CN102853085B - 气体端面密封抗干扰装置及抗干扰方法 - Google Patents

气体端面密封抗干扰装置及抗干扰方法 Download PDF

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Abstract

气体端面密封抗干扰装置及抗干扰方法，属于气体端面密封装置领域。包括与转轴一起旋转的密封动环、密封静环、薄膜节流器以及气体供给装置。在密封静环上加工有周向均布互不连通的气体供给通道，径向相对的每一组气体供给通道分别和薄膜节流器中的薄膜两侧连通。气体供给装置提供的气体在薄膜节流器中节流后被输送到密封端面之间，密封正常运转时薄膜节流器中薄膜两侧压力相等，薄膜不产生弯曲变形；当密封静环发生角向偏转时，薄膜节流器中的薄膜两侧就会产生压差，压差将导致薄膜产生弯曲变形，弯曲变形将改变薄膜两侧的气体流动阻力，从而有利于密封恢复到正常运转工况，该密封装置能够根据密封静环角向偏转的大小，自适应的提供抗干扰能力。

Description

气体端面密封抗干扰装置及抗干扰方法
技术领域
本发明属于气体端面密封装置技术领域，适用于旋转机械轴端的气体端面密封，尤其是压缩机、高速泵等高速工况下的轴端气体端面密封。
背景技术
气体端面密封以磨损量小、泄漏率低和寿命长等优点在石油、化工以及航空等领域的旋转机械中有着广泛的应用，密封运转时密封端面间保持非接触的状态，为全气膜润滑，气膜厚度为微米级。密封在实际运转过程中，由于制造误差、安装误差以及外界扰动等原因，会造成密封补偿环(密封静环)绕角向的摆动，轻则密封端面之间的间隙过大，泄漏率超标，重则密封动环和密封静环相撞，发生端面磨损失效或者密封环破裂失效。气体端面密封通常被应用在过程装备的关键设备中，例如被应用在压缩机的轴端密封中，密封一旦失效，就会造成整个生产过程停车的恶劣后果，这将带来巨大的经济损失。
在工程实际中，密封静环绕角向摆动通常是不可避免的，在主机振动较大、操作条件(被密封介质压力、转轴速度)波动较大的情况下，密封静环绕角向摆动又会被加剧，更容易导致密封失效。传统的气体端面密封装置通常是采用提高密封气膜刚度的方法，来提高密封抵抗外界干扰的能力，这种方法在一定程度上减小了密封失效的几率，但是在外界干扰剧烈的情况下，密封还会发生失效，没有从根本上解决密封静环绕角向摆动带来密封失效的问题。
基于此种情况，就必须寻求一种气体端面密封抗干扰装置，以解决因为密封静环绕角向摆动而导致密封失效的问题。当然，所发明的气体端面密封抗干扰装置，必须满足结构简单、操作稳定以及具有自适应性等特点。
发明内容
本发明的目的是提供一种气体端面密封抗干扰装置及抗干扰方法，该装置能够有效地解决外界干扰引起密封补偿环(密封静环)绕角向摆动导致密封失效的问题。
本发明的气体端面密封抗干扰装置，其特征在于，是在包括有与转轴1一起旋转的密封动环4、密封静环5、薄膜节流器13以及气体供给装置14的基本结构基础上，在所说的密封静环5上加工有周向均布互不连通的气体供给通道，径向相对的每一组气体供给通道分别和薄膜节流器中的薄膜两侧的气体供给通道相连通，所采用的技术方案如下：
气体端面密封抗干扰装置，包括与转轴1一起旋转的密封动环4、静止的密封静环5、薄膜节流器13以及气体供给装置14，密封动环4安装在转轴1的轴套2上且被动环压盖8压紧，密封动环4和轴套2之间安装有防转销3，密封静环5安装在静环座7上，密封静环5和静环座7之间安装有压缩弹簧6，密封装置的辅助密封由第一密封圈9、第二密封圈10、第三密封圈11以及第四密封圈12提供，所述的密封静环5上加工有周向均布互不连通的气体供给通道a4，径向相对的每一组气体供给通道a4通过气体供给通道a3分别和薄膜节流器13中的薄膜15两侧的气体供给通道a2相连通，气体供给装置14提供的气体，通过气体供给通道a1输送到薄膜节流器13中，气体被节流后，依次通过气体供给通道a2、气体供给通道a3以及气体供给通道a4输送到密封动环4和密封静环5的端面之间。密封动环4和密封静环5的端面之间通过气体膜密封。
动环压盖8与轴套2固定在一起，静环座7是静止固定的。
所述的径向相对的一组气体供给通道a4，分别和薄膜节流器13中的薄膜15两侧的气体供给通道a2相连通。
所述的薄膜节流器13的数量为n，周向均布互不连通的气体供给通道a4的数量为2n，通常n＝1-20个。
本发明能够有效地解决外界干扰引起密封补偿环(密封静环)绕角向摆动导致的密封失效的原因在于：密封静环上径向相对的一组气体供给通道a4通过气体供给通道a3分别和薄膜节流器13中的薄膜15两侧的气体供给通道a2相连通，当密封运行在理想状态时，密封静环不会发生角向偏转，密封动环和密封静环的密封端面保持相互平行，径向相对的一组气体供给通道a4中的气体压力相等(ps1等于ps2)，因而薄膜节流器中的薄膜两侧的压力也相等，薄膜不会发生弯曲变形；当密封静环因为外界扰动发生角向偏转时，会改变密封端面之间的气膜压力分布，这样就会使径向相对的一组气体供给通道a4中的气体压力不相等(ps1不等于ps2)，从而导致薄膜节流器中的薄膜两侧产生压差，压差将导致薄膜发生弯曲变形，薄膜产生的弯曲变形将改变薄膜两侧气体供给通道a2中的气体流动阻力(一端气体流动阻力增加，另一端气体流动阻力减小)，这将减小密封静环的角向偏转，使密封恢复到正常运转状态。
另外，本发明的气体端面密封抗干扰装置，其显著特点是根据密封静环角向偏转的大小能够自适应的提供抗干扰能力。当密封静环角向偏转较小，薄膜节流器中的薄膜两侧产生较小的压差，薄膜发生弯曲变形也会较小，当密封静环角向偏转较大，薄膜节流器中的薄膜两侧产生较大的压差，薄膜发生弯曲变形也会较大。
本发明的气体端面密封抗干扰装置，解决了密封静环角向偏转导致密封失效的问题，能够根据密封静环角向偏转的大小，自适应的提供抗干扰能力。密封装置具有结构简单、故障率低以及容易制造等优点。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图。
图2是本发明的一种薄膜节流器配置示意图
图中：1-转轴；2-轴套；3-防转销；4-密封动环；5-密封静环；6-压缩弹簧；7-静环座；8-动环压盖；9-第一密封圈；10-第二密封圈；11-第三密封圈；12-第四密封圈；13-薄膜节流器；14-气体供给装置；15-薄膜。
具体实施方式
以下结合附图所示的具体实施方式，对本发明的上述内容再做进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅局限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。
如图1所示，本发明的一种气体端面密封抗干扰装置，包括与转轴1一起旋转的密封动环组件、静止的密封静环组件、薄膜节流器13以及气体供给装置14。密封动环组件结构为：密封动环4安装在轴套2上且被动环压盖8压紧，密封动环4和轴套2之间安装有防转销3，密封运转时，密封动环4和转轴1一起旋转；密封静环组件结构为：密封静环5安装在静环座7上，密封静环5和静环座7之间安装有压缩弹簧6，压缩弹簧6提供一定的闭合力，在所述的密封静环5上加工有周向均布互不连通的气体供给通道a4；薄膜节流器13中安装有有弹性的薄膜15，且加工有气体供给通道a1和a2；气体供给装置14提供密封气源，气源压力为ps；密封静环5上径向相对的一组气体供给通道a4通过气体供给通道a3分别和薄膜节流器13中的薄膜15两侧的气体供给通道a2相连通。从气体供给装置14输送出来的气体，首先通过气体供给通道a1被输送到薄膜节流器13中，气体在薄膜节流器13中被节流后，依次通过气体供给通道a2、a3和a4到达密封动环4和密封静环5端面之间的间隙。动环压盖8与轴套2固定在一起，静环座7是静止固定的。
图1所示的气体端面密封抗干扰装置中的辅助密封由密封圈9、10、11和12提供。
通常，根据密封环的大小和密封工况等条件，密封静环5上加工的周向均布互不连通的气体供给通道a4的数量为2n，与气体供给通道a4相连的薄膜节流器13的数量为n，n＝1-20个。图2为图1的轴向示意图，用以显示薄膜节流器的配置个数，图中薄膜节流器的配置个数为2个，分别和径向相对的一组气体供给通道a4相连通。
图1只是本发明的一种结构形式，本发明不仅可以应用于卧式设备旋转轴的端面密封，而且可以应用立式设备旋转轴的端面密封。本发明的气体端面密封抗干扰装置可以应用于任何形式的气体端面密封，例如单端面气体端面密封、双端面气体端面密封等，补偿机构可以是单弹簧、多弹簧和波纹管等。

