流體動壓型機械密封面結構制造技術

本發(fā)明專利技術涉及一種流體動壓型機械密封面結構，靜環(huán)的密封端面開設有連接形成正十二邊形的12個凹槽，這些凹槽相互連通且其中任意兩個相鄰凹槽的連接處與靜環(huán)的外圓周面貫通。動環(huán)隨著與之連接的軸旋轉而產生離心效應，帶動所述凹槽內的流體旋轉，從而在動環(huán)的密封端面與靜環(huán)的密封端面之間產生液膜。動環(huán)和靜環(huán)均由碳化硅/石墨復合材料制成，并使用反應燒結碳化硅加碳技術加工。所述流體動壓型機械密封面結構適用于核主泵中，實現在高壓放射性工作環(huán)境中的良好密封功能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于機械工程
，涉及使用高壓、放射性工作介質及長壽命要求的流體動壓型機械密封的大中型機械，特別涉及一種流體動壓型機械密封面結構。
技術介紹
機械密封由于泄漏量低和不需要日常維護的特點，已廣泛取代了壓蓋軟填料密封。而其中的流體動壓型機械密封是將密封面設計為特殊的幾何結構，利用相對旋轉自行產生流體動壓效應。流體動壓型機械密封的密封面是由兩個垂直于回轉軸線的密封平面組成，其中一個密封面零件安裝在其他零件上保持靜止，稱為“靜環(huán)”，而另一個固定在軸上并隨之轉動，稱為“動環(huán)”。動靜環(huán)在相對旋轉過程中通過摩擦而實現密封功能。為了使兩個密封平面由于摩擦產生的熱量及磨損量保持在允許范圍內，在密封面之間必須有一層流體潤滑膜。而流體動壓型機械密封的流體潤滑膜就是通過將密封端面設計為特殊的幾何結構，通過動靜環(huán)之間的相對運動而自行產生流體動壓，在密封面之間形成一層很薄的液膜，避免動靜環(huán)之間的干磨，減少磨損量并實現密封。在工程應用領域，有的設計將動環(huán)或靜環(huán)端面加工成毫米級的U形槽、半圓形槽、圓弧槽、直線槽、臺階結構或者微米級的淺槽，還有在密封面邊緣沿周向加工成波紋面。其中，微米級的淺槽由于流體動壓較小，在一定工況下容易造成液膜厚度不足，導致密封面干磨。波紋面加工難度大，由于加工誤差很難保證斜波紋面的波峰與理論面等高。而毫米級的槽形密封面結構簡單，加工方便，使用范圍最廣，但部分結構設計抗非均勻力和熱影響能力差，選用的材料和制造工藝不合適，容易引起局部變形，造成液膜不穩(wěn)定。核主泵是反應堆冷卻劑泵的簡稱，為反應堆冷卻劑提供驅動壓頭，把核反應堆產生的熱量送至蒸發(fā)器，最終再由核主泵送回反應堆進行循環(huán)。典型反應堆核主泵運行參數如下：運行溫度：293℃；運行壓力：15.5 MPa；軸密封設計壽命：＞26000h。因此，核主泵使用的流體動壓型機械密封必須耐高壓、耐放射性工作介質，并且具有很長的使用壽命。核主泵用流體動壓型機械密封依靠動靜環(huán)超微的高精度密封端面組合和相互滑動摩擦，形成密封面。要確保和維持密封面的精度和密封性，不但對動靜環(huán)密封面的平面度、粗糙度要求嚴格，而且在很大程度上依賴于選用的材料特性。對材料的機械性能、工作環(huán)境、潤滑特性、使用壽命、配對材料的耐磨性、導熱性和耐熱性等均有極高的要求。常用的材料主要有碳石墨等“軟材料”，以及鎳合金、氧化鋁、碳化鎢、碳化硅、氮化硅等“硬材料”。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一流體動壓型機械密封面結構，通過設計新的密封面幾何形狀，使其適用于核主泵等大中型機械，更好地實現在高壓放射性工作環(huán)境中的密封功能。為了達到上述目的，本專利技術的技術方案是提供一種流體動壓型機械密封面結構，其中包含靜環(huán)，所述靜環(huán)的密封端面開設有連接形成正十二邊形的12個凹槽，這些凹槽之間相互連通，且其中任意兩個相鄰凹槽的連接處與所述靜環(huán)的外圓周面貫通；在這些凹槽中引入流體。優(yōu)選地，所述流體動壓型機械密封面結構進一步包含動環(huán)，所述動環(huán)的密封端面與所述靜環(huán)的密封端面平行。優(yōu)選地，所述動環(huán)隨著與之垂直并連接的軸旋轉而產生離心效應，帶動所述凹槽內的流體旋轉而在動環(huán)的密封端面與靜環(huán)的密封端面之間產生液膜。優(yōu)選地，各個所述凹槽是矩形槽。優(yōu)選地，各個所述凹槽是毫米級的矩形槽。優(yōu)選地，所述凹槽連接形成的正十二邊形的中心與所述靜環(huán)的圓心同心。優(yōu)選地，所述動環(huán)和靜環(huán)均由碳化硅/石墨復合材料制成。優(yōu)選地，所述動環(huán)和靜環(huán)均通過反應燒結碳化硅加碳技術加工而成。優(yōu)選地，所述流體動壓型機械密封面結構設置于核主泵中。本專利技術提供的流體動壓型機械密封面結構，結構簡單，設計新穎，實現了以下的有益效果：（1）設計了一種新的核主泵用動靜環(huán)密封面幾何結構，更好地實現了在高壓放射性工作環(huán)境中的密封功能；（2）通過選用合適的材料和制造工藝，更好的實現了核主泵用機械密封的密封特性并延長了使用壽命；（3）為其他類似的核主泵用流體動壓機械密封面結構設計提供了新的思路和突破口。