CN104019051A - 一种可调控型离心压缩机平衡盘密封 - Google Patents

Abstract

一种可调控型离心压缩机平衡盘密封，属于机械密封技术领域。其主要包括动环座、调控型静环座、动环和调控型静环，其中动环座位于离心压缩机末级叶轮出口侧，通过锁紧环固定于转轴，随轴旋转；开有调控气流通通道的调控型静环座固定于离心压缩机末级叶轮后侧的机体，并相对机体静止；动环固定于动环座，与调控型静环之间形成可调控的隔离气膜；调控型静环浮装于调控型静环座，其端面开有均压槽和节流孔，内部开有调控气流通通道。该密封具有静压启动，动压运转的优点。在离心压缩机运转过程中，能实现密封特性的主动调控，保证密封稳定运转，降低密封泄漏量，提高离心压缩机效率。并且，该密封兼具离心压缩机平衡盘功能，简化了离心压缩机结构。

Description

一种可调控型离心压缩机平衡盘密封

技术领域

本发明是一种适用于离心压缩机平衡盘的可调控型密封，其主要作用是实现压缩机平衡盘轴端密封，并替代传统平衡盘装置实现轴向力平衡，应用领域可扩展到汽轮机、燃气轮机和涡轮泵等旋转机械。

背景技术

离心压缩机作为大型的动力装置，广泛应用于合成氨等石化行业。压缩机投入成本高，能耗大，其运行的稳定性和效率的高低直接影响着整条生产线的可靠性，因而是诸多石化流程产业的核心设备。压缩机在压缩气体时，由于多级叶轮的压差累积会产生一定的轴向力。目前，大部分轴向力主要通过平衡盘来平衡，小部分靠止推轴承来平衡。

传统的压缩机平衡盘气体密封，主要通过迷宫密封来实现。但是迷宫密封泄漏量大，造成压缩机运行成本越来越高，影响着整套装置的效率。

干气密封的出现大大降低了离心压缩机平衡盘密封的泄漏量。高金吉院士和王维民博士在《离心压缩机轴向力调控与平衡盘密封改进研究》一文中提出采用动压式气膜端面密封和迷宫密封组合的方式作为新型平衡盘密封，提高了整套压缩机的生产效率。但是，普通干气密封主要适用于某一特定的工况，尤其在实际运转中启停的时候，由于动压效应的消失，密封端面摩擦产生大量热，严重影响密封的稳定性和寿命。

同时，由于外界条件的干扰，平衡盘两端势必出现压力波动。在波动较大的情况下，压缩机轴向力不平衡，容易造成止推轴承的损坏，导致整条生产线的停运，造成巨大的经济损失。

基于以上情况，必须寻求一种应用于离心压缩机平衡盘的可调控型气体端面密封装置，以解决平衡盘密封泄漏量大的问题，同时解决因为轴向力不平衡而造成压缩机不能正常运转的问题。

发明内容

本发明的目的在于发明一种用于离心压缩机平衡盘的可调控型气体端面密封装置，有效解决密封泄漏量大的问题，实现主动调控密封膜压和气膜刚度的目标，取得平衡盘密封在工作参数波动的工况下静压启动，动压运转的效果。同时，通过在线调节密封两侧压差，实现离心压缩机轴向力的自主平衡。

为实现以上技术目的，本发明的方案为：一种可调控型离心压缩机平衡盘密封，包括动环座13、调控型静环座14、动环15和调控型静环16，其中所述动环座13位于离心压缩机末级叶轮2出口侧，固定在转轴1上，随轴旋转；所述调控型静环座14镶装于离心压缩机末级叶轮2后的机体5上；所述动环15紧固于动环座13，与调控型静环16之间形成可调控的隔离气膜；所述调控型静环16浮装于调控型静环座14，调控型静环16与调控型静环座14之间有弹簧10连接；所述锁紧环11安装在转轴1末端，与转轴1通过螺纹紧固。

