CN104364567A - 用于密封活塞式压缩机的往复活塞杆的密封系统 - Google Patents

Abstract

在用于密封活塞式压缩机的活塞杆的液压的密封介质屏障中出现密封介质的高温并且存在这样的风险，污染物质和磨粒沉积并且由此密封功能受到损坏。为了防止这点，根据本发明建议一种密封系统(1)，该密封系统为了循环密封介质设有用于密封介质的排出管路(11)和循环装置(13)，该排出管路与空隙(10)连通，借助循环装置在维持密封介质的压力(p_oil)的情况下经由排出管路和输入管路(7、11)使密封介质循环通过空隙(10)。

Description

用于密封活塞式压缩机的往复活塞杆的密封系统

技术领域

本发明涉及一种用于密封活塞式压缩机的往复活塞杆的密封系统，该密封系统包括第一密封元件和第二密封元件，该第一和第二密封元件轴向间隔地设置在密封系统的空隙中，其中，在密封系统中设置与空隙连通的、用于处于压力下的密封介质的输入管路，并且所述密封介质的压力大于待密封压力，并且所述密封元件设置成通过密封介质的压力分别贴靠在空隙的轴向端部上和贴靠在活塞杆上，使得具有压力的密封介质通过密封元件被包围在空隙中。

背景技术

在活塞式压缩机中，沿着活塞杆相对于具有低压(例如压缩机的曲轴箱中的大气压)的空间密封具有高压(例如在压缩机的气缸中的工作压力)的空间。为此，以已知的方式使用所谓的压力填充体，该压力填充体在活塞式压缩机的往复运动活塞杆与固定的机械部件(通常是压缩机壳体密封)之间密封。这样的密封填充体通常包括多个轴向相继地设置的填充环或者说填充环组合。最经常的是应用由径向切割和切向切割的填充环构成的组合，例如由EP 1 146 264 A2描述的那样。其次，也可以使用分段式的环设计，在该环设计中填充环也由多个环部分构成，如由US 4 350 349已知的那样。然而这样的密封系统也不是100％密封的系统，而总是具有一定的泄漏量，其通过密封系统漏出。为了减少泄露问题，已经在WO 2010/079227 A1中建议，使用两个轴向间隔的密封元件作为密封件，在这两个密封元件之间置入具有高压的密封介质例如油，由此密封元件被压靠在密封填充体中设定的密封面上以进行密封。以这种方式，实现密封介质屏障，该密封介质屏障沿着活塞杆至少降低、甚至在理想情况下消除了压缩机的工作介质、例如空气或天然气的泄露。

这样的密封填充体或者密封件在正常情况下也被冷却，例如方式为：冷却介质被循环通过密封填充体，以便活塞杆经由密封填充体的冷却间接进行冷却。但这自然导致附加的结构上的和运行上的费用。

例如由US 4 222 575 A或DE 28 39 243 A1已知类似的密封系统用于密封斯特林发动机的活塞杆。在此还设置泄露导回装置，通过泄露导回装置可以将不希望的密封介质的泄露毫无压力地导回到密封介质容器中。

由WO 2011/062484 A1公开了船用螺旋桨的转子轴的密封系统，在其中设置两个压力腔，密封介质被循环通过该压力腔。然而，在此压力腔中的密封介质的压力比要密封的压力(待密封压力)小。这两个压力腔使用不同的密封介质，其中由供应的密封介质和节流阀的压力确定两个压力腔中的压力。密封介质循环中的泵用于密封介质的再循环。

当然，除密封介质的不可避免的泄露之外，密封介质屏障形式的密封系统也有一定的问题。由于密封介质屏障中的小的密封介质容量，该密封介质通过摩擦产生的热输入(其通过快速往复的活塞杆和密封介质之间的摩擦引起)容易达到直至200℃和更高的温度。借此一开始已经限制可能的可使用的密封介质的选择。然而由于高温也使得密封介质快速的热老化，由此密封功能可能受到损坏。然而通过温度升高也同时导致密封系统中的压力升高，这可能不期望地导致密封介质增强地从密封系统排出。另外，通过提高的压力自然也使密封介质屏障的密封元件过度地受负荷，这可能最终导致密封元件失灵。此外，标准规格的液压组件通常仅被设计用于至多80℃的温度。能够承受高温、特别是在此出现的高温的液压组件是昂贵的。另外，这样的高温也使得密封系统的充分冷却成为必要。最后不仅可能在密封系统中聚集污染物质，例如磨粒或者与工艺相关的污染物质，该污染物质同样可能削弱密封系统的功能。

