一種具有仿楓葉形槽的機(jī)械密封環(huán)的制作方法

本實(shí)用新型涉及一種具有特殊形狀槽的機(jī)械密封環(huán)，尤其是一種具有仿楓葉形槽的機(jī)械密封環(huán)，可用于壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、泵等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的密封，屬流體機(jī)械軸密封技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，非接觸式機(jī)械密封以其非接觸、磨損小、低能耗、穩(wěn)定性能好等優(yōu)良性能成為旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械優(yōu)先選擇的軸端密封。在密封環(huán)上開出各種流體動(dòng)壓槽，可以在密封環(huán)的端面形成穩(wěn)定的液膜或氣膜，說明槽型對流體膜流場有明顯的影響，對流體膜的剛度、承載能力、有決定性的作用。在非接觸式機(jī)械密封應(yīng)用最廣泛的槽型是螺旋槽，螺旋槽具有較好的氣膜剛度和較強(qiáng)的承載力，但由于槽型的非結(jié)構(gòu)對稱性，導(dǎo)致螺旋槽不可雙向旋轉(zhuǎn)。在有些工況條件下，需要密封環(huán)可以雙向旋轉(zhuǎn)，但是目前的可雙向旋轉(zhuǎn)密封環(huán)存在動(dòng)壓效應(yīng)差、在低速低壓條件下的密封性能不理想等問題，如何去解決這些問題成為當(dāng)今研究新槽型的熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型目的是提供一種密封效果和動(dòng)壓性能更好的具有仿楓葉形槽的機(jī)械密封環(huán)。

本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：

一種具有仿楓葉形槽的機(jī)械密封環(huán)，在密封環(huán)1的端面周向均勻分布2~50個(gè)仿楓葉形槽，所述仿楓葉形槽由一個(gè)徑向直線槽4和五個(gè)槽（槽Ⅰ2-槽Ⅴ7）組成，槽Ⅰ2-槽Ⅳ6對稱分布于徑向直線槽4兩側(cè)，槽Ⅰ2與槽Ⅳ6相同，槽Ⅱ3與槽Ⅲ5相同，槽Ⅴ7與徑向直線槽4近密封環(huán)1內(nèi)徑端連接，徑向直線槽4開口于密封環(huán)1外徑邊緣，所述仿楓葉形槽為徑向中軸對稱，如圖1所示。

如圖2所示，徑向直線槽4的周向長度W₁為1~20mm；槽Ⅱ3端點(diǎn)到槽Ⅲ5端點(diǎn)間的周向長度W₂與W₁的比值為2~10；槽Ⅰ2端點(diǎn)到槽Ⅳ6端點(diǎn)間的周向長度W₃與W₂的比值為2～4；槽Ⅴ7最寬處周向長度W₄與W₁的比值為2～4。

槽Ⅲ5和槽Ⅳ6（或槽Ⅰ2與槽Ⅱ3）間夾角α為10o~90o；槽Ⅳ6和槽Ⅴ7（或槽Ⅰ2與槽Ⅴ7）間夾角β為10o~90o；槽Ⅲ5和徑向直線槽4（或槽Ⅱ3和徑向直線槽4）間夾角γ為30o~90o。

仿楓葉形槽的槽深從高壓側(cè)向低壓側(cè)徑向直線變淺（斜底槽）（如圖3所示），或等梯級變淺（臺(tái)階槽）（如圖4所示），梯級數(shù)目為2～10個(gè)，每一梯級深度為1～10μm。

仿楓葉形槽的槽深沿周向從中心向兩側(cè)直線變淺（斜底槽）（如圖5所示），或等梯級變淺（臺(tái)階槽）（如圖6所示），梯級數(shù)目為2～10個(gè)，每一梯級深度為1～10μm。

仿楓葉形槽的邊緣線型可以是弧線、直線、螺旋線、鋸齒線中的任意一種。

所述槽可以是弧線槽、矩形槽、螺旋槽、三角形槽中的任意一種。

本實(shí)用新型具有的有益效果：

1、本實(shí)用新型所述仿楓葉形槽是仿照楓葉的外形而設(shè)計(jì)的一種槽型，其具有較好的導(dǎo)流效果，更大的開啟力和更小的泄漏量，使得其具有更好的密封性能。

