專利名稱：下游泵送雙列螺旋槽端面密封的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于旋轉(zhuǎn)軸密封，特別涉及一種下游泵送雙列螺旋槽端面密封，用于壓縮機、膨脹機、分離機、泵、反應(yīng)釜攪拌器等機械的旋轉(zhuǎn)軸的流體動、靜壓結(jié)合型非接觸式端面密封。
到目前為止，文獻(xiàn)中已有的雙列螺旋槽端面密封都是純流體動壓型的，如中國專利90101737.X，其特征是位于高壓側(cè)的螺旋槽的徑向高度小于位于低壓側(cè)的螺旋槽的徑向高度。在給定的旋向下，這兩列螺旋槽所產(chǎn)生的泵汲壓力與密封流體的壓力相平衡，密封流體的泄漏量可以為零。但是，這類密封僅適用于密封流體與被密封介質(zhì)之間的壓差較小，而且密封流體的粘度較高的工況。
而常見的流體動、靜壓相結(jié)合型的端面密封，都是下游泵送單列螺旋槽端面密封。在這列螺旋槽的下游有平面環(huán)帶，起節(jié)流作用，即“阻擋”作用，如美國專利4,212,475。
本實用新型的目的在于提出一種新的流體動、靜壓結(jié)合型下游泵送雙列螺旋槽端面密封，它在相同的條件下比上述密封具有更大的流體膜厚度，或者在相同的流體膜厚度下具有更大的流體膜剛度，以承受密封流體與被密封介質(zhì)之間較大的壓差，適應(yīng)粘度低的密封流體并且對旋轉(zhuǎn)速度的適應(yīng)性更強。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種旋轉(zhuǎn)軸的下游泵送雙列螺旋槽端面密封，由旋轉(zhuǎn)環(huán)、靜止環(huán)等組成，旋轉(zhuǎn)環(huán)的密封端面與靜止環(huán)的密封端面相貼合，其特征是在旋轉(zhuǎn)環(huán)的密封端面上，或者在靜止環(huán)的密封端面上，或者同時在這兩個密封端面上設(shè)置兩列螺旋槽，其中，一列位于高壓側(cè)，即上游，另一列位于低壓側(cè)，即下游，兩列螺旋槽的螺旋角相反，位于上游的螺旋槽的徑向高度大于或等于位于下游的螺旋槽的徑向高度；在下游一列螺旋槽的內(nèi)側(cè)還有一平面環(huán)帶，起節(jié)流和停車密封作用。螺旋槽的型線可以是除同心圓和徑向直線以外的任何曲線和線段，螺旋角α既可以是恒定的，又可以是變化的，其范圍為0°＜｜α｜＜90°，最佳范圍為5°～30°。螺旋槽的深度既可以是不變的也可以是可變的，深度的范圍為0.005～0.200mm，一般說來，密封流體粘度越大，螺旋槽深度也越大。螺旋槽的寬度可以是不變的，也可以是變化的。
與純流體動壓型雙列螺旋槽端面密封相比，由于在本實用新型中位于上游的一列螺旋槽的徑向高度大于或等于位于下游的一列螺旋槽的徑向高度，故在給定的旋向下，兩列螺旋槽總的效果是將密封流體由高壓側(cè)向低壓側(cè)泵送，即由上游向下游泵送，簡稱下游泵送，從而產(chǎn)生輕微的泄漏，以此為代價而換取了兩個密封端面之間更大的流體膜厚度及流體膜剛度。因此，本實用新型的密封比純流體動壓型雙列螺旋槽端面密封更適應(yīng)低粘度密封流體，如氣體；同時也適用于密封流體與被密封介質(zhì)之間的壓差更高的工況。