发明内容

因此本发明的目的是，消除活塞式压缩机中作为密封系统的密封介质屏障的上述问题。

根据本发明该目的这样实现，方式为：设置用于密封介质的排出管路，该排出管路与空隙连通，并且还设置循环装置，该循环装置在维持空隙中的密封介质的压力的情况下经由输入管路和排出管路使密封介质循环通过空隙。通过使密封介质循环通过空隙，在不损害密封功能的情况下确保了密封介质的温度被保持在可接受的范围中，由此至少显著减少与其相关联的问题，例如密封系统中的压力升高、密封介质的由热导致的老化、密封系统的冷却。此外，由此来自密封系统的可能的污染物质被导出，借此也减少污染物质或磨粒的干扰的沉积。在这里还看到该循环的其它显著的附加用途在于，由此可以取消密封系统的冷却，但是同时活塞杆也被直接冷却，这迄今明显只能通过麻烦的结构来实现。

如果在排出管路中设置压力调节单元，则密封介质的期望的压力可以以简单的方式被设定。

为了避免在压缩机的停止运转和/或故障情况下压缩机的工作介质的回流到密封介质容器中，在排出管路中可以设置第一截止阀和/或第二截止阀，该截止阀也可以用于密封系统的排气。

如果在输入管路中设置受预紧的止回阀，则可以以简单的方式防止在故障情况下或在切断状态下压缩机的工作介质回流到密封介质容器中。

如果第二截止阀通过在受预紧的止回阀上游的压力操作，则排气管路可以被自动打开或关闭。为此也可以防止，密封介质通过排气管路失去。

通过在排出管路上设置温度传感器，该温度传感器与用于调节循环装置的调节单元连接，也可以以简单的方式实现液压系统的温度控制。由此密封介质的温度可以被调节或者说向上限定。

通过在排出管路上设置压力传感器，该压力传感器与用于调节循环装置的调节单元连接，则也可以调节密封介质的压力。由此可以通过相应的额定预设值以简单的方式设定不同的密封介质压力。

为了能够调节到两种运行模式，例如停止运转和正常运行，可以在排出管路中设置转换阀，该转换阀对第一限压阀或第二限压阀作用，其中，为第一限压阀设定的切换压力大于为第二限压阀设定的切换压力。以这种方式可以例如在压缩机的停止运转时设定密封系统中的较大的密封介质压力，以便可靠地禁止压缩机的工作介质通过密封系统流出。

如果在输入管路中分支出冷却管路，该冷却管路与密封系统的冷却系统连通，则可以以简单的方式利用密封系统的可能现有的冷却系统。由此密封系统并且间接地还有活塞杆通过密封介质附加地被冷却，但是可以同时节省外部附加的用于循环固有冷却介质的机组。

