧具有多条反向槽组，多条所述反向槽组沿径向方向间隔分布，每条所述反向槽组均包括多个沿周向方向分布的反向螺旋槽。在其中一个实施例中，从所述下游侧至所述上游侧，各所述反向槽组中所述反向螺旋槽的数量逐渐减少；或者，各所述反向槽组中所述反向螺旋槽的数量相同。在其中一个实施例中，多条所述反向槽组包括主槽及多条副槽，多条所述副槽位于所述主槽与所述下游侧之间。在其中一个实施例中，所述主槽中所述反向螺旋槽的数量为6个～48个，所述主槽中所述反向螺旋槽相邻两个侧壁对应切线的夹角范围为5°～80°；所述副槽中所述反向螺旋槽的数量为所述主槽中所述反向螺旋槽的数量的2倍～10倍，所述副槽中所述反向螺旋槽相邻两个侧壁对应切线的夹角范围为5°～80°。在其中一个实施例中，所述动环与所述静环相接触的表面为密封环面，所述反向槽组沿径向方向的宽度为所述密封环面径向宽度的1/3～3/4；和/或，所述副槽中所述反向螺旋槽的槽深均大于所述主槽中所述反向螺旋槽的槽深，且从所述上游侧至所述下游侧，各所述副槽中所述反向螺旋槽的槽深逐级增大。在其中一个实施例中，所述主槽中所述反向螺旋槽的槽深为5μm～100μm，所述副槽中所述反向螺旋槽的槽深比所述主槽中所述反向螺旋槽的槽深深1μm～50μm。在其中一个实施例中，所述主槽与相邻的所述副槽之间形成第一副坝区，所述主槽中所述反向螺旋槽的径向宽度与所述第一副坝区的径向宽度之比为0.2～5；和/或，相邻的所述副槽之间形成第二副坝区，所述副槽中所述反向螺旋槽的径向宽度与所述第二副坝区的径向宽度之比为0.2～5。在其中一个实施例中，在所述主槽的周向方向上，相邻所述反向螺旋槽之间形成主反向密封堰区，所述主槽中所述反向螺旋槽的周向宽度与所述主反向密封堰区的周向宽度之比为0.2～5；在所述副槽的周向方向上，相邻所述反向螺旋槽之间形成副反向密封堰区，所述副槽中所述反向螺旋槽的周向宽度与所述副反向密封堰区的周向宽度之比，为所述主槽中所述反向螺旋槽的周向宽度与所述主反向密封堰区的周向宽度之比的1/10～1/2。在其中一个实施例中，多条所述副槽包括第一副槽和第二副槽，所述第二副槽位于所述下游侧，所述第一副槽位于所述主槽与所述第一副槽之间，所述主槽中所述反向螺旋槽即为主反向螺旋槽，所述第一副槽中所述反向螺旋槽即为第一副反向螺旋槽，所述第二副槽中所述反向螺旋槽即为第二副反向螺旋槽，所述主槽与相邻的所述副槽之间形成第一副坝区，相邻的所述副槽之间形成第二副坝区，所述第一副槽的副反向密封堰区为第一副反向密封堰区，所述第二副槽的副反向密封堰区为第二副反向密封堰区；所述主反向螺旋槽的数量为6个～48个，所述主反向螺旋槽相邻两个侧壁对应切线的夹角范围为5°～80°；所述主反向螺旋槽的径向宽度与所述第一副坝区的径向宽度之比为0.2～5；所述主反向螺旋槽的周向宽度与主反向密封堰区的周向宽度之比为0.2～5，所述主反向螺旋槽的槽深为5μm～100μm；所述第一副反向螺旋槽的数量为所述主反向螺旋槽数量的2倍～4倍，所述第一副反向螺旋槽相邻两个侧壁对应切线的夹角范围为5°～80°；所述第一副反向螺旋槽的径向宽度与所述第二副坝区的径向宽度之比为0.2～5；所述第一副反向螺旋槽的周向宽度与第一副反向密封堰区的周向宽度之比为0.2～5，所述第一副反向螺旋槽的槽深比所述主反向螺旋槽的槽深深1μm～50μm；所述第二副反向螺旋槽的数量为所述主反向螺旋槽数量的5倍～10倍，所述第二副反向螺旋槽相邻两个侧壁对应切线的夹角范围为5°～80°；所述第二副反向螺旋槽的径向宽度与所述第二副坝区的径向宽度之比为0.2～5；所述第二副反向螺旋槽的周向宽度与第二副反向密封堰区的周向宽度之比为0.2～5，所述第二副反向螺旋槽的槽深比所述第一副反向螺旋槽的槽深深1μm～50μm。在其中一个实施例中，至少一个所述主反向螺旋槽对应几个所述第一副反向螺旋槽及几个第二副反向螺旋槽；所述第一副反向螺旋槽的数量及所述第二副反向螺旋槽的数量随所述主反向螺旋槽的数量变化。在其中一个实施例中，所述静环或所述动环相对表面的上游侧还具有至少一条正向槽组，所述正向槽组包括多个沿周向方向分布的正向螺旋槽，所述正向螺旋槽的旋向与所述反向螺旋槽的旋向相反。在其中一个实施例中，所述副槽中各所述反向螺旋槽的面积和大于所述主槽中各所述反向螺旋槽的面积和，且各所述副槽中所述反向螺旋槽的面积和从所述上游侧至所述下游侧逐渐增加；和/或，所述正向槽组沿径向方向的宽度为所述密封环面径向宽度的1/5～1/2。在其中一个实施例中，所述正向槽组中，所述正向螺旋槽的数量为6个～48个，所述正向螺旋槽相邻两个侧壁对应切线的夹角范围为5°～80°，所述正向螺旋槽的槽深为5μm～100μm。在其中一个实施例中，所述反向槽组与所述正向槽组之间形成主坝区，所述正向螺旋槽的径向宽度与所述主坝区的径向宽度之比为0.2～5；在所述正向槽组的周向方向上，相邻的所述正向螺旋槽之间形成正向密封堰区，所述正向螺旋槽的周向宽度与所述正向密封堰区的周向宽度之比为0.2～5。