與流體動、靜壓結(jié)合型下游泵送單列螺旋槽端面密封相比，在本實用新型的雙列螺旋槽端面密封中增加了一列位于下游的螺旋槽，其螺旋角的方向與位于上游的螺旋槽的螺旋角方向相反，在給定的旋向下，下游一列螺旋槽對密封流體自下游向上游泵汲，起主動的“推擋”作用，而不是像單列螺旋槽端面密封中的平面環(huán)帶那樣只是起被動的“阻擋”作用，故其密封效果更佳。因此，本實用新型中的密封端面之間有更大的流體膜厚度或者在相同的流體膜厚度下具有更大的流體膜剛度。本實用新型中的下游一列螺旋槽的內(nèi)側(cè)仍保留一寬度較小的平面環(huán)帶，在轉(zhuǎn)動狀態(tài)下也是起節(jié)流作用，在靜止?fàn)顟B(tài)下則起停車密封作用。綜上所述，與下游泵送單列螺旋槽端面密封相比，本實用新型適用于密、封流體與被密封介質(zhì)之間壓差更大的工況，并且對旋轉(zhuǎn)速度的適應(yīng)性更強。


圖1．螺旋槽設(shè)置在旋轉(zhuǎn)環(huán)上的下游泵送雙列螺旋槽端面密封結(jié)構(gòu)圖。
圖2．螺旋槽設(shè)置在靜止環(huán)上的下游泵送雙列螺旋槽端面密封結(jié)構(gòu)圖。
圖3．螺旋槽同時設(shè)置在旋轉(zhuǎn)環(huán)上和靜止環(huán)上的下游泵送雙列螺旋槽端面密封結(jié)構(gòu)圖。
圖4．螺旋槽型線示意圖。
圖5．兩列螺旋槽之間和上游螺旋槽的外側(cè)都有平面環(huán)帶的密封端面視圖。
圖6．兩列螺旋槽之間有平面環(huán)帶，上游螺旋槽的外側(cè)沒有平面環(huán)帶的密封端面視圖。
圖7．兩列螺旋槽之間沒有平面環(huán)帶，上游螺旋槽外側(cè)有平面環(huán)帶的密封端面視圖。
圖8．兩列螺旋槽之間和上游螺旋槽的外側(cè)都沒有平面環(huán)帶的密封端面視圖。
在以上附圖中，符號含義如下Rb-密封平衡半徑Ro-旋轉(zhuǎn)環(huán)和靜止環(huán)的密封端面內(nèi)半徑中較大的一個內(nèi)半徑R1-下游螺旋槽的內(nèi)半徑R2-下游螺旋槽的外半徑R3-上游螺旋槽的內(nèi)半徑R4-上游螺旋槽的外半徑R5-旋轉(zhuǎn)環(huán)和靜止環(huán)的密封端面外半徑中較小的一個外半徑α-螺旋角h-螺旋槽深度
以下結(jié)合附圖所表示的實施例對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1為螺旋槽設(shè)置在旋轉(zhuǎn)環(huán)上的下游泵送雙列螺旋槽端面密封結(jié)構(gòu)圖。該密封由旋轉(zhuǎn)環(huán)1、靜止環(huán)2、副密封圈3、推環(huán)4、彈簧5、防轉(zhuǎn)銷6、殼體7、軸套8、軸9、靜密封圈10等組成。在旋轉(zhuǎn)環(huán)1的密封端面上設(shè)置兩列螺旋槽，在高壓側(cè)H(即上游)有一列螺旋槽11，在低壓側(cè)L(即下游)有一列螺旋槽12，位于上游的螺旋槽徑向高度R4-R3大于或等于位于下游的螺旋槽徑向高度R2-R1，參見圖5～圖8。在給定旋向下由于這兩列螺旋槽的螺旋角方向相反，位于上游的一列螺旋槽將密封流體向下游泵送，而位于下游的一列螺旋槽將密封流體向上游泵送；但由于位于上游的一列螺旋槽的徑向高度大于或等于位于下游的一列螺旋槽的徑向高度，因而兩列螺旋槽總的效果是將密封流體沿箭頭G的方向從上游向下游泵送，從而產(chǎn)生一微量泄漏。在上游螺旋槽的外側(cè)有一平面環(huán)帶，即R5-R4之間的環(huán)帶，兩列螺旋槽之間也有一平面環(huán)帶，即R3-R2之間的環(huán)帶；此外，在下游一列螺旋槽的內(nèi)側(cè)仍保留一平面環(huán)帶，即R1-R0之間的環(huán)帶，起節(jié)流和停車密封的作用；Rb為密封的平衡半徑。螺旋線的形狀可以是圖4所示的任何曲線或線段，例如對數(shù)螺旋線；螺旋角的范圍是0°＜｜α｜＜90°，例如20°。上游一列螺旋槽深度h沿徑向和周向可以是不變的，例如0.02mm不變；也可以是變化的。螺旋槽的寬度可以是變化的，也可以是不變的，例如，從內(nèi)徑向外徑逐漸加寬。
