[发明专利]一种扩压式自泵送流体动静压型机械密封

说明书

本发明公开了一种扩压式自泵送流体动静压型机械密封，其包括同轴设置的动环和静环，动环的第一密封面由外到内包括扩压环槽、螺旋槽区和密封坝，在螺旋槽区开设有后弯型螺旋槽；后弯型螺旋槽的流体出口的朝向与动环的旋转方向相反；在静环的第二密封面上设置有集流环槽，在静环的环体内设置有连通密封腔的引流孔道，引流孔道的进口位于静环的外周面上、出口位于集流环槽内；该第二密封面与扩压环槽之间的间隙形成一呈环状的、具有径向开口的扩压腔；扩压环槽的第一底面沿径向由外向内设置成坡面或曲面，该坡面或曲面沿径向方向由内向外逐渐靠近第二密封面。利用本申请，能提供较大的密封端面开启力，满足非接触式机械密封零泄漏长周期运行的需要。

技术领域

本发明涉及一种扩压式自泵送流体动静压型机械密封。

背景技术

非接触式机械密封被广泛应用于石油化工、航空、核电等行业的离心泵、离心式压缩机、燃气轮机、蒸汽轮机等生产设备上保证旋转轴与壳体间的密封。目前常用的主要有干气密封和上游泵送机械密封两种形式，端面结构如中国专利ZL201020106087.8和美国专利US4290611。这类流体楔入式动压机械密封是依靠流体从内径或外径侧进入型槽，在压力槽根部被密封坝阻挡形成高压流场，产生开启力而分离动、静环密封界面，减小其摩擦磨损的；被密封流体在经过密封坝时，受密封坝区阻力的作用，泄漏率减小而实现密封。然而，如果楔入流体含有固体颗粒，在泄漏过程中流经密封坝区时，便会破坏密封界面，引发密封失效。为了维持机械密封的长周期运行，提高楔入流体的洁净度，现有密封系统都建有阻塞流体供应子系统，这大大增加了设备的建设成本和运行成本。

基于此，中国专利ZL201310201473.3提出了一种自泵送流体动压机械密封结构，利用离心泵或离心压缩机泵送流体提升流体压力的原理，解决了传统流体动压密封工作需要提供洁净的阻塞流体的问题；中国专利ZL201910607393.5方案提出通过控制动、静环密封界面间的空隙率或者利用由磁性流体密封与流体动压机械密封构成的组合型非接触式双端面密封实现了静止状态下被密封流体零泄漏。但是，自泵送流体动压机械密封解决了阻塞流体的供应子系统问题，然而其刚度小的劣势影响着运行的安全性；而新提出的由磁性流体密封与自泵送流体动压机械密封构成的组合型非接触式双端面密封承受压力的能力太低，并不适合用作离心泵等中低转速旋转机械的转轴密封。

发明内容

本发明旨在提供一种在机械密封动环端面上设计扩压环槽、动压型槽，在静环端面上设计引流孔和集流环槽的扩压式自泵送流

体动压机械密封，能提供较大的密封端面开启力，满足非接触式机械密封零泄漏长周期运行的需要。

具体的技术方案为：

一种扩压式自泵送流体动静压型机械密封，其设置于旋转设备的壳体与转轴之间，包括相互配合的动环和静环，该动环和静环沿一轴线同轴设置，该壳体与动环及静环之间形成密封腔，该动环朝向静环的端面形成为第一密封面，该静环朝向动环的端面形成为第二密封面，该第一密封面沿径向方向由外到内依次为扩压环槽、螺旋槽区和密封坝，在螺旋槽区开设有至少三个后弯型螺旋槽，该至少三个后弯型螺旋槽环绕该轴线均匀间隔设置，相邻的两个后弯型螺旋槽之间的区域形成为密封堰；

该扩压环槽由第一密封面的径向方向的外侧沿轴向向下凹陷所形成，且该扩压环槽向外贯穿该动环的外周面，使该扩压环槽具有一环绕该轴线的周向侧面和一沿径向方向延伸的呈环状的第一底面；每个后弯型螺旋槽均具有一外贯穿该扩压环槽的周向侧面的流体出口，该流体出口的朝向与该动环的旋转方向相反；

在静环的第二密封面上设置有集流环槽，该集流环槽环绕该轴线延伸，在静环的环体内设置有若干个引流孔道，每一引流孔道的进口位于静环的外周面上，每一引流孔道的出口位于集流环槽内，引流孔道连通密封腔与集流环槽；沿该轴线方向观察，该集流环槽至少部分与螺旋槽区相重叠，使集流环槽连通后弯型螺旋槽；

该第二密封面与扩压环槽之间的间隙形成一呈环状的、具有径向开口的扩压腔；