面向核主泵密封的端面密封装置

技术领域

本发明涉及机械密封技术领域，特别是涉及一种面向核主泵密封的端面密封装置。

背景技术

机械密封端面结构在各种旋转式流体机械中是基础的关键部件。机械密封是在垂直于旋转轴线的端面流体压力和补偿元件的作用及辅助密封的共同作用下，保持密封环贴合且相对滑动，构成的流体泄漏少的装置。普遍的机械端面密封，对于气体介质和液体介质的密封，均有相对成熟的密封端面和结构设计。

较常见的是接触式的机械端面密封，其端面不设置任何槽型，基本为平端面。这种设计的弊端是密封端面磨损较大，寿命相对较短，故有一些设计采用锥度和局部深槽的非接触式端面密封，目的是利用流体静压效应提高开启力，进而改善摩擦磨损情况，但是此类的静压型密封往往泄漏率较高。还有一些端面设计是利用流体动压效应，依据端面的旋转方向设置动压槽，虽然对控制泄露率一定助益，，但单独设置反向动压槽可能会使系统在启停阶段出现密封端面过度磨损的情况，正常运行阶段也可能出现密封的刚度不足等缺陷。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种面向核主泵密封的端面密封装置，可以有效地改善在静止状态下密封端面的摩擦磨损情况，并有效地抑制密封介质的泄漏量。

根据本发明实施例的面向核主泵密封的端面密封装置，包括：

第一密封环，所述第一密封环柔性固定在密封腔体上，所述第一密封环的端面包括锥面和坝区；所述锥面位于所述坝区外，所述锥面自高压侧向低压侧收敛，直至与所述坝区的外径侧相接；所述坝区的下游沿周向均匀分布有多个动压槽；

第二密封环，所述第二密封环固定在主轴上，所述第二密封环的端面与所述第一密封环的端面配合。

本发明实施例的面向核主泵密封的端面密封装置的工作原理为：锥面由于从上游高压侧到下游低压侧的收敛锥度，使得高压侧流体在流体静压的作用下可以进入密封端面，将第一密封环和第二密封环分开，提高开启力以避免旋转时端面坝区的磨损。当主轴带动第二密封环旋转时，由于坝区下游存在反向动压槽，形成明显的流体动压效应，保证端面密封装置在高压环境具有良好的密封流体刚度，减小外部施加流体向密封内侧流动的作用，进而减小密封介质的泄漏量，特别适合于密封介质泄漏对环境有巨大影响的场合，例如核电站主泵的密封系统等。

根据本发明实施例的面向核主泵密封的端面密封装置，可以在高压环境下利用流体静压效应和流体动压效应，提供额外的开启力和密封刚度，改善在静止状态下密封端面的摩擦磨损情况，并通过动压槽的反向泵送效应控制泄漏率，从而抑制密封介质的泄漏量，阻碍流体泵送到密封外，适用于密封介质对环境影响较大的场合，例如核电站主泵的密封系统。

在一些实施例中，所述坝区的宽度小于所述第一密封环的宽度。

在一些实施例中，所述坝区为平面。

在一些实施例中，所述锥面自所述第一密封环的端面的外径处逐渐收敛延伸至所述坝区的外径处，所述坝区的内径处位于所述第一密封环的端面内径处。

在一些实施例中，所述锥面的锥角的取值范围为100～1500μrad。

在一些实施例中，所述动压槽为反向动压槽。

在一些实施例中，所述动压槽的深度为2-100μm。

在一些实施例中，所述动压槽的个数为6～20个。

在一些实施例中，所述第一密封环为补偿环。

在一些实施例中，所述第二密封环的端面为平面。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的面向核主泵密封的端面密封装置的结构示意图；

图2是本发明一个实施例的面向核主泵密封的端面密封装置的第一密封环的锥面的结构示意图；

图3是本发明一个实施例的面向核主泵密封的端面密封装置的第一密封环的动压槽的结构示意图。

附图标记：主轴1；密封腔体2；第一密封环3；锥面4；坝区5；动压槽6；第二密封环7。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合图1至图3来描述本发明实施例的一种面向核主泵密封的端面密封装置。

如图1至图3所示，本发明实施例的面向核主泵密封的端面密封装置，包括：第一密封环3和第二密封环7。第一密封环3柔性固定在密封腔体2上，第一密封环3的端面包括锥面4和坝区5；锥面4位于坝区5外，锥面4自高压侧向低压侧收敛，直至与所坝区5的外径侧相接；坝区5的下游沿周向均匀分布有多个动压槽6。第二密封环7固定在主轴1上，第二密封环7的端面与第一密封环3的端面配合。

