CN106461088A - 改善了气体分离的旋转机械密封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及滑环密封装置(1)，其在旋转部件处用于密封产品侧(5)，滑环密封装置包括：第一滑环密封件(2)，其具有第一旋转滑环(21)和第一固定滑环(22)，在第一旋转滑环(21)和第一固定滑环(22)之间限定有第一密封间隙(23)；第二滑环密封件(3)，其具有第二旋转滑环(31)和第二固定滑环(32)，在第二旋转滑环(31)和第二固定滑环(32)之间限定有第二密封间隙(33)；流体室(4)，其由第一滑环密封件(2)和第二滑环密封件(3)限定，其中，第一滑环密封件(2)由产品侧(5)的产品介质润滑，第二滑环密封件(3)由淬火剂供给单元(7)的液体淬火介质润滑，淬火介质位于流体室(4)中；淬火剂出口(8)，可以经由淬火剂出口从流体室(4)排放淬火介质；气体出口(9)，位于流体室中的气体可以经由气体出口排放；和节流设备(10)，其在第一滑环密封件(2)和第二滑环密封件(3)之间配置在流体室(4)中，并且将流体室(4)分成产品侧流体室区域(4a)和大气侧流体室(4b)，其中，气体出口(9)配置于产品侧流体室区域(4a)，淬火剂出口(8)配置于大气侧流体室区域(4b)。

Description

改善了气体分离的旋转机械密封装置
技术领域
本发明涉及改善了气体分离(gas separation)以防止旋转机械密封件(rotatingmechanical seal)干运转(running dry)的旋转机械密封装置。
背景技术
从现有技术已知旋转机械密封装置的不同实施方式。在两个旋转机械密封件一个与另一个串联连接的所谓串联设计(tandem design)中，大气侧的旋转机械密封件通常通过布置在两个旋转机械密封件之间的流体空间中的淬火介质(quench medium)润滑。产品侧的旋转机械密封件通常通过产品自身润滑。产品侧的压力高于两个旋转机械密封件之间的流体空间中的压力，从而发生了起因于产品经过产品侧的密封间隙进入流体空间中的泄漏。如果待要密封的产品是气体，则气体可能由此进入流体空间。如果待要密封的产品是液体，则该液体会由于压力下降而经由产品侧的密封间隙蒸发并且还导致流体空间中富含气体。如果在产品侧的旋转机械密封件的滑动面设置有槽等，或者如果产品侧的旋转机械密封件包括金刚石涂层，则所述泄漏甚至会增强，其中，在所述金刚石涂层处，旋转机械密封件必须要在具有稍微大一些的密封间隙的情况下运行。在流体空间中的淬火介质中富含气体会导致形成一定体积浓度的气体的封闭气态环(closed gaseous ring)。这可能导致大气侧的旋转机械密封件的不良润滑，其中特别地可能发生过热和干运转的风险。高气体浓度还会影响流体空间内的例如泵环等的泵设备的功能，使得在流体空间中不再发生淬火介质的循环。由此，特别地，淬火介质的温度将升高，这还会导致密封故障，特别是大气侧的旋转机械密封件的密封故障。