在其中一个实施例中，所述反向槽组中的各所述反向螺旋槽的槽壁连线为对数螺旋线、阿基米德螺旋线或圆弧线；和/或，所述正向槽组中的各所述正向螺旋槽的槽壁连线为对数螺旋线、阿基米德螺旋线或圆弧线。采用上述技术方案后，本专利技术至少具有如下技术效果：本专利技术的旋转机械设备的密封端面结构，密封端面结构中的流体沿动环的旋转方向在密封环周向上顺时针或逆时针流动时，流体进入反向槽组的反向螺旋槽，在反向螺旋槽槽壁的导流作用下由下游侧向动环或静环的中部流动，以抵消密封端面结构内外径压差的影响。当反向槽组的上游泵送能力与内外径压差作用达到平衡时，在反向螺旋槽区域会形成密封介质与大气的环状分界线，从而实现密封介质的零泄漏。采用多条反向槽组后，可以增加流体膜在密封端面件的面积。有效的解决目前密封端面磨损大的问题。本专利技术的断面密封结构通过多条反向螺旋槽减小密封本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋转机械设备的密封端面结构，其特征在于，包括静环及可相对所述静环转动的动环，所述静环或所述动环的低压侧为下游侧，所述静环或所述动环的高压侧为上游侧；所述静环或所述动环相对表面的下游侧具有多条反向槽组，多条所述反向槽组沿径向方向间隔分布，每条所述反向槽组均包括多个沿周向方向分布的反向螺旋槽。

【技术特征摘要】
1.一种旋转机械设备的密封端面结构，其特征在于，包括静环及可相对所述静环转动的动环，所述静环或所述动环的低压侧为下游侧，所述静环或所述动环的高压侧为上游侧；所述静环或所述动环相对表面的下游侧具有多条反向槽组，多条所述反向槽组沿径向方向间隔分布，每条所述反向槽组均包括多个沿周向方向分布的反向螺旋槽。2.根据权利要求1所述的密封端面结构，其特征在于，从所述下游侧至所述上游侧，各所述反向槽组中所述反向螺旋槽的数量逐渐减少；或者，各所述反向槽组中所述反向螺旋槽的数量相同。3.根据权利要求1所述的密封端面结构，其特征在于，多条所述反向槽组包括主槽及多条副槽，多条所述副槽位于所述主槽与所述下游侧之间。4.根据权利要求3所述的密封端面结构，其特征在于，所述主槽中所述反向螺旋槽的数量为6个～48个，所述主槽中所述反向螺旋槽相邻两个侧壁对应切线的夹角范围为5°～80°；所述副槽中所述反向螺旋槽的数量为所述主槽中所述反向螺旋槽的数量的2倍～10倍，所述副槽中所述反向螺旋槽相邻两个侧壁对应切线的夹角范围为5°～80°。5.根据权利要求3所述的密封端面结构，其特征在于，所述动环与所述静环相接触的表面为密封环面，所述反向槽组沿径向方向的宽度为所述密封环面径向宽度的1/3～3/4；和/或，所述副槽中所述反向螺旋槽的槽深均大于所述主槽中所述反向螺旋槽的槽深，且从所述上游侧至所述下游侧，各所述副槽中所述反向螺旋槽的槽深逐级增大。6.根据权利要求5所述的密封端面结构，其特征在于，所述主槽中所述反向螺旋槽的槽深为5μm～100μm，所述副槽中所述反向螺旋槽的槽深比所述主槽中所述反向螺旋槽的槽深深1μm～50μm。7.根据权利要求3所述的密封端面结构，其特征在于，所述主槽与相邻的所述副槽之间形成第一副坝区，所述主槽中所述反向螺旋槽的径向宽度与所述第一副坝区的径向宽度之比为0.2～5；和/或，相邻的所述副槽之间形成第二副坝区，所述副槽中所述反向螺旋槽的径向宽度与所述第二副坝区的径向宽度之比为0.2～5。8.根据权利要求3所述的密封端面结构，其特征在于，在所述主槽的周向方向上，相邻所述反向螺旋槽之间形成主反向密封堰区，所述主槽中所述反向螺旋槽的周向宽度与所述主反向密封堰区的周向宽度之比为0.2～5；在所述副槽的周向方向上，相邻所述反向螺旋槽之间形成副反向密封堰区，所述副槽中所述反向螺旋槽的周向宽度与所述副反向密封堰区的周向宽度之比，为所述主槽中所述反向螺旋槽的周向宽度与所述主反向密封堰区的周向宽度之比的1/10～1/2。9.根据权利要求3至8任一项所述的密封端面结构，其特征在于，多条所述副槽包括第一副槽和第二副槽，所述第二副槽位于所述下游侧，所述第一副槽位于所述主槽与所述第一副槽之间，所述主槽中所述反向螺旋槽即为主反向螺旋槽，所述第一副槽中所述反向螺旋槽即为第一副反向螺旋槽，所述第二副槽中所述反向螺旋槽即为第二副反向螺旋槽，所述主槽与相邻的所述副槽之间形成第一副坝区，相邻的所述副槽之间形成第二副坝区，所述第一副槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄伟峰，王子羲，潘晓波，郭飞，李德才，刘莹，李永健，贾晓红，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11