2、由于仿楓葉形槽周向長度較長，可以使流體膜連續(xù)不斷產(chǎn)生動(dòng)壓，產(chǎn)生較大的開啟力和氣膜剛度，使得運(yùn)行更加穩(wěn)定。

3、由于可以改變槽之間的夾角和徑向直線槽的寬度等結(jié)構(gòu)參數(shù)使得密封環(huán)適用于在不同工況壓力下都能正常開啟運(yùn)行，適用范圍更廣泛。

4、由于槽型結(jié)構(gòu)的對稱性，密封環(huán)在安裝時(shí)無旋向要求，既可單向又可雙向旋轉(zhuǎn)，有效的節(jié)約成本。

附圖說明

圖1為具有仿楓葉形槽的機(jī)械密封環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的局部放大示意圖；

圖3為仿楓葉形槽槽深從高壓側(cè)向低壓側(cè)徑向直線變淺示意圖；

圖4為仿楓葉形槽槽深從高壓側(cè)向低壓側(cè)徑向等梯級變淺示意圖；

圖5為仿楓葉形槽槽深沿周向從中心向兩側(cè)直線變淺示意圖；

圖6為仿楓葉形槽槽深沿周向從中心向兩側(cè)等梯級變淺示意圖；

圖中：1-密封環(huán)，2-弧線槽Ⅰ，3-弧線槽Ⅱ，4-徑向直線槽，5-弧線槽Ⅲ，6-弧線槽Ⅳ，7-弧線槽Ⅴ，8-槽底；W₁-徑向直線槽4的周向長度，W₂-弧線槽Ⅱ3端點(diǎn)到弧線槽Ⅲ5端點(diǎn)的周向長度，W₃-弧線槽Ⅰ2端點(diǎn)到弧線槽Ⅳ6端點(diǎn)的周向長度，W₄-弧線槽Ⅴ最寬處周向長度；α-弧線槽Ⅲ5和弧線槽Ⅳ6間夾角，β-弧線槽Ⅳ6和弧線槽Ⅴ7間夾角，γ-弧線槽Ⅲ5和徑向直線槽4間夾角。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施案例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但本實(shí)用新型的內(nèi)容不限于實(shí)施例及附圖所示。

實(shí)施例1

如圖1、圖2和圖3所示，一種具有仿楓葉形槽的機(jī)械密封環(huán)，在密封環(huán)1的端面周向均勻分布6個(gè)仿楓葉形槽，所述仿楓葉形槽由一個(gè)徑向直線槽和五個(gè)弧線槽（弧線槽Ⅰ2-弧線槽Ⅴ7）組成，弧線槽Ⅰ2-弧線槽Ⅳ6對稱分布于徑向直線槽4兩側(cè)，弧線槽Ⅰ2與弧線槽Ⅳ6相同，弧線槽Ⅱ3與弧線槽Ⅲ5相同，弧線槽Ⅴ7與徑向直線槽4近密封環(huán)1內(nèi)徑端連接，高壓側(cè)在密封環(huán)1的外徑，徑向直線槽4開口于密封環(huán)1外徑邊緣，所述仿楓葉形槽為徑向中軸對稱。仿楓葉形槽邊緣線型為弧線。密封環(huán)1未開槽區(qū)域構(gòu)成密封堰。

徑向直線槽4的周向長度W₁為5mm，弧線槽Ⅱ3端點(diǎn)到弧線槽Ⅲ5端點(diǎn)間的周向長度W₂與W₁的比值為10，弧線槽Ⅰ2端點(diǎn)到弧線槽Ⅳ6端點(diǎn)間的周向長度W₃與W₂的比值為2，弧線槽Ⅴ7最寬處周向長度W₄與W₁的比值為4。

弧線槽Ⅲ5和弧線槽Ⅳ6（或弧線槽Ⅰ2與弧線槽Ⅱ3）間夾角α為10o；弧線槽Ⅳ6和弧線槽Ⅴ7（或弧線槽Ⅰ2與弧線槽Ⅴ7）間夾角β為60o；弧線槽Ⅲ5和徑向直線槽4（或弧線槽Ⅱ3和徑向直線槽4）間夾角γ為90o。