附圖說明圖1是本流體動壓型機械密封靜環(huán)的結構示意圖及其局部放大側剖視圖；圖2是本流體動壓型機械密封動環(huán)的結構示意圖及其A-A向側剖視圖；圖3是本流體動壓型機械密封面動環(huán)和靜環(huán)安裝結構示意圖。具體實施方式本專利技術提出一種新的核主泵用流體動壓機械密封端面結構。參見圖1，本專利技術所述流體動壓型機械密封結構的靜環(huán)10，在其密封端面開設有12個凹槽11，其連接形成正十二邊形，該正十二邊形的中心與所述靜環(huán)10的圓心同心。根據右側的局部放大圖可見，各凹槽11是毫米級的矩形槽。這12個凹槽11之間相互連通，且其中任意兩個相鄰凹槽11的連接處與靜環(huán)10的外圓周面貫通，既保證了由流體動壓產生液膜所需的高壓流體引入，同時也增加了高壓流體容積，可以更好地實現機械密封在不同工況下的受力均勻性及液膜穩(wěn)定性。參見圖2所示，本專利技術所述流體動壓型機械密封的動環(huán)20端面，設計為與靜環(huán)10端面平行的結構。通過研磨確保密封面的粗糙度及平面度滿足設計要求。所述動環(huán)20和靜環(huán)10，均選用碳化硅/石墨復合材料，密封面屬于“硬對硬”配合。碳化硅屬于新型陶瓷材料，接近金剛石的硬度使其具有優(yōu)秀的耐磨性，同時具有壽命長，導熱性良好，配對材料的摩擦學相容性好，粘著傾向小等優(yōu)點。除了在高溫下溶融強堿和強氧化氣體外，在全濃度硫酸和沸點接近的苛性堿中也能使用，特別是能夠在很大溫度范圍內保持耐腐蝕性和耐磨性。是核主泵用機械密封中應用最廣泛的材料之一。石墨具有良好的自潤滑性、化學惰性以及成本低的特點。石墨的自潤滑性是因為其與金屬或陶瓷摩擦時，在微觀上會有一層石墨轉移膜迅速涂覆在摩擦表面。本專利技術的動環(huán)20、靜環(huán)10選用反應燒結碳化硅加碳技術，其中含有一定比例的游離硅和碳，同時具有“硬材料”碳化硅和“軟材料”石墨的上述優(yōu)良特性，承受高壓及放射性工作介質的同時，又極大地提高了本流體動壓型機械密封的使用壽命。由圖3可知，本專利技術所述流體動壓型機械密封動靜環(huán)10的結構簡單，設計新穎。其主要加工及安裝過程如下：1) 加工動環(huán)20和靜環(huán)10至裝配尺寸；2) 使用熱套方法將靜環(huán)10與其他靜環(huán)10組件裝配在一起；3) 使用熱套方法將動環(huán)20與其他動環(huán)20組件裝配在一起；4) 研磨動環(huán)20和靜環(huán)10至最終尺寸，保證密封面的粗糙度和平面度要求；5) 安裝機械密封其他零部件。參考圖3，本流體動壓機械密封的動靜環(huán)10工作原理如下：動環(huán)20隨著軸一起轉動，受旋轉產生的離心效應影響，靜環(huán)10的12個凹槽11中的液體也會發(fā)生旋轉。貼近動環(huán)20的流體與旋轉面的轉速相同，而與靜環(huán)10貼近的流體則是靜止的，從而產生液膜。雖然形成的液膜很薄，但離心力仍有將液膜從密封端面拋出的趨勢，實現密封功能。盡管本專利技術的內容已經通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本專利技術的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本專利技術的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本專利技術的保護范圍應由所附的權利要求來限定。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種流體動壓型機械密封面結構，其特征在于，所述流體動壓型機械密封面結構包含靜環(huán)，所述靜環(huán)的密封端面開設有連接形成正十二邊形的12個凹槽，這些凹槽之間相互連通，且其中任意兩個相鄰凹槽的連接處與所述靜環(huán)的外圓周面貫通；在這些凹槽中引入流體。

【技術特征摘要】
1.一種流體動壓型機械密封面結構，其特征在于，所述流體動壓型機械密封面結構包含靜環(huán)，所述靜環(huán)的密封端面開設有連接形成正十二邊形的12個凹槽，這些凹槽之間相互連通，且其中任意兩個相鄰凹槽的連接處與所述靜環(huán)的外圓周面貫通；在這些凹槽中引入流體。2.如權利要求1所述的流體動壓型機械密封面結構，其特征在于，所述流體動壓型機械密封面結構進一步包含動環(huán)，所述動環(huán)的密封端面與所述靜環(huán)的密封端面平行。3.如權利要求2所述的流體動壓型機械密封面結構，其特征在于，所述動環(huán)隨著與之連接的軸旋轉而產生離心效應，帶動所述凹槽內的流體旋轉而在動環(huán)的密封端面與靜環(huán)的密封端面之間產生液膜。4.如權利要求1所述的流體動壓...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：董富弟，李天斌，盧熙寧，
申請(專利權)人：上海電氣凱士比核電泵閥有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31