附图说明

下面参考示例性的、示意的并且没有限制的图1至图6进一步阐述本发明。其中示出：

图1示出了根据本发明具有密封介质循环的密封系统；

图2示出了密封介质的循环的液压系统示意图；

图3示出了具有恒定的体积流量的液压系统示意图；

图4示出了具有针对温度受调节的体积流量的液压系统示意图；

图5示出了具有针对压力受调节的体积流量的液压系统示意图；以及

图6示出了用于两个密封系统的液压系统示意图。

具体实施方式

在图1中示出了一种已知的密封系统1，用于相对于工作介质的待密封压力p_d、例如气缸压力密封活塞式压缩机的轴向往复的活塞杆3。密封系统1设置在压缩机的固定的壳体件2、如压缩机壳体中，并且在壳体件2和运动的活塞杆3之间密封。密封系统1例如像充分已知的那样在预装配的状态中被装入并且例如借助多个在圆周上分布的螺栓被固定于壳体件2中。该密封系统1在所示出的实例中包括两个L形的腔室圆盘4、5，这两个腔室圆盘在所示出的实施例中轴向通过分隔圆盘6分开。但是自然也可以设想其它的例如具有T形的分隔圆盘的实施结构。在腔室圆盘5上还可以沿径向在外部设置法兰，借助该法兰密封系统1可以被固定在壳体件2上。腔室圆盘4、5以及可选地分隔圆盘6可以以已知的方式通过贯穿的螺栓固定在一起。通过该布置结构，在L形的腔室圆盘4、5(和可选地分隔圆盘6)与活塞杆3之间形成空隙10。在该空隙10中设置有第一密封元件8和第二密封元件9，其中密封元件8、9通过经由输入管路7供应到空隙10中的密封介质的起作用的压力分别贴靠在空隙10的轴向端部上、即贴靠在L形腔室圆盘4、5的径向腿上并且轴向彼此分开地设置(定向“轴向”和“径向”是参照活塞杆3的定向而言)。该第一密封元件和第二密封元件8、9沿径向在外部与腔室圆盘4、5、即与腔室圆盘4、5的轴向腿隔开地设置，并且沿径向在内部贴靠在活塞杆3上的密封面上。该密封介质如例如油在压力p_oil下被供应到空隙10中，该压力大于待密封压力p_d。密封介质因此通过密封元件8、9被包围在空隙10中并且沿径向在外部并且沿轴向作用在密封元件8、9上，该密封元件因此通过压力p_oil沿径向向内压到活塞杆3上并且沿轴向压到腔室圆盘4、5上并由此密封。借此形成密封介质屏障，该密封介质屏障防止了压缩机的要密封的气态的工作介质的泄漏。

作为密封元件8、9，可以使用已知的具有贴靠在活塞杆3上的密封唇的液压密封圈，如唇形密封圈或者紧凑型密封圈，或者使用充分已知的刚性的、分割的或者分段的填充环或者填充环组合，如例如由径向和切向分割的填充环的组合。液压密封圈可以如众所周知的那样这样被实施，在一个活塞冲程时通过密封唇被挤出的密封介质在一个反向活塞冲程时通过密封唇被再次“吸回”，使得总得来说通过液压密封环没有产生或仅产生少量的密封介质的泄露。在应用填充环或填充环组合的情况中，通常通过密封产生少量的密封介质的泄露，然而该少量的泄漏表明通常是没问题的。

当然，密封系统1也可以以另外的方式构建或者由另外的和/或附加的组件构成，如例如在WO 2010/079227 A1或AT 510171 A1中详细描述的那样。

现在排出管路11与空隙10连通，可以经由该排出管路从空隙10中排出密封介质。该排出管路11优选地，但不是必要地，与输入管路7通入空隙10中的通口在直径上相对置地设置，以便达到良好流动通过空隙10的目的。当然也可以设置多个输入管路7和/或排出管路11。由此可以通过空隙10循环密封介质，如根据图2详细地阐述的那样。

密封介质流经由循环装置(在这里例如是循环泵13)经由输入管路7被供应给密封系统1并且经由排出管路11被排出。密封介质的循环经由密封介质容器14实现，循环泵13从密封介质容器抽吸密封介质并且将密封介质再次导回到密封介质容器中。经由压力调节单元12调节用于密封所需的压力p_oil。

通过使密封介质循环通过密封系统1或者说空隙10一方面确保，密封介质的温度没有过高地升高。另外，借此还实现活塞杆3的直接冷却，因为活塞杆3被密封介质四面冲刷。当通过活塞杆3的直接冷却可以放弃密封系统1昂贵的冷却时，由此得到显著的附加用途。同样，可以通过循环冲掉可能的来自空隙10的污染物质，或者说可以禁止由过程引起的磨粒或者污染物质在空隙10中的沉积。

在一个其它的实施变型方案中，附加地密封系统1还可以经由从密封介质流分支出的冷却密封介质流冷却，该冷却密封介质流经由冷却管路16供应给密封系统1，如在图2中虚线所示的那样。另外，在密封系统1上游或下游还可以设置装置15用于调节冷却密封介质流如例如压力调节装置或者体积流量调节装置。由此可以利用密封系统1的可能存在的冷却系统，然而该密封系统节省了用于循环固有冷却介质的外部机组。这特别是在改装存在的压缩机时是令人感兴趣的。