仿楓葉形槽的槽深為從高壓側(cè)向低壓側(cè)徑向直線變淺（斜底槽），槽深從10μm變淺至1μm。

將本實(shí)施例所述的具有仿楓葉形槽的機(jī)械密封環(huán)與現(xiàn)有技術(shù)的T形槽和徑向直線槽進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)。工況參數(shù)：外壓Po=4.5852MPa，內(nèi)壓Pi=0.1013MPa，轉(zhuǎn)速r=1087.08rad/s，工作溫度T=30℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示：

。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本實(shí)用新型所述具有仿楓葉形槽的機(jī)械密封環(huán)的開啟力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于T形槽和徑向直線槽，而泄漏量又遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于T形槽和徑向直線槽，也就是說，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有更大的開啟力和更小的泄漏量，由此可知，本實(shí)用新型所述具有仿楓葉形槽的機(jī)械密封環(huán)具有更好的密封性能。

實(shí)施例2

參照實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)，將弧線槽用矩形槽替換。

一種具有仿楓葉形槽的機(jī)械密封環(huán)，在密封環(huán)的端面周向均勻分布2個(gè)仿楓葉形槽，所述仿楓葉形槽由一個(gè)徑向直線槽和五個(gè)矩形槽（矩形槽Ⅰ-矩形槽Ⅴ）組成，矩形槽Ⅰ-矩形槽Ⅳ對稱分布于徑向直線槽兩側(cè)，矩形槽Ⅰ與矩形槽Ⅳ相同，矩形槽Ⅱ與矩形槽Ⅲ相同，矩形槽Ⅴ與徑向直線槽近密封環(huán)內(nèi)徑端連接，高壓側(cè)在密封環(huán)的外徑，徑向直線槽開口于密封環(huán)外徑邊緣，所述仿楓葉形槽為徑向中軸對稱。仿楓葉形槽邊緣線型為鋸齒線。

徑向直線槽的周向長度為20mm，矩形槽Ⅱ端點(diǎn)到矩形槽Ⅲ端點(diǎn)間的周向長度與徑向直線槽的周向長度的比值為2，矩形槽Ⅰ端點(diǎn)到矩形槽Ⅳ端點(diǎn)間的周向長度與矩形槽Ⅱ端點(diǎn)到矩形槽Ⅲ端點(diǎn)間的周向長度的比值為2，矩形槽Ⅴ最寬處周向長度與徑向直線槽的周向長度的比值為2。

矩形槽Ⅲ和矩形槽Ⅳ（或矩形槽Ⅰ與矩形槽Ⅱ）間夾角為80o；矩形槽Ⅳ和矩形槽Ⅴ（或矩形槽Ⅰ與矩形槽Ⅴ）間夾角為10o；矩形槽Ⅲ和徑向直線槽（或矩形槽Ⅱ和徑向直線槽）間夾角為30°。

仿楓葉形槽的槽深從高壓側(cè)向低壓側(cè)徑向直線變淺（斜底槽），槽深由100μm變淺至10μm，如圖3所示。

實(shí)施例3

參照實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)，將弧線槽用螺旋槽替換。

一種具有仿楓葉形槽的機(jī)械密封環(huán)，在密封環(huán)的端面周向均勻分布50個(gè)仿楓葉形槽，所述仿楓葉形槽由一個(gè)徑向直線槽和五個(gè)螺旋槽（螺旋槽Ⅰ-螺旋槽Ⅴ）組成，螺旋槽Ⅰ-螺旋槽Ⅳ對稱分布于徑向直線槽兩側(cè)，螺旋槽Ⅰ與螺旋槽Ⅳ相同，螺旋槽Ⅱ與螺旋槽Ⅲ相同，螺旋槽Ⅴ與徑向直線槽近密封環(huán)內(nèi)徑端連接，高壓側(cè)在密封環(huán)的外徑，徑向直線槽開口于密封環(huán)外徑邊緣，所述仿楓葉形槽為徑向中軸對稱。仿楓葉形槽邊緣線型為螺旋線。