本實施例中螺旋槽設(shè)置在旋轉(zhuǎn)環(huán)的密封端面上，也可以設(shè)置在靜止環(huán)的密封端面上，見圖2。還可以同時設(shè)置在旋轉(zhuǎn)環(huán)及靜止環(huán)的密封端面上，見圖3。
圖4為螺旋槽型線示意圖，以下游一列螺旋槽的型線為例，螺旋槽有二個側(cè)壁，其型線可以是除同心圓(螺旋角α=0°)或徑向直線(螺旋角α=90°)以外的任何曲線或直線，例如對數(shù)螺旋線(等角螺旋線)、阿基米德螺旋線、圓弧線、斜直線、斜折線等等。其中螺旋角的定義如下設(shè)任何形式的曲線(或直線)從內(nèi)徑R1處的A點(或A’、A″點)開始，到外半徑R2處的B點(或B’、B″點)為止，在R1與R2之間的任意半徑R處的同心圓與該曲線(或直線)相交于P點(或P’、P″點)，在該點曲線的切線(或直線本身)與同心圓的切線之間的夾角α即定義為螺旋角。曲線AB與曲線A″B″的螺旋角方向相反，若定義前者為正，則后者為負(fù)。在本實用新型中，螺旋角的范圍是0°＜｜α｜＜90°。螺旋角α可以恒定，也可以變化，即可以由除去同心圓之外的多種曲線組成，也可以由除去徑向直線之外的一條或多條線段即折線組成。
圖5至圖8是可供選擇的密封端面上螺旋槽的形狀及位置。
圖5為兩列螺旋槽之間和上游螺旋槽的外側(cè)都有平面環(huán)帶的密封端面視圖。兩列螺旋槽之間有一平面環(huán)帶，即R3-R2之間的環(huán)帶，兩列螺旋槽呈八字形。上游一列螺旋槽的外側(cè)有一平面環(huán)帶，即R5-R4之間的平面環(huán)帶。若螺旋槽加工在旋轉(zhuǎn)環(huán)上時，該環(huán)的旋轉(zhuǎn)方向為C向；若螺旋槽加工在靜止環(huán)上時，與其相對的旋轉(zhuǎn)環(huán)的旋轉(zhuǎn)方向為D向。
圖6為兩列螺旋槽之間有平面環(huán)帶，上游螺旋槽的外側(cè)沒有平面環(huán)帶的密封端面視圖。
圖7為兩列螺旋槽之間沒有平面環(huán)帶，上游螺旋槽的外側(cè)有平面環(huán)帶的密封端面視圖。兩列螺旋槽互相銜接，呈人字形。
圖8為兩列螺旋槽之間和上游螺旋槽的外側(cè)都沒有平面環(huán)帶的密封端面視圖。
圖6～圖8中的旋轉(zhuǎn)方向與圖5的說明一致。
實施本實用新型的密封總體布局可以有多種形式單密封、面對面式的雙密封、背靠背式的雙密封、兩級串聯(lián)密封、三級串聯(lián)密封、雙密封與單密封組合的密封等等。
本實用新型的密封是一種新型流休動、靜壓結(jié)合型非接觸式端面密封，其優(yōu)點是具有更大的流體膜厚度，或者在相同的流體膜厚度下具有更大的流體膜剛度，因此，既適用于高粘度的密封流體(例如油)，也適用于低粘度的密封流體(例如水或氣體)；既適用于低壓工況，也適用于高壓工況；既適用于高速旋轉(zhuǎn)，也適用于低速旋轉(zhuǎn)。本實用新型可用于各種型式的壓縮機、膨脹機、分離機、泵、反應(yīng)釜攪拌器等旋轉(zhuǎn)機械的密封，尤其是干式氣體密封。
權(quán)利要求1．一種旋轉(zhuǎn)軸的下游泵送雙列螺旋槽端面密封，由旋轉(zhuǎn)環(huán)、靜止環(huán)等組成，旋轉(zhuǎn)環(huán)的密封端面與靜止環(huán)的密封端面相貼合，其特征是在旋轉(zhuǎn)環(huán)的密封端面上設(shè)置兩列螺旋槽，其中，一列位于高壓側(cè)，即上游，另一列位于低壓側(cè)，即下游，兩列螺旋槽的螺旋角相反，位于上游的螺旋槽的徑向高度大于或等于位于下游的螺旋槽的徑向高度，在下游一列螺旋槽的內(nèi)側(cè)還有一平面環(huán)帶。