本發(fā)明涉及動(dòng)靜壓組合式干氣密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種帶有內(nèi)置密封介質(zhì)節(jié)流調(diào)控裝置的動(dòng)靜壓組合式干氣密封結(jié)構(gòu)，特別適用于低速或處于變工況條件的旋轉(zhuǎn)設(shè)備的軸端密封裝置。

(二)

背景技術(shù)：

干氣密封是一種旋轉(zhuǎn)型密封裝置，因?yàn)榫哂袩o液、低泄漏、環(huán)保、節(jié)能、長壽命的特點(diǎn)，研究人員試圖在更多的旋轉(zhuǎn)機(jī)器動(dòng)密封中采用干氣密封。但經(jīng)過實(shí)踐和理論分析發(fā)現(xiàn)，干氣密封的穩(wěn)定性在很大程度上依賴于機(jī)組的轉(zhuǎn)速，這是因?yàn)楦蓺饷芊庖笮￠g隙非接觸式運(yùn)轉(zhuǎn)，而要形成所需的小間隙，必須要求被密封機(jī)組具有足夠高的轉(zhuǎn)速，否則，密封性能將下降，甚至無法正常工作。因?yàn)殡x心壓縮機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速一般都比較高(10000r/min左右)，這就保證了干氣密封實(shí)現(xiàn)小間隙非接觸運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，所以干氣密封在此類機(jī)組中使用獲得了巨大的成功。但大多數(shù)旋轉(zhuǎn)設(shè)備存在頻繁啟停、轉(zhuǎn)速變化、壓力變化等變工況，這將影響干氣密封的密封性能，例如：會(huì)出現(xiàn)密封端面磨損、密封環(huán)碎裂等現(xiàn)象。對(duì)于如反應(yīng)釜等低轉(zhuǎn)速機(jī)器，過低的轉(zhuǎn)速難以形成足夠的氣膜開啟力和剛度，無法保證密封的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

針對(duì)上述問題，很多研究者提出干氣密封靜壓開啟技術(shù)，這種結(jié)構(gòu)一般是在干氣密封靜環(huán)上開軸向靜壓孔，通以一定壓力的密封介質(zhì)，在密封端面形成靜壓開啟力，從而使干氣密封在設(shè)備轉(zhuǎn)速很低的情況下仍有良好的密封性。國外如Chesterton公司很早就對(duì)低速旋轉(zhuǎn)設(shè)備如攪拌釜的軸封采用靜壓干氣密封結(jié)構(gòu)(美國專利US5052694“Hydrostatic face seal and bearing”)，還有德國專利DE2444544“Contact free gas seal rings with gas barrier-have curved radial grooves to produce aerostatic axial force”，美國專利US5755817“Hydrostatic seal”、US8206083B2“Carbon hydrostatic face seal”和日本專利JP2002333022“hydrostatic gas bearing”均有公開報(bào)道，日本皮拉密封有限公司研制的氣體靜壓型干氣密封(http://www.pillar.co.jp/pillar_eng/contents/product/44/product.html)和英國埃伊斯的流體動(dòng)靜壓型壓縮機(jī)干氣密封(http://www.aesseal.com/)，近年來我國在靜壓干氣密封的性能研究與結(jié)構(gòu)分析方面取得一定成就，如劉飛(“靜壓干氣密封研究”，2010)、劉婷(“淺談靜壓干氣密封的研制”，2011)、李蕾磊(“化工高壓設(shè)備靜壓干氣密封特性研究”，2011)、李雙喜(“動(dòng)靜壓混合式氣體密封的特性分析”，2012)、王永寶(“靜壓式干氣密封國產(chǎn)化研究與應(yīng)用”，2016)等也對(duì)機(jī)械密封的靜壓開啟技術(shù)進(jìn)行了不同程度的研究，對(duì)密封靜環(huán)的節(jié)流孔位置、靜環(huán)端面的均壓槽深度等進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。但是對(duì)于如何控制密封介質(zhì)的壓力，減少泄漏量，提高干氣密封結(jié)構(gòu)對(duì)轉(zhuǎn)速、壓力變化的適應(yīng)能力，仍然存在許多關(guān)鍵問題需要解決。此外，目前國內(nèi)外所采用動(dòng)靜壓機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，一般都需要額外緩沖介質(zhì)，這不僅增加了密封結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，也提高了整個(gè)密封裝置的造價(jià)，而且密封介質(zhì)壓力受到更多外在因素的影響。

