本實(shí)用新型涉及一種余弦曲線型機(jī)械密封端面結(jié)構(gòu)，屬于流體密封技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

軸端密封是各種旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械中基礎(chǔ)的關(guān)鍵部件。目前非接觸式機(jī)械密封以其優(yōu)良的性能已成為高參數(shù)旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械的首選軸端密封。為提高機(jī)械密封的工作可靠性，增強(qiáng)密封端面的的潤滑性能，消除端面磨損，減小摩擦系數(shù)，常常在動環(huán)或靜環(huán)的端面上設(shè)置一定的表面織構(gòu)或型槽，使機(jī)械密封流體動壓效應(yīng)和靜壓效應(yīng)相結(jié)合形成端面開啟力，使動靜環(huán)端面之間形成完整的流體潤滑液膜，產(chǎn)生一定的流體膜剛度，防止密封面運(yùn)行過程中由于外界擾動而引起端面貼合，造成干摩擦，避免端面磨損。但是，與此同時(shí)伴隨端面流體膜厚度或間隙的增大，將引起較大的泄漏率。

目前，常用的密封裝置有干氣密封和上游泵送機(jī)械密封等，但是這兩類先進(jìn)密封技術(shù)均要求采用雙端面或串聯(lián)式機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，因此增加了使用成本，降低了密封的可靠性，而且對輔助系統(tǒng)要求比較苛刻。最近，美國專利US7194803公開了一種端面型槽具有泵送回流功能的激光臉端面密封，在此基礎(chǔ)上，國內(nèi)專利ZL200920043048.5公布了一種具有類似功能的機(jī)械密封。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中密封的回流效果不明顯，防固體顆粒能力差，密封性能差的不足，本實(shí)用新型提供一種回流效果明顯，泄漏率小、能應(yīng)用于各種介質(zhì)，防固體顆粒能力強(qiáng)、靜動壓效應(yīng)好、可以頻繁啟動和雙向旋轉(zhuǎn)的一種余弦曲線型機(jī)械密封端面結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型所述的一種余弦曲線型機(jī)械密封端面結(jié)構(gòu)，包括機(jī)械密封的動環(huán)和靜環(huán)，所述動環(huán)以及所述的靜環(huán)的密封端面外端作為高壓側(cè)即上游，密封端面內(nèi)端作為低壓側(cè)即下游，其特征在于：所述的密封端面低壓側(cè)設(shè)有光滑且連續(xù)的環(huán)形密封壩；所述的密封端面高壓側(cè)設(shè)有多個(gè)周期性分布曲線槽，所述的曲線槽沿相應(yīng)密封端面周向排布成以密封端面中心為圓心的環(huán)形，曲線槽的側(cè)面槽線為半個(gè)周期的余弦曲線，并且余弦曲線的對稱軸沿密封端面徑向分布，余弦曲線的開口位于密封端面的上游，余弦曲線的頂點(diǎn)位于環(huán)形壩的上游，并且每個(gè)曲線槽的兩側(cè)都配有對稱分布的微槽；所述的密封端面位于環(huán)形壩上游曲線槽之間未開槽區(qū)域設(shè)有用于限流和靜密封的密封堰。

