一种轴向多层流道叠加回流泵送机械密封结构制造技术

一种轴向多层流道叠加回流泵送机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，动环的一侧为高压侧即上游，动环的另一侧为低压侧即下游，动环由依次叠合的密封环基体、顺流泵送层、回流泵送层和中间连通层组成，顺流泵送层端面是密封面，回流泵送层紧贴密封环基体，中间连通层位于顺流泵送层与回流泵送层之间，顺流泵送层上设有顺流泵送型槽、回流孔和密封坝，中间连通层设有连通孔，连通孔与回流孔相连通，回流泵送层上设有回流泵送型槽和集气槽，两相邻集气槽之间设有不开槽的密封堰，集气槽与连通孔相连通。本实用新型专利技术流体动压效应好、流体膜刚度大且泄漏量小，适用于高速操作条件。

A mechanical seal structure of axial multi-layer channel superimposed reflux pump

The utility model relates to an axial multi-layer flow passage superimposed reflux pumping mechanical seal structure, which comprises a moving ring and a static ring of the mechanical seal. One side of the moving ring is the high-pressure side, i.e. the upstream side, the other side of the moving ring is the low-pressure side, i.e. the downstream side. The moving ring is composed of a successively superimposed sealing ring base, a downstream pumping layer, a reflux pumping layer and an intermediate connecting layer. The end face of the downstream pumping layer is a sealing surface, and the reflux pumping layer is close to the seal The ring base body, the intermediate connecting layer is located between the downstream pumping layer and the reflux pumping layer, the downstream pumping layer is provided with a downstream pumping groove, a reflux hole and a sealing dam, the intermediate connecting layer is provided with a connecting hole, the connecting hole is connected with the reflux hole, the reflux pumping layer is provided with a reflux pumping groove and a gas collecting groove, the two adjacent gas collecting grooves are provided with sealed weirs without grooves, and the gas collecting groove is connected with the connecting hole Tong. The utility model has good hydrodynamic effect, large fluid film rigidity and small leakage, and is suitable for high-speed operation conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种轴向多层流道叠加回流泵送机械密封结构
本技术涉及一种旋转式流体机械密封的机械端面密封结构，特别涉及一种由多层流道叠加以减小泄漏的机械密封结构，用于各种高速压缩机和高速泵等旋转机械的旋转轴密封。
技术介绍
通过在密封端面开设各种流体动静压型槽以增强密封流体膜的动静压承载力，从而实现密封副的非接触运行已成为气体或液体润滑机械密封的常用技术。随着开槽端面机械密封在高速旋转机械中的应用，在一些输送有毒有害、易燃易爆介质的场合需要严格控制机械密封泄漏，以避免密封介质泄漏至外界环境而引起燃爆事故。欧洲专利EP0564153A1、美国专利US4645414和中国专利CN1215135A、CN1045851A等所提出的人字槽、八字槽密封端面结构都通过在顺流泵送型槽的基础上增设回流泵送型槽，利用回流泵送槽的上游泵送作用，将泄漏至低压侧的流体反泵回高压侧，从而实现减小泄漏的目的。但是，回流泵送型槽的设置使顺流泵送槽的发展空间受限，在一定程度上削弱了流体动压效应，也即在减小泄漏的同时使端面流体膜的承载力和流体膜刚度也有所降低。以往采用激光打标、化学刻蚀或电镀的方法都只能在密封端面加工一层流体型槽，难以实现多层复杂流体流通通道的加工。近年来，3D打印技术兴起，特别是微纳尺度超高精度3D打印技术的发展，使得多层复杂流体通道的堆叠加工成为可能。
技术实现思路