可以理解的是，密封腔体2一般静止不动，第一密封环3柔性固定在密封腔体2上，有利于第一密封环3与第二密封环7在本发明实施例的面向核主泵密封的端面密封装置启动工作时能够打开。在第一密封环3径向方向上，靠近第一密封环3外径一侧为高压侧，即上游，而靠近第一密封环3内径一侧为低压侧，即下游。锥面4位于坝区5外，在第一密封环3靠近外径处，锥面4自高压侧向低压侧收敛，直至与坝区5的外径侧相接，也就是说，在第一密封环3径向方向上，锥面4环设于坝区5的外径侧外且与坝区5相接；通过设置锥面4，在本发明实施例的面向核主泵密封的端面密封装置启动工作时，可以形成流体静压效应，在流体静压作用下提高开启力，进而改善在静止状态下密封端面的摩擦磨损情况。坝区5为介于低压侧和高压侧中间的且与第二密封环7端面平行的环形平面，坝区5的下游处即坝区5靠近第一密封环3内径侧，沿周向均匀分布有多个动压槽6，动压槽6为可以为反向动压槽6，用于在相对旋转的第一密封环3端面和第二密封环7端面之间产生流体动压效应的同时，并能阻碍流体泵送到密封外，适用于密封介质对环境影响较大的场合。

第二密封环7固定在主轴1上，第二密封环7可以随主轴1转动，第二密封环7的端面与第一密封环3的端面配合，形成密封旋转副。

本发明实施例的面向核主泵密封的端面密封装置的工作原理为：锥面4由于从上游高压侧到下游低压侧的收敛锥度，使得高压侧流体在流体静压的作用下可以进入密封端面，将第一密封环3和第二密封环7分开，提高开启力以避免旋转时端面坝区5的磨损。当主轴1带动第二密封环7旋转时，由于坝区5下游存在反向动压槽6，形成明显的流体动压效应，保证端面密封装置在高压环境具有良好的密封流体刚度，减小外部施加流体向密封内侧流动的作用，进而减小密封介质的泄漏量，特别适合于密封介质泄漏对环境有巨大影响的场合，例如核电站主泵的密封系统等。

根据本发明实施例的面向核主泵密封的端面密封装置，可以在高压环境下利用流体静压效应和流体动压效应，提供额外的开启力和密封刚度，改善在静止状态下密封端面的摩擦磨损情况，并通过动压槽6的反向泵送效应控制泄漏率，从而抑制密封介质的泄漏量，阻碍流体泵送到密封外，适用于密封介质对环境影响较大的场合，例如核电站主泵的密封系统。

在一些实施例中，坝区5的宽度小于第一密封环3的宽度。由于第一密封环3的锥面4始于第一密封环3的外径侧止于坝区5外，并未到坝区5，所以坝区5的宽度小于第一密封环3的宽度。

在一些实施例中，坝区5为平面。具体地说，坝区5为介于低压侧和高压侧中间的且与第二密封环7端面平行的环形平面。

在一些实施例中，锥面4自第一密封环3的端面的外径处逐渐收敛延伸至坝区5的外径处，坝区5的内径处位于第一密封环3的端面内径处。可以理解的是，锥面4由于从上游高压侧到下游低压侧的收敛锥度，使得高压侧流体在流体静压的作用下可以进入密封端面，将第一密封环3和第二密封环7分开，提高开启力以避免旋转时端面坝区5及第二密封环7端面的磨损。

在一些实施例中，锥面4的锥角的取值范围为100～1500μrad，这样，在该实施例的面向核主泵密封的端面密封装置启动工作时，可以更好地形成流体静压效应，在流体静压作用下有效地提高开启力，进而更好地改善在静止状态下密封端面的摩擦磨损情况。如图2所示，锥角β，表达式为β1＝h/(Ro-R)，h为锥度平面在上游侧的高度，Ro、R为第一密封环3的外径、坝区5半径。

在一些实施例中，动压槽6为反向动压槽6。反向动压槽6可以形成明显的流体动压效应，能在相对旋转的第二密封环7和第一密封环3端面之间产生流体动压效应，提供密封流体刚度，能有效阻碍流体泵送到密封外，减小外部施加流体向密封内侧流动的作用，进而减小密封介质的泄漏量，适用于密封介质泄漏对环境有巨大影响的场合。

在一些实施例中，动压槽6的深度为2-100μm，可以有效地改善在静止状态下密封端面的摩擦磨损情况。

在一些实施例中，动压槽6的个数为6～20个，可以有效地改善在静止状态下密封端面的摩擦磨损情况。

在一些实施例中，第一密封环3为补偿环，可以使第一密封环3与第二密封环7在运转过程中始终保持一定的油膜。

在一些实施例中，第二密封环7的端面为平面，与坝区5保持平行设置。

在一些实施例中，第二密封环7的端面的外径大于所述第一密封环3的端面的外径，这样，锥面4在第二密封环7端面的配合下，在本发明实施例的面向核主泵密封的端面密封装置启动工作时，可以更好地形成流体静压效应，在流体静压作用下提高开启力，进而改善在静止状态下密封端面的摩擦磨损情况。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。