在根据图3的设计方案中，该循环以恒定的密封介质流进行。经由压力调节单元12(在此例如是可调节的限压阀)调节用于密封需要的压力p_oil。这样的密封系统1例如以压力p_oil＝30-250bar以及从300l/天至1500l/天的密封介质流运行。

另外，在通向密封介质容器14的再循环管路中还可以设置有第一截止阀18，如例如可开启的止回阀或者如这里的液压受控制的球阀，以便在故障情况下禁止气体回流到密封介质容器14中。另外，该截止阀18经由控制管路，例如在这里从排出管路11出发的控制管路，被控制。如果在排出管路11中没有压力p_oil，那么该截止阀18自动关闭。也可以放弃截止阀18，因为压力调节单元12同样可以承担该功能。压力调节单元12在极其低的压力下自动关闭并且防止气体泄露流入到密封介质容器14中。

同样，在排出管路11中也可以设有排气管路19，在该排气管路中可以设置第二截止阀20，如例如在此是可截止的止回阀或者液压受控制的球阀。另外，该第二截止阀20经由控制管路，如例如在这里从输入管路7出发的控制管路，被控制。如果在输入管路7中没有压力p_oil，则第二止回阀20打开，以便导出泄露气体。该气体排气压力优选小于4bar(巴)。排气管路19可以例如简单地被引导到室外，但是可以例如与火炬管路连通，以便烧掉泄露气体。

另外，在输入管路7中也可以设置受预紧的止回阀21，以便在确定的压力p_oil下关闭输入管路7。该受预紧的止回阀21优选地具有两个功能。第一，止回阀防止在故障情况下或者在切断状态下压缩机的工作介质回流到密封介质容器14中。第二，止回阀可以被利用，以便在液压机组接通时在截止阀20的控制管路中产生压力，该控制管路沿流动方向在止回阀21上游从输入管路7分支出来，在密封介质可能到达截止阀20之前，该液压机组操作、即关闭截止阀20。如果截止阀20还没有关闭，那么密封介质经由打开的排气管路19漏出。这里有利的是，止回阀21是被预紧的。在故障情况下，如果在输入管路7中不再有压力，那么然后截止阀20再次自动打开，并且该泄露气体可以再次经由排气管路19导出，如传统的填充体的情况下那样。优选设定大约5bar的压力作为用于止回阀21的激活压力。通过密封介质的循环，无需在正常运行中的密封介质管路的固有排气。

这种设计的优点在于，仅经由液压压力p_oil控制密封，借此可以实现非常稳健且简单的密封。

同样自然还可以在适合的或者说需要的位置设置另外的组件，如例如压力计、温度显示器、过滤器等，如在图3中所示。

图4的设计方案与图2的设计方案的区别基本上在于，现在没有恒定的密封介质流而是密封介质流是受温度调节的。为此在排出管路11上设置温度传感器22，该温度传感器将在密封系统出口处的密封介质的当前温度T提供给调节单元23，该调节单元又控制循环泵13，以便维持密封介质的规定的预先设定的温度，例如T_max＝80℃。在这里使用液压受控制的球阀作为截止阀20，该球阀由受预紧的止回阀21上游的压力控制并且排气管路19在这里设置在压力调节单元12下游。

代替温度调节也可以设置压力调节，如在图5中所示的那样。为此在排出管路11中设置有节流装置26，如例如节流孔板，并且例如在排出管路11中可以由压力传感器25测量密封介质的当前的压力并且测量结果被供应给调节单元23。调节单元23如此控制循环泵13，使得在密封系统1中达到规定的压力p_oil。

