本發明專利技術提供一種密封環，其特征是在密封端面上設有開口于內周邊的淺槽，淺槽的底面是曲面，該曲面是由一圓周在三維空間按運動規律運動時由運動軌跡所形成的光滑連續曲面的一部分，所述的淺槽具有從內徑側向外徑側逐漸變淺的形狀。本發明專利技術還提供了一種具有該密封環的機械密封裝置，適用于各種形式的外流式機械密封或者上游泵送機械密封。與現有密封端面設有平底等深淺槽的密封環相比，在相同的條件下形成的流體薄膜的厚度或剛度更大，穩定性和靠性更高，壽命更長；與現有的槽底為斜平面、槽底為多級平底臺階或多級斜底臺階的淺槽的密封環相比，本發明專利技術的淺槽底面的面形符合磨削加工表面創成原理，加工精度高，而且成本低。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于機械密封領域，涉及一種在密封端面設有開口于內周邊的淺槽的密封環，特別涉及一種在密封端面設有開口于內周邊、槽底為曲面的淺槽的密封環，還涉及一種具有該密封環的機械密封裝置，適用于各種形式的外流式機械密封或者上游栗送機械密封。
技術介紹
機械密封廣泛應用于栗、壓縮機、反應釜、攪拌器、離心機和過濾機等傳輸或處理各種流體的旋轉設備。在機械密封中，動密封環(亦稱動環)隨軸一起旋轉，并和靜密封環(亦稱靜環)緊密貼合組成主密封，以防止密封介質泄漏。機械密封的使用性能主要取決于兩密封環的密封端面之間的摩擦狀態，主要磨損部分也發生在密封端面，因此動環和靜環是機械密封的核心部件。機械密封一般分為接觸式機械密封和非接觸式機械密封兩種。在接觸式機械密封中，互相貼合的兩個密封環的密封端面一般被設計和制造得盡可能平整，以便使兩個密封端面緊密貼合時間隙盡可能小從而減小泄露。然而，接觸式機械密封主要在混合摩擦和邊界摩擦狀態下工作，兩個密封端面一般處于接觸狀態，磨損、功耗和發熱量都比較大，壽命較短，在高速、高壓下使用受到限制。通過在密封環平端面開設淺槽可以增強密封端面的潤滑，降低端面上的摩擦和磨損，減小摩擦熱，提高密封的穩定性和壽命。目前在端面開設淺槽的機械密封已經發展成為一種典型的非接觸式機械密封。這種非接觸式機械密封是在其中一個密封環的平端面開設一系列的深度為微米級的淺槽，如螺旋槽、圓弧槽、葉形槽、T形槽、Y形槽、L形槽、直槽以及各種異形槽等，在運轉時，由于淺槽的動壓效應，將進入該槽的密封流體的壓力升高，該壓力作用在相互貼合的動、靜環密封端面上，將這兩個面推開而不接觸，并在之間形成連續、穩定的密封流體的薄膜，實現非接觸密封。淺槽一般在碳化鎢、碳化硅、氮化硅等硬質密封環的密封端面上開設，高精度加工比較困難，但是其幾何形狀對流體薄膜的厚度、剛度、承載能力和穩定性影響較大，良好的淺槽幾何形狀設計及高精度加工是機械密封的核心技術。公知的在密封端面設有淺槽的密封環，還存在不足。例如，普通的平底等深螺旋槽、圓弧槽、葉形槽、T形槽、Y形槽、L形槽以及各種異形槽，由于槽深相等，對密封流體的壓縮不強，流體動壓效應不強，所以在一定工況下，流體膜厚度不足，或者在一定流體膜厚度下流體膜的剛度不足，造成密封性能的不穩定。通過在密封環的密封端面開設非等深的淺槽來增強端面流體的動壓效應，進而增大端面流體薄膜的承載能力和流體膜薄剛度，從而提升密封運行穩定性和可靠性并延長使用壽命，是機械密封的主要發展方向之一。例如，公開號CN1415877A的中國專利文獻公開了一種雙螺旋角三維螺旋槽端面密封裝置，其密封環的密封端面上開設的螺旋淺槽的槽深從高壓測到低壓測逐漸變淺；公開號CN101985981A的中國專利文獻公開了一種槽底為斜平面的斜直線槽機械密封環；公開號US5722665A的美國專利文獻公開了一種由兩級平底臺階或斜底臺階構成的動壓槽；公開號CN102927282A的中國專利文獻公開了一種沿徑向次第變深的多級平底臺階構成的螺旋槽機械密封端面；公開號CN101469771A的中國專利文獻公開了一種可雙向旋轉的階梯圓弧槽機械密封端面。這些非等深淺槽一般具有結構精細而精度高，粗糙度要求嚴格的特點，可加工性一般較差，有的很難加工出來，有的甚至無法直接加工出來，現多采用高能激光束分層加工來近似成形，在加工精度和表面粗糙度等方面存在不足。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足而提供一種在密封端面設有開口于內周邊、槽底面為曲面的、從內徑側向外徑側逐漸變淺的淺槽的密封環以及帶有該密封環的機械密封裝置。