所述的曲線槽為等深型槽或是沿徑向呈階梯收斂的或是漸變收斂的收斂型槽，或是從余弦曲線向其對稱中心線漸變收斂的收斂型槽。

曲線槽的周期數(shù)為：6～20。

所述曲線槽的槽深范圍為：1～30μm。

密封介質(zhì)為液體時(shí)，槽深范圍為：10～30μm。

密封介質(zhì)為氣體時(shí)，槽深范圍為：1～10μm。

所述微槽對稱分布于曲線槽的兩側(cè)，微槽向曲線槽靠攏，所述微槽徑向尺寸和周向尺寸均小于曲線槽的徑向或周向尺寸。

所述微槽的形狀包括多邊形、圓、橢圓、和曲邊多邊形。

所述微槽為多邊形和曲邊多邊形，則所述多邊形和曲邊多邊形一邊應(yīng)和密封壩區(qū)相切或重合。

所述曲線槽的寬度為w_r,其中0<w_r<w，w為密封端面寬度。

所述曲線槽的寬度為w_r＝1～6mm。

所述的曲線槽的側(cè)面槽線還可以為類余弦曲線，包括正弦曲線、余弦曲線或者與正弦余弦曲線類似的山形曲線。

本實(shí)用新型的工作原理：密封端面間流體膜中的部分流體在壓差流和剪切流作用下，流向下游內(nèi)徑處，同時(shí)潤滑端面，形成泄漏流。一部分流體進(jìn)入余弦型曲線槽，在上游側(cè)余弦型曲線槽開口較大，可形成較強(qiáng)的流體靜壓效應(yīng)，向下游側(cè)逐漸縮小，可以有效地減小泄漏。余弦型曲線槽沿徑向以不同的方式都呈收斂間隙，故余弦型曲線槽根部可產(chǎn)生明顯的流體動壓效應(yīng)以形成高壓區(qū)，可以有效地提高承載能力，同時(shí)由于兩側(cè)微孔或微槽的存在可產(chǎn)生上游泵送效應(yīng)，使得泄漏大大減小。由于余弦型曲線槽具有對稱的光滑過渡的輪廓，能夠較容易地將槽內(nèi)的固體顆粒帶出，大大降低密封端面的磨損，同時(shí)加大了密封端面的流體和介質(zhì)側(cè)流體的交換，可有效地降低密封端面的溫度。余弦型曲線槽兩側(cè)的微槽或微孔除提供流體動靜壓效應(yīng)外，也可將槽底流體向高壓側(cè)泵送，部分彌補(bǔ)壓差流導(dǎo)致的流體泄漏。在結(jié)構(gòu)尺寸相同的條件下，本實(shí)用新型的新型機(jī)械密封相比于類似的流體動壓型機(jī)械密封，在保證足夠的流體動壓效應(yīng)的前提下，使得上游泵送效應(yīng)大大增強(qiáng)，可以保持較高的流體膜承載能力與流體膜剛度，具有優(yōu)良的潤滑冷卻效果，大大減小了密封流體向低壓側(cè)的泄漏量及端面摩擦熱，同時(shí)也具有較強(qiáng)的沖洗作用，提高了防固體顆粒的能力，密封的運(yùn)行可靠性增強(qiáng)，泄漏率下降。

本實(shí)用新型的有益效果：

(1)本實(shí)用新型采用余弦型曲線槽及微孔/微槽組合結(jié)構(gòu)的機(jī)械密封端面結(jié)構(gòu)，由于型槽側(cè)壁型線采用泵送效應(yīng)和導(dǎo)流效果良好的余弦曲線，端面之間的流體介質(zhì)在一定的速度下具有良好的回流效應(yīng)，防固體顆粒能力加強(qiáng)，余弦型曲線槽兩側(cè)的微孔/微槽具有上游泵送效應(yīng)，進(jìn)一步提高回流泵送作用，因此改善了機(jī)械密封的密封性，可靠性和穩(wěn)定性；

(2)本實(shí)用新型中的余弦型曲線槽面積分布集中，在上游側(cè)開口面積大，有利于靜壓效應(yīng)的提高，向下游側(cè)逐漸減小，有利于減小泄漏。由于余弦型曲線槽沿徑向呈收斂間隙，同時(shí)所述余弦型曲線槽可以是沿徑向呈階梯收斂的或是漸變收斂的收斂型槽，或是從余弦曲線向其對稱中心線漸變收斂的收斂型槽，故采用本實(shí)用新型的機(jī)械密封在正常的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下能夠產(chǎn)生足夠大的流體動壓效應(yīng)和液膜承載能力，提高了機(jī)械密封在正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下的穩(wěn)定性；

(3)余弦曲線型等深、漸變收斂型槽的加工可采用現(xiàn)代前沿的激光加工技術(shù)，能夠獲得高精度光滑底面等深槽和漸變型槽，本質(zhì)上保證本實(shí)用新型功能的實(shí)現(xiàn)；

(4)本實(shí)用新型的密封結(jié)構(gòu)制成的密封裝置可實(shí)現(xiàn)雙向旋轉(zhuǎn)，密封運(yùn)行安全可靠，低壓啟停效果良好，使用壽命長。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的機(jī)械密封端面結(jié)構(gòu)示意圖(其中，A代表高壓側(cè)；B代表低壓側(cè))。

圖2是本實(shí)用新型的曲線槽的部分典型結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖中曲線槽為等深型槽。

圖3是本實(shí)用新型的曲線槽的部分典型結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖中曲線槽為沿徑向階梯收斂的收斂型槽。

圖4是本實(shí)用新型的曲線槽的部分典型結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖中曲線槽為沿徑向呈漸變收斂的收斂型槽。

圖5是本實(shí)用新型的曲線槽的部分典型結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖中曲線槽為從余弦曲線兩側(cè)向其對稱中心線收斂的收斂型槽。