所述可调控型密封安装在离心压缩机机体5内部末级叶轮2后的平衡盘位置，利用调控气形成厚度和开启力可调控的隔离气膜，实现离心压缩机平衡盘密封和轴向力平衡。

所述调控气取自离心压缩机出口气体的一路，经升压、冷却、过滤和调压后进入调控气流入孔B；所述调控气流入孔B设置于机体5上，并且通过气路连接到调控型静环座14内部；所述调控气经调控型静环座14内部的调控气流通通道a和调控型静环16内部的调控气流通通道b进入动环15和调控型静环16端面之间，形成可调控的隔离气膜，最后泄漏到密封环内外径。

所述隔离气膜具有调控气压P_s、离心压缩机出口气压P_o和离心压缩机平衡腔气压P_i三种气压边界，调控气压P_s大于离心压缩机出口气压P_o，离心压缩机出口气压P_o大于离心压缩机平衡腔气压P_i；气膜具有一定刚度，实现隔离密封，并且气膜密封参数与调控气压P_s相关联。

所述密封与离心压缩机末级叶轮2接触侧气压高于密封与锁紧环11接触侧气压，两侧压差可平衡轴向力。平衡力计算式F＝ΔP×ΔA，其中ΔP是密封两侧压差ΔP＝P_o-P_i；ΔA是平衡面积，当调控型静环开有背压通道d时，ΔA＝π(R_p ²-r²)，R_p是密封的平衡直径，r是转轴1的直径，当调控型静环未开背压通道d时，ΔA＝π(R_o ²-r²)，R_o是密封动环15的外直径。

与现有离心压缩机平衡盘密封相比，本发明装置能够有效地解决平衡盘密封泄漏量大的问题，实现主动调控密封膜压和气膜刚度的目的，具有更优秀的稳态和动态性能、变工况适应性及在线调控性能，尤其对于参数波动的密封能够有效实现静压启动、动压运转。同时，通过在线调控密封两侧的压差，可实现轴向力的自主平衡。

附图说明

附图1为本发明的一种结构示意图

附图2为本发明的一种调控气流通路径示意图

图例说明

1—转轴；2—叶轮；5—机体；10—弹簧；11—锁紧环；12—迷宫密封；13—动环座；14—调控型静环座；15—动环；16—调控型静环；3，4，6，7，8，9—密封圈；a—调控型静环座上调控气流通通道；b—调控型静环上调控气流通通道；c—机体上平衡气流通通道；d—背压通道；e—调控气连接通道；f—机体上调控气流通通道；A—平衡气引入孔；B—调控气引入孔；Ⅰ—平衡气密封腔；Ⅱ—调控气缓冲槽。

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的范围仅局限于以下实例。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，本发明的一种可调控型离心式压缩机平衡盘密封包括与转轴1一起旋转的动环组件和相对离心压缩机机体5静止的调控型静环组件。动环组件结构为：密封动环座13安装在转轴1上且被锁紧环11压紧，密封动环15紧固在动环座13上，密封运转时，动环座13和动环15同转轴1一起旋转。调控型静环组件结构为：调控型静环座14镶装在叶轮2后面的离心压缩机机体5上，调控型静环16浮装在调控型静环座14上，两者之间有压缩弹簧10连接，压缩弹簧提供一定的补偿力。在调控型静环16内部加工有一定数量的调控气流通通道b；在密封动环端面或调控型静环端面加工有动压螺旋槽；在调控型静环座14圆周方向上加工有一定数量的调控气流通通道a；在离心压缩机机体5上加工有调控气流通通道f和平衡气流通通道c。

由图1所示，离心压缩机机体5与调控型静环座14外壁及密封圈4和8构成调控气缓冲槽Ⅱ；调控型静环15内壁与调控型静环16及密封圈6和7构成调控气连接通道e；如图2所示，调控气引自压缩机出口的一路，压力调节至符合要求后由B口进入密封装置；然后调控气流经通道f进入加工在调控型静环座14上的调控气流通通道a；随后调控气流经加工在调控型静环16内部的调控气流通通道b，并在出口处经节流装置节流后进入动环15和调控型静环16端面之间，形成膜厚大，刚度大，可调控的稳定工作隔离气膜；最后泄漏到密封环内外径。