为了改善现有带有回流泵送型槽的机械端面密封在高速条件下所存在的承载力和流体膜刚度不够大的不足，本技术提供一种流体动压效应好、流体膜刚度大且泄漏量小，适用于高速操作条件的轴向多层叠加流道叠加回流泵送机械密封结构。本技术的技术方案是：一种轴向多层流道叠加回流泵送机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，所述动环的一侧为高压侧即上游，所述动环的另一侧为低压侧即下游，所述动环由依次叠合的密封环基体、顺流泵送层、回流泵送层和中间连通层组成，所述顺流泵送层端面是密封面，所述回流泵送层紧贴密封环基体，所述中间连通层位于顺流泵送层与回流泵送层之间，所述顺流泵送层上设有顺流泵送型槽、回流孔和密封坝，所述中间连通层设有连通孔，所述连通孔与回流孔相连通，所述回流泵送层上设有回流泵送型槽和集气槽，两相邻集气槽之间设有不开槽的密封堰，所述集气槽与连通孔相连通。所述顺流泵送层中不开槽的密封坝位于下游侧，所述顺流泵送型槽位于上游侧，所述回流孔位于密封坝上。所述顺流泵送层的厚度为1～200μm，优选值为5～30μm。所述回流泵送层的厚度为0.1～2mm。所述中间连通层的厚度为0.5～5mm。本技术的工作原理是：采用高精度3D打印技术在密封环基体上逐层加工回流泵送层、中间连通层和顺流泵送层，各层加工完成后都需用超精密磨削和表面抛光技术将端面抛光至规定的粗糙度要求。在运行时，顺流泵送层的顺流泵送流体动压型槽可将上游侧的流体介质泵入密封端面，在径向压差和周向高速剪切的作用下，泵入的流体介质沿着顺流泵送槽向下游侧和迎风侧壁流动，在受到下游密封坝和周向密封堰的阻流作用时流体被压缩，压力升高而形成流体动静压承载力。越过顺流泵送槽根位置的流体一部分继续向下游侧流动，最终从下游侧流出而形成泄漏；另一部分则通过密封坝上的回流孔沿轴向流动，通过中间连通层的连通孔和回流泵送层的集气槽进入回流泵送层的回流泵送槽中，并在高速旋转离心力的作用下沿着回流泵送槽反泵回上游侧，从而实现减小泄漏的目的。本技术的优点是：(1)从顺流泵送槽中泵入密封间隙内的流体介质，一部分可通过回流孔、连通孔进入回流泵送层中的集气槽，并通过回流泵送槽反泵回上游侧，从而减少了流体介质直接向下游侧的泄漏，提高密封性。(2)由于顺流泵送槽和回流泵送槽沿轴向分层布置，回流泵送槽的设置不会影响顺流泵送槽宏观轮廓和槽深的充分发展，与以往带有回流泵送槽的人字槽、八字槽端面机械密封相比可提高密封端面流体膜的承载力和流体膜刚度，降低高速运行时两密封端面发生碰磨的几率，延长机械密封的使用寿命和可靠性。附图说明：图1是本技术实施案例一的三维结构示意图；图2是本技术实施案例一的多层流道密封结构轴向拆解示意图；图3是本技术实施案例一的顺流泵送层端面结构示意图；图4是本技术实施案例二的三维结构示意图。具体实施方式结合附图对本技术的实施进一步详述。实施例一参见图1、2和3，一种轴向多层流道叠加回流泵送机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，所述动环的一侧为高压侧即上游，所述动环的另一侧为低压侧即下游，所述动环由依次叠合的顺流泵送层1、中间连通层2、回流泵送层3和密封环基体4组成，所述顺流泵送层1端面是密封面，所述回流泵送层3紧贴密封环基体4，所述中间连通层2位于顺流泵送层1与回流泵送层3之间，所述顺流泵送层1上设有顺流泵送型槽11、密封堰12、回流孔13和密封坝14，所述中间连通层2设有连通孔21，所述连通孔21与回流孔13相连通，所述回流泵送层3上设有回流泵送型槽31和集气槽33，所述两相邻集气槽33之间设有不开槽的密封堰32，所述集气槽33与连通孔21相连通。所述顺流泵送层1中不开槽的密封坝14位于下游侧，所述顺流泵送型槽11位于上游侧，所述回流孔13位于密封坝14上。所述顺流泵送层1的厚度为1～200μm，优选值为5～30μm。所述回流泵送层3的厚度为0.1～2mm。所述中间连通层2的厚度为0.5～5mm。实施例二参照图4，本实施例与实施例一的不同之处在于，所述顺流泵送层1上设有顺流泵送型槽11、密封堰12、回流孔13、密封坝14和环形槽15，所述环形槽15位于上游顺流泵送型槽11和下游密封坝14之间，所述回流孔13位于环形槽15内，所述环形槽15的深度小于顺流泵送层1的厚度。本说明书实施例所述的内容仅仅是对技术构思的实现形式的列举，本技术的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本技术的保护范围也及于本领域技术人员根据本技术构思所能想到的同等技术手段。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轴向多层流道叠加回流泵送机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，所述动环的一侧为高压侧即上游，所述动环的另一侧为低压侧即下游，其特征在于：所述动环由依次叠合的密封环基体、顺流泵送层、回流泵送层和中间连通层组成，所述顺流泵送层端面是密封面，所述回流泵送层紧贴密封环基体，所述中间连通层位于顺流泵送层与回流泵送层之间，所述顺流泵送层上设有顺流泵送型槽、回流孔和密封坝，所述中间连通层设有连通孔，所述连通孔与回流孔相连通，所述回流泵送层上设有回流泵送型槽和集气槽，两相邻集气槽之间设有不开槽的密封堰，所述集气槽与连通孔相连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种轴向多层流道叠加回流泵送机械密封结构，包括机械密封的动环和静环，所述动环的一侧为高压侧即上游，所述动环的另一侧为低压侧即下游，其特征在于：所述动环由依次叠合的密封环基体、顺流泵送层、回流泵送层和中间连通层组成，所述顺流泵送层端面是密封面，所述回流泵送层紧贴密封环基体，所述中间连通层位于顺流泵送层与回流泵送层之间，所述顺流泵送层上设有顺流泵送型槽、回流孔和密封坝，所述中间连通层设有连通孔，所述连通孔与回流孔相连通，所述回流泵送层上设有回流泵送型槽和集气槽，两相邻集气槽之间设有不开槽的密封堰，所述集气槽与连通孔相连通。
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【专利技术属性】
技术研发人员：江锦波，章聪，彭旭东，孟祥铠，赵文静，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33