利用干氣密封靜壓開啟技術(shù)，可以設(shè)計(jì)一套內(nèi)置密封介質(zhì)節(jié)流調(diào)控裝置，在不需要額外提供緩沖介質(zhì)的情況下，既能保證有穩(wěn)定的密封介質(zhì)，又不增加密封結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，密封介質(zhì)壓力可以根據(jù)工況的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)壓縮機(jī)等高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備和攪拌釜等低速設(shè)備都有廣泛的適用性。

(三)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，一種用于動(dòng)靜壓型干氣密封的內(nèi)置密封介質(zhì)節(jié)流調(diào)控裝置，該內(nèi)置密封介質(zhì)節(jié)流調(diào)控裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)干氣密封靜壓開啟力的控制并具有適應(yīng)變工況特別是不同速度和壓力的能力。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種用于動(dòng)靜壓型干氣密封的內(nèi)置密封介質(zhì)節(jié)流調(diào)控裝置，安裝在密封壓蓋27內(nèi)，由軸向臺(tái)階通孔25、墊片2、彈簧5、閥芯6、頂桿11、螺母13、法蘭9組成。軸向臺(tái)階通孔25中加工有第一環(huán)形凸臺(tái)3和第二環(huán)形凸臺(tái)8，兩個(gè)凸臺(tái)之間形成第一封氣腔，法蘭9安裝在壓蓋27的大氣側(cè)且與軸向臺(tái)階通孔25同心，法蘭9與第二環(huán)形凸臺(tái)8之間形成第二封氣腔；第一封氣腔與密封腔20之間通過第一氣孔24連通，第二封氣腔與靜環(huán)背腔15之間通過第二氣孔14連通，封氣經(jīng)由靜環(huán)背腔通過若干靜環(huán)節(jié)流孔19進(jìn)入密封端面均壓槽22。閥芯6靠近墊片2的一端開有軸向盲孔，盲孔內(nèi)安裝彈簧5，彈簧5位于閥芯6和墊片2之間，閥芯外圓周面與第一環(huán)形凸臺(tái)內(nèi)圓周上設(shè)置的第一密封圈4配合確保封氣無法進(jìn)入閥芯彈簧側(cè)；閥芯另一端加工成楔形，楔形面與第二環(huán)形凸臺(tái)8形成節(jié)流口，楔形面端部安裝有頂桿11，頂桿11與法蘭9內(nèi)設(shè)的第二密封圈10配合以防止封氣向外泄漏，頂桿另一端由螺母13支撐，螺母13安裝在法蘭9上并與軸向臺(tái)階通孔25同心。通過調(diào)節(jié)螺母13調(diào)節(jié)閥芯6在軸向位置，進(jìn)而改變節(jié)流口的開度，實(shí)現(xiàn)干氣密封端面均壓槽內(nèi)氣體壓力與流量的調(diào)控。

進(jìn)一步，密封介質(zhì)經(jīng)過所述內(nèi)置密封介質(zhì)節(jié)流調(diào)控裝置分為兩路，一路經(jīng)第一通孔24流向密封腔20，另一路經(jīng)第二通孔14流向密封靜環(huán)背腔15。

進(jìn)一步，所述靜環(huán)18端面上加工有均壓槽22，或所述動(dòng)環(huán)23端面加工有均壓槽22，或所述靜環(huán)18和動(dòng)環(huán)23的密封端面上均加工有均壓槽22。

再進(jìn)一步，所述閥芯一端的楔形結(jié)構(gòu)可以是錐形面、球形面、拋物面。

本發(fā)明所稱的徑向是指靜環(huán)或動(dòng)環(huán)的徑向，本發(fā)明所稱的軸向是指靜環(huán)或動(dòng)環(huán)的旋轉(zhuǎn)軸或平行于該旋轉(zhuǎn)軸的方向。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的帶有內(nèi)置密封介質(zhì)節(jié)流調(diào)控裝置的動(dòng)靜壓機(jī)械密封裝置，采用了內(nèi)置密封介質(zhì)節(jié)流調(diào)控裝置，將密封介質(zhì)分為兩路具有不同壓力的介質(zhì)。一路通過壓蓋內(nèi)通孔流向密封腔，為密封介質(zhì)，一路通過壓蓋內(nèi)通孔流向靜環(huán)背腔，通過靜環(huán)節(jié)流孔流向密封端面，為緩沖介質(zhì)，形成靜壓開啟力。靜壓開啟力可以通過節(jié)流裝置的頂桿進(jìn)行調(diào)節(jié)，頂桿的軸向位移改變節(jié)流口的節(jié)流面，進(jìn)而改變兩路介質(zhì)的壓差，進(jìn)而適應(yīng)壓力、轉(zhuǎn)速波動(dòng)等變工況。頂桿位置不變，則兩路密封介質(zhì)壓差不變，這樣既能保證有穩(wěn)定壓力的密封介質(zhì)，又不需要增加緩沖介質(zhì)裝置，降低了密封結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，密封介質(zhì)壓力可以根據(jù)工況的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)透平泵、攪拌釜和壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)器設(shè)備都有廣泛的適用性。