可调控型离心压缩机平衡盘密封工作时不仅利用调控气静压效应，同时利用加工在调控型静环端面或动环端面的螺旋槽的动压效应。如图2所示，当压缩机工作参数改变，如转速等，或发生轴向波动时，调压环节主动调节外界调控气压力大小，进而改变密封端面间气膜刚度，使密封工况维持在最优化状态。

由图1所示，转轴1、压缩机组机体5、迷宫密封12、动环座13、调控型静环座14、动环15、调控型静环16以及密封圈3、8、9构成平衡气密封腔Ⅰ。外界调节至符合要求的平衡气由A口进入，经过平衡气流通通道c进入密封腔Ⅰ。当压缩机工况改变，导致压缩机轴向力发生变化时，改变平衡气密封腔Ⅰ的气压大小可以平衡轴向力，因此密封平衡轴向力能力的大小和密封两侧压差直接相关。

所述的“平衡直径”取其教科书定义，指密封流体在补偿环辅助密封处的有效作用直径。本专利中即密封端面磨损后，调控型静环做轴向位移时，辅助密封圈有相对位移处的那个表面的直径。

以上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平衡盘密封，而且可以应用于立式设备的密封。

Claims (4)

1.可调控型离心压缩机平衡盘密封，其特征在于：主要包括动环座(13)、调控型静环座(14)、动环(15)和调控型静环(16)，其中所述动环座(13)位于离心压缩机末级叶轮(2)出口侧，固定在转轴(1)上，随轴旋转；所述调控型静环座(14)镶装于离心压缩机末级叶轮(2)后的机体(5)上；所述动环(15)紧固于动环座(13)，与调控型静环(16)之间形成可调控的隔离气膜；所述调控型静环(16)浮装于调控型静环座(14)，调控型静环(16)与调控型静环座(14)之间有弹簧(10)连接；所述锁紧环(11)安装在转轴(1)末端，与转轴(1)通过螺纹紧固；所述可调控型离心压缩机平衡盘密封安装在离心压缩机机体(5)内部末级叶轮(2)后的平衡盘位置，利用调控气在动环(15)和调控型静环(16)之间形成厚度和开启力可调控的隔离气膜，实现离心压缩机平衡盘密封和轴向力平衡。

2.如权利要求1所述的可调控型离心压缩机平衡盘密封，其特征在于：所述调控气取自离心压缩机出口气体的一路，经升压、冷却、过滤和调压后进入调控气流入孔(B)；所述调控气流入孔(B)设置于机体(5)上，并且通过气路连接到调控型静环座(14)内部；所述调控气经调控型静环座(14)内部的调控气流通通道(a)和调控型静环(16)内部的调控气流通通道(b)进入动环(15)和调控型静环(16)端面之间，形成可调控的隔离气膜，最后泄漏到密封环内外径。

3.如权利要求1所述的可调控型离心压缩机平衡盘密封，其特征在于：所述隔离气膜具有调控气压P_s、离心压缩机出口气压P_o和离心压缩机平衡腔气压P_i三种气压边界，调控气压P_s大于离心压缩机出口气压P_o，离心压缩机出口气压P_o大于离心压缩机平衡腔气压P_i；气膜具有一定刚度，实现隔离密封，并且气膜密封参数与调控气压P_s相关联。

4.如权利要求1所述的可调控型离心压缩机平衡盘密封，其特征在于：所述密封与离心压缩机末级叶轮(2)接触侧气压高于密封与锁紧环(11)接触侧气压，两侧压差可平衡轴向力；平衡力计算式F＝ΔP×ΔA，其中ΔP是密封两侧压差ΔP＝P_o-P_i；ΔA是平衡面积，当调控型静环开有背压通道(d)时，ΔA＝π(R_p ²-r²)，R_p是密封的平衡直径，r是转轴(1)的直径，当调控型静环未开背压通道(d)时，ΔA＝π(R_o ²-r²)，R_o是密封动环(15)的外直径。