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的下游泵送雙列螺旋槽端面密封，其特征是在靜止環(huán)的密封端面上設(shè)置兩列螺旋槽，其中，一列位于高壓側(cè)，即上游，另一列位于低壓側(cè)，即下游，兩列螺旋槽的螺旋角相反，位于上游的螺旋槽的徑向高度大于或等于位于下游的螺旋槽的徑向高度，在下游一列螺旋槽的內(nèi)側(cè)還有一平面環(huán)帶。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的下游泵送雙列螺旋槽端面密封，其特征是在旋轉(zhuǎn)環(huán)的密封端面上和靜止環(huán)的密封端面上各設(shè)置兩列螺旋槽，其中，一列位于高壓側(cè)，即上游，另一列位于低壓側(cè)，即下游，兩列螺旋槽的螺旋角相反，位于上游的螺旋槽的徑向高度大于或等于位于下游的螺旋槽的徑向高度，在下游一列螺旋槽的內(nèi)側(cè)還有一平面環(huán)帶。
4．根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的下游泵送雙列螺旋槽端面密封，其特征是密封端面上螺旋槽的型線可以是除同心圓以外的任何曲線，曲線的螺旋角α是變化的，其范圍是0°＜｜α｜＜90°。
5．根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的下游泵送雙列螺旋槽端面密封，其特征是密封端面上螺旋槽的型線為對數(shù)螺旋線，其螺旋角α是恒定的，范圍是0°＜｜α｜＜90°。
6．根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的下游泵送雙列螺旋槽端面密封，其特征是密封端面上螺旋槽的型線可以是除徑向直線之外的任何線段，線段的螺旋角α的范圍是0°＜｜α｜＜90°。
7．根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的下游泵送雙列螺旋槽端面密封，其特征是螺旋槽的深度是不變的。
8．根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的下游泵送雙列螺旋槽端面密封，其特征是螺旋槽的深度是變化的。
9．根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的下游泵送雙列螺旋槽端面密封，其特征是螺旋槽的寬度是恒定的。
10．根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的下游泵送雙列螺旋槽端面密封，其特征是螺旋槽的寬度是變化的。
專利摘要本實用新型涉及一種旋轉(zhuǎn)軸的下游泵送雙列螺旋槽端面密封,其特征是:在旋轉(zhuǎn)環(huán)或靜止環(huán)的密封端面上,或者同時在這兩個端面上設(shè)置兩列螺旋槽,一列位于高壓側(cè)即上游,一列位于低壓側(cè)即下游,兩者螺旋角的方向相反;上游螺旋槽的徑向高度大于或等于下游螺旋槽的徑向高度,兩列螺旋槽總的效果是將密封流體從上游向下游泵送。其優(yōu)點是:流體膜的承載能力和剛度大,對旋轉(zhuǎn)速度的適應(yīng)性強。本實用新型適用于各種旋轉(zhuǎn)機械的密封,尤其是干式氣體密封。
文檔編號F16J15/54GK2307157SQ9722828
公開日1999年2月10日 申請日期1997年10月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月17日
發(fā)明者王玉明 申請人:王玉明