(四)附圖說明

圖1為本發(fā)明帶內(nèi)置密封介質(zhì)節(jié)流調(diào)控裝置的動(dòng)靜壓機(jī)械密封的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明密封靜環(huán)端面的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明密封動(dòng)環(huán)端面的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：

1—?dú)んw；2—墊片；3—第一環(huán)形凸臺(tái)；4—第一密封圈；5—彈簧；6—閥芯；7—進(jìn)氣孔；8—第二環(huán)形凸臺(tái)；9—法蘭；10—第二密封圈；11—頂桿；12—法蘭螺紋孔；13—螺母；14—第二通孔；15—靜環(huán)背腔；16—緊釘螺釘；17—推環(huán)；18—靜環(huán)；19—靜環(huán)內(nèi)節(jié)流孔；20—密封腔；21—軸套；22—端面均壓槽；23—?jiǎng)迎h(huán)；24—第一通孔；25—壓蓋內(nèi)軸向臺(tái)階通孔；26—干氣密封彈簧；27—壓蓋。

(五)具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

參照?qǐng)D1至圖3，本發(fā)明用于動(dòng)靜壓型干氣密封的內(nèi)置密封介質(zhì)節(jié)流調(diào)控裝置，安裝在密封壓蓋27內(nèi)，由軸向臺(tái)階通孔25、墊片2、彈簧5、閥芯6、頂桿11、螺母13、法蘭9組成。軸向臺(tái)階通孔25中加工有第一環(huán)形凸臺(tái)3和第二環(huán)形凸臺(tái)8，兩個(gè)凸臺(tái)之間形成第一封氣腔，法蘭9安裝在壓蓋27的大氣側(cè)且與軸向臺(tái)階通孔25同心，法蘭9與第二環(huán)形凸臺(tái)8之間形成第二封氣腔；第一封氣腔與密封腔20之間通過第一氣孔24連通，第二封氣腔與靜環(huán)背腔15之間通過第二氣孔14連通，封氣經(jīng)由靜環(huán)背腔通過若干靜環(huán)節(jié)流孔19進(jìn)入密封端面均壓槽22。閥芯6靠近墊片2的一端開有軸向盲孔，盲孔內(nèi)安裝彈簧5，彈簧5位于閥芯6和墊片2之間，閥芯外圓周面與第一環(huán)形凸臺(tái)內(nèi)圓周上設(shè)置的第一密封圈4配合確保封氣無法進(jìn)入閥芯彈簧側(cè)；閥芯另一端加工成楔形，楔形面與第二環(huán)形凸臺(tái)8形成節(jié)流口，楔形面端部安裝有頂桿11，頂桿11與法蘭9內(nèi)設(shè)的第二密封圈10配合以防止封氣向外泄漏，頂桿另一端由螺母13支撐，螺母13安裝在法蘭9上并與軸向臺(tái)階通孔25同心。通過調(diào)節(jié)螺母13改變閥芯6的軸向位置，進(jìn)而改變節(jié)流口的開度，實(shí)現(xiàn)干氣密封端面均壓槽內(nèi)氣體壓力與流量的調(diào)控。

密封介質(zhì)經(jīng)過所述內(nèi)置密封介質(zhì)節(jié)流調(diào)控裝置分為兩路，一路經(jīng)第一通孔24流向密封腔20，壓力略有減??；另一路經(jīng)第二通孔14流向密封靜環(huán)背腔15，壓力經(jīng)節(jié)流下降。

所述靜環(huán)18端面上加工有均壓槽22，或所述動(dòng)環(huán)23端面加工有均壓槽22，或所述靜環(huán)18和動(dòng)環(huán)23的密封端面上均加工有均壓槽22。由此產(chǎn)生的效果是使干氣密封結(jié)構(gòu)可以在低速下或機(jī)器啟動(dòng)期間快速開啟，通過旋轉(zhuǎn)螺母調(diào)節(jié)頂桿軸向位移可以調(diào)節(jié)流向靜環(huán)密封介質(zhì)的壓力，適應(yīng)變轉(zhuǎn)速工況。

所述閥芯一端的楔形結(jié)構(gòu)可以是錐形面、球形面、拋物面。

本說明書所述內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。