圖6是本實(shí)用新型的微槽的部分典型結(jié)構(gòu)示意圖(省略曲線槽、環(huán)形壩以及密封堰)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型

參照附圖：

實(shí)施例1本實(shí)用新型所述的一種余弦曲線型機(jī)械密封端面結(jié)構(gòu)，包括機(jī)械密封的動環(huán)和靜環(huán)，所述動環(huán)以及所述的靜環(huán)的密封端面外端作為高壓側(cè)即上游，密封端面內(nèi)端作為低壓側(cè)即下游，所述的密封端面1低壓側(cè)設(shè)有光滑且連續(xù)的環(huán)形密封壩11；所述的密封端面高壓側(cè)設(shè)有多個(gè)周期性分布曲線槽12，所述的曲線槽12沿相應(yīng)的密封端面周向排布成以密封端面中心為圓心的環(huán)形，曲線槽12的側(cè)面槽線為半個(gè)周期的余弦曲線，并且余弦曲線的對稱軸沿密封端面徑向分布，余弦曲線的開口位于密封端面的上游，余弦曲線的頂點(diǎn)位于環(huán)形壩11的上游，并且每個(gè)曲線槽12的兩側(cè)都配有對稱分布的微槽13；所述的密封端面1位于環(huán)形壩上游曲線槽之間未開槽區(qū)域設(shè)有用于限流和靜密封的密封堰14。

所述的曲線槽12為等深型槽圖2或是沿徑向呈階梯收斂型槽圖3或是漸變收斂的收斂型槽圖4，或是從余弦曲線向其對稱中心線漸變收斂的收斂型槽圖5。

曲線槽12的周期數(shù)為：6～20。

所述曲線槽12的槽深范圍為：1～30μm。

密封介質(zhì)為液體時(shí)，槽深范圍為：10～30μm。

密封介質(zhì)為氣體時(shí)，槽深范圍為：1～10μm。

所述微槽13對稱分布于曲線槽12的兩側(cè)，微槽13向曲線槽靠攏，所述微槽13徑向尺寸和周向尺寸均小于曲線槽12的徑向或周向尺寸。

所述微槽13的形狀包括多邊形131、圓132、橢圓133、和曲邊多邊形134。

所述微槽13為多邊形和曲邊多邊形，則所述多邊形和曲邊多邊形一邊應(yīng)和密封壩區(qū)相切或重合。

所述曲線槽12的寬度為w_r,其中0<w_r<w，w為密封端面寬度。

本實(shí)用新型的工作原理：密封端面1間流體膜中的部分流體在壓差流和剪切流作用下，流向下游內(nèi)徑處，同時(shí)潤滑端面，形成泄漏流。一部分流體進(jìn)入余弦型曲線槽12，在上游側(cè)余弦型曲線槽12開口較大，可形成較強(qiáng)的流體靜壓效應(yīng)，向下游側(cè)逐漸縮小，可以有效地減小泄漏。余弦型曲線槽12沿徑向以不同的方式都呈收斂間隙，故余弦型曲線槽12根部可產(chǎn)生明顯的流體動壓效應(yīng)以形成高壓區(qū)，可以有效地提高承載能力，同時(shí)由于兩側(cè)微槽13的存在可產(chǎn)生上游泵送效應(yīng)，使得泄漏大大減小。由于余弦型曲線槽12具有對稱的光滑過渡的輪廓，能夠較容易地將槽內(nèi)的固體顆粒帶出，大大降低密封端面的磨損，同時(shí)加大了密封端面的流體和介質(zhì)側(cè)流體的交換，可有效地降低密封端面的溫度。余弦型曲線槽12兩側(cè)的微槽13除提供流體動靜壓效應(yīng)外，也可將槽底流體向高壓側(cè)泵送，部分彌補(bǔ)壓差流導(dǎo)致的流體泄漏。在結(jié)構(gòu)尺寸相同的條件下，本實(shí)用新型的新型機(jī)械密封相比于類似的流體動壓型機(jī)械密封，在保證足夠的流體動壓效應(yīng)的前提下，使得上游泵送效應(yīng)大大增強(qiáng)，可以保持較高的流體膜承載能力與流體膜剛度，具有優(yōu)良的潤滑冷卻效果，大大減小了密封流體向低壓側(cè)的泄漏量及端面摩擦熱，同時(shí)也具有較強(qiáng)的沖洗作用，提高了防固體顆粒的能力，密封的運(yùn)行可靠性增強(qiáng)，泄漏率下降。

本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對實(shí)用新型構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。