—個圓周在三維空間中有五個自由度，可以借助數學方法，選擇五個獨立變量建立坐標系和方程來描述該圓周的位姿和位置及其運動。而瞬時位姿和位置可以由直線運動或轉動或由它們構成的復合運動來描述。當以適當的位姿在密封環上沿著一條直線或曲線運動時，就可以生成曲面。如果該圓周與密封環內側面的交點比與密封端面的交點低，那么所生成的曲面從內徑側向外徑側是逐漸變淺的。因此從數學角度來講，設計出以一圓周在三維空間按運動規律運動時由運動軌跡所形成的光滑連續曲面為底面的、開口于內周邊的、從內徑側向外徑側逐漸變淺的淺槽是可行的。此外，在機械制造領域利用刀具進行切削加工時形成表面的過程就是控制刀具的刀刃沿一定軌跡運動將工件上多余材料去除的過程。采用端面寬度較窄的杯形砂輪磨削時，從磨削加工表面成形的角度來看，杯形砂輪相當于一個具有切削功能的圓周，如果所用的砂輪半徑與設計淺槽時所用的圓周半徑相等，杯形砂輪相對于密封環所做的成形運動與淺槽設計時所用運動規律一致，磨削時就沒有表面形成原理誤差，可以精確成形，實現高精度加工。因此從加工角度來講，高精度加工出以一圓周在三維空間按運動規律運動時由運動軌跡所形成的光滑連續曲面為底面的、開口于內周邊的、從內徑側向外徑側逐漸變淺的淺槽也是可行的。本專利技術采用如下技術方案來實現: 本專利技術的第一個方面提供了一種密封環。該密封環包括平的密封端面，在密封端面上設有開口于內周邊的淺槽，所述的淺槽是曲面槽，所述的曲面槽的底面是曲面，所述的曲面是由一圓周在三維空間按運動規律運動時由運動軌跡所形成的光滑連續曲面的一部分，所述的淺槽具有從內徑側向外徑側逐漸變淺的形狀。所述的圓周的半徑的范圍為20~500毫米。所述的曲面最低處的深度的范圍為0.5-200微米。所述的曲面內任意一點的高斯曲率為正。所述的淺槽的底面由一個光滑曲面構成，或者由兩個光滑曲面連接構成，或者由兩個以上光滑曲面連接構成。所述的淺槽與密封端面的交線是一條光滑曲線，或者由若干條光滑曲線連接而成，或者由直線與曲線連接而成。所述的淺槽關于密封環的徑向線是大體對稱的。所述的淺槽關于密封環的徑向線是明顯不對稱的。所述的淺槽在密封端面的投影大致呈螺旋形狀。所述的曲面與密封端面的交線呈與旋轉方向反向凸出的流線形狀。所述的淺槽還包括陡立的側壁。所述的曲面沿周向的深度從0逐漸達到最大、并在最深處與陡立側壁交接而終止，曲面槽具有沿周向逐漸變淺的形狀，或者所述的曲面沿周向的深度從0逐漸達到最大后再逐漸變小、但還沒有全部達到0時就與陡立側壁交接而終止，形成一種曲面在發散區域未完全擴展到密封端面的淺槽。所述的淺槽的數量的范圍為2?200個。在所述的密封端面設有一組相同的、沿圓周方向按規律分布的淺槽，或者包含若干組不同的淺槽，每組沿圓周方向均勻分布。所述的淺槽彼此不連接，相隔有一定距離，而且不越過密封端面外周邊。在所述的相鄰淺槽之間，還可以設有T型槽、圓弧槽、螺旋槽、矩形槽等常規結構形式的流槽來增強動壓效應，或在壩面設有環槽來抑制泄漏，或在內徑側設有導流槽來增強密封流體的供應，或者在密封端面設有開口于外周邊的、底面為曲面的淺槽來增強動壓效應。本專利技術的第二個方面是提供了一種帶有本專利技術所述的密封環的機械密封裝置。該機械密封裝置包括腔體，腔體上固定有靜環，靜環帶有密封端面，靜環套在轉動軸上，轉動軸上固定有動環，動環上也帶有密封端面，靜環靠近動環的密封端面，工作時，兩個密封端面近乎貼合，間隙中有密封介質，轉動軸帶動動環相對于靜環轉動，密封介質通過兩密封端面間的間隙泄漏，所述的動環或靜環為本專利技術當前第1頁1 2 3&n本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種密封環，包括平的密封端面，在密封端面上設有開口于內周邊的淺槽，其特征在于，所述的淺槽是曲面槽，所述的曲面槽的底面是曲面，所述的曲面是由一圓周在三維空間按運動規律運動時由運動軌跡所形成的光滑連續曲面的一部分，所述的淺槽具有從內徑側向外徑側逐漸變淺的形狀。
【技術特征摘要】
...
【專利技術屬性】
技術研發人員：霍鳳偉，
申請(專利權)人：霍鳳偉，
類型：發明
國別省市：遼寧;21
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