Claims (2)

1.气体端面密封抗干扰装置，包括与转轴(1)一起旋转的密封动环(4)、静止的密封静环(5)、薄膜节流器(13)以及气体供给装置(14)，密封动环(4)安装在轴套(2)上且被动环压盖(8)压紧，密封动环(4)和轴套(2)之间安装有防转销(3)；密封静环(5)安装在静环座(7)上，密封静环(5)和静环座(7)之间安装有压缩弹簧(6)；密封装置的辅助密封由第一密封圈(9)、第二密封圈(10)、第三密封圈(11)以及第四密封圈(12)提供；其特征在于：所述的密封静环(5)上加工有周向均布互不连通的气体供给通道a4，径向相对的每一组气体供给通道a4通过气体供给通道a3分别和薄膜节流器(13)中的薄膜(15)两侧的气体供给通道a2相连通；
径向相对的每一组气体供给通道a4，对称布置，分别和薄膜节流器(13)中的薄膜(15)两侧的气体供给通道a2相连通；
所述的薄膜节流器(13)的数量为n，周向均布互不连通的气体供给通道a4的数量为2n，n＝1-20个。
2.利用权利要求1所述的气体端面密封抗干扰装置的抗干扰方法，其特征在于：气体供给装置(14)提供的气体，通过气体供给通道a1输送到薄膜节流器(13)中，气体被节流后，依次通过气体供给通道a2、气体供给通道a3以及气体供给通道a4输送到密封动环(4)和密封静环(5)的端面之间；气体端面密封处于正常工作状态时，薄膜节流器(13)中的薄膜(15)两侧压力相等，薄膜不产生弯曲变形；当外界干扰引起密封静环(5)发生角向偏转时，薄膜节流器(13)中的薄膜(15)两侧就会产生压差，压差将导致薄膜(15)产生弯曲变形，薄膜产生的弯曲变形将改变薄膜两侧气体供给通道a2中的气体流动阻力，使一端气体流动阻力增加，另一端气体流动阻力减小，这将减小密封静环(5)的角向偏转，使密封恢复到正常运转状态；根据密封静环(5)角向偏转的大小，薄膜节流器(13)自适应地提供抗干扰能力。
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