图6示出了一种设计方案，在该设计方案中两个密封系统1利用一个液压单元进行供给，其中当然也可以由一个液压单元运行多于两个密封系统1。这里设置液压机组30和液压控制块31，该液压机组具有所有用于液压供应所需的组件，液压控制箱具有所有用于运行所需的液压构件。在这里特点在于，可以经转换阀32在正常运行和停止运行之间进行转换。转换可以手动或者自动实现。根据转换阀32的位置，第一限压阀33和第二限压阀34被作用，其中，第一限压阀33具有较高的切换压力(例如250bar)，其大于第二限压阀34的较低的切换压力(例如150bar)。由此可以根据转换阀32的位置设定压力p_oil。在正常运行中，也就是当压缩机运转时，设定所述较低的压力p_oil。如果该压缩机被切断，则可以切换到停止运行并且由此切换到所述较高的压力p_oil，以便可靠地防止压缩机的工作介质被挤压到密封系统1中。在停止运行时，在很少的情况下(例如当该压缩机的压力阀未密封时)则可能在压缩机气缸中出现压力升高(直到压缩机的最终压力)。现在可以在压缩机的停止运行时例如将密封介质的压力设定在压缩机最终压力(或者更高)，以便防止工作介质被挤压到密封系统1中。

在这里在排出管路11中也还设置流量测量单元35。代替流量测量单元35，也可以设置压力开关。为了防止密封介质在各密封系统之间回流，还可以在流量测量单元35或压力开关上游安装止回阀。同样可以在输入管路中设置压力开关36，以便触发与压力相关的动作，例如以便在故障时不再对循环泵13的驱动电机通电。

在如上所述的密封系统1中，导致通过密封元件8、9或者在密封元件8、9和活塞杆之间的密封介质的小的泄露。该泄露优选从密封系统中导出。如例如在AT 510171 A1中所描述的那样，来自密封系统1的密封介质的泄露回流可以经由来自密封系统1的泄露管路17被回流到密封介质容器14中，如图2所示的那样。但是代替这样的泄露管路17，密封介质泄露可以被导入到压缩机的曲轴箱中。然后在曲轴箱中可以设置溢出口，其中该溢出口被回引到密封介质容器14中。

Claims (9)

1.一种用于密封活塞式压缩机的往复活塞杆(3)的密封系统，该密封系统包括第一密封元件和第二密封元件(8、9)，该第一和第二密封元件轴向间隔地设置在密封系统(1)的空隙(10)中，其中，在密封系统(1)中设置与空隙(10)连通的、用于处于压力(p_oil)下的密封介质的输入管路(7)，并且所述密封介质的压力(p_oil)大于待密封压力(p_d)，并且所述密封元件(8、9)设置成通过密封介质的压力(p_oil)分别贴靠在空隙(10)的轴向端部上和贴靠在活塞杆(3)上，使得具有压力(p_oil)的密封介质通过密封元件(8、9)被包围在空隙(10)中，其特征在于，设置用于密封介质的排出管路(11)，所述排出管路与空隙(10)连通，并且设置循环装置(13)，所述循环装置在维持空隙(10)中的密封介质的压力(p_oil)的情况下经由输入管路和排出管路(7、11)使得密封介质循环通过空隙(10)。

2.根据权利要求1所述的密封系统，其特征在于，在排出管路(11)中设置压力调节单元(12)。

3.根据权利要求1或2所述的密封系统，其特征在于，在排出管路(11)中设置有第一截止阀和/或第二截止阀(18、20)。

4.根据权利要求1至3任一项所述的密封系统，其特征在于，在输入管路中设置受预紧的止回阀(21)。

5.根据权利要求3和4所述的密封系统，其特征在于，第二截止阀(20)通过在受预紧的止回阀(21)上游的压力操作。

6.根据权利要求1至5任一项所述的密封系统，其特征在于，在排出管路(11)上设置温度传感器(22)，所述温度传感器与用于调节循环装置(13)的调节单元(23)连接。

7.根据权利要求1至5任一项所述的密封系统，其特征在于，在排出管路(11)上设置压力传感器(25)，所述压力传感器与用于调节循环装置(13)的调节单元(23)连接。

8.根据权利要求1至7任一项所述的密封系统，其特征在于，在排出管路(11)中设置转换阀(32)，所述转换阀对第一限压阀(33)或第二限压阀(34)作用，其中，为第一限压阀(33)设定的切换压力大于为第二限压阀(34)设定的切换压力。

9.根据权利要求1至8任一项所述的密封系统，其特征在于，在输入管路(7)中分支出冷却管路(16)，所述冷却管路与密封系统(1)的冷却系统连通。