徑向直線槽的周向長度為10mm，螺旋槽Ⅱ端點(diǎn)到螺旋槽Ⅲ端點(diǎn)間的周向長度與徑向直線槽的周向長度的比值為6，螺旋槽Ⅰ端點(diǎn)到螺旋槽Ⅳ端點(diǎn)間的周向長度與螺旋槽Ⅱ端點(diǎn)到螺旋槽Ⅲ端點(diǎn)間的周向長度的比值為3，螺旋槽Ⅴ最寬處周向長度與徑向直線槽的周向長度的比值為3。

螺旋槽Ⅲ和螺旋槽Ⅳ（或螺旋槽Ⅰ與螺旋槽Ⅱ）間夾角為90o；螺旋槽Ⅳ和螺旋槽Ⅴ（或螺旋槽Ⅰ與螺旋槽Ⅴ）間夾角為60o；螺旋槽Ⅲ和徑向直線槽（或螺旋槽Ⅱ和徑向直線槽）間夾角為30o。

仿楓葉形槽的槽深從高壓側(cè)向低壓側(cè)徑向等梯級變淺（臺(tái)階槽），梯級數(shù)目為2個(gè)，每一梯級的深度為10μm，如圖4所示。

實(shí)施例4

參照實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)，將弧線槽用三角形槽替換。

一種具有仿楓葉形槽的機(jī)械密封環(huán)，在密封環(huán)的端面周向均勻分布30個(gè)仿楓葉形槽，所述仿楓葉形槽由一個(gè)徑向直線槽和五個(gè)三角形槽（三角形槽Ⅰ-三角形槽Ⅴ）組成，三角形槽Ⅰ-三角形槽Ⅳ對稱分布于徑向直線槽兩側(cè)，三角形槽Ⅰ與三角形槽Ⅳ相同，三角形槽Ⅱ與三角形槽Ⅲ相同，三角形槽Ⅴ與徑向直線槽近密封環(huán)內(nèi)徑端連接，高壓側(cè)在密封環(huán)的外徑，徑向直線槽開口于密封環(huán)外徑邊緣，所述仿楓葉形槽為徑向中軸對稱。仿楓葉形槽邊緣線型為直線。

徑向直線槽的周向長度為1mm，三角形槽Ⅱ端點(diǎn)到三角槽Ⅲ端點(diǎn)間的周向長度與徑向直線槽的周向長度的比值為8，三角形槽Ⅰ端點(diǎn)到三角形槽Ⅳ端點(diǎn)間的周向長度與三角形槽Ⅱ端點(diǎn)到三角槽Ⅲ端點(diǎn)間的周向長度的比值為4，三角形槽Ⅴ最寬處周向長度與徑向直線槽的周向長度的比值為4。

三角形槽Ⅲ和三角形槽Ⅳ（或三角形槽Ⅰ與三角形槽Ⅱ）間夾角為30o；三角形槽Ⅳ和三角形槽Ⅴ（或三角形槽Ⅰ與三角形槽Ⅴ）間夾角為90o；三角形槽Ⅲ和徑向直線槽（或三角形槽Ⅱ和徑向直線槽）間夾角為60o。

仿楓葉形槽的槽深從高壓側(cè)向低壓側(cè)徑向等梯級變淺（臺(tái)階槽），梯級數(shù)目為10個(gè)，每一梯級的深度為1μm，如圖4所示。

實(shí)施例5

參照實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于，仿楓葉形槽的槽深沿周向從中心向兩側(cè)直線變淺（斜底槽），槽深從80μm變淺至20μm，如圖5所示。

實(shí)施例6

參照實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于，仿楓葉形槽的槽深沿周向從中心向兩側(cè)等梯級變淺（臺(tái)階槽），梯級數(shù)目為10個(gè)，每一梯級深度為1μm，如圖6所示。

實(shí)施例7

參照實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于，仿楓葉形槽的槽深沿周向從中心向兩側(cè)等梯級變淺（臺(tái)階槽），梯級數(shù)目為2個(gè)，每一梯級的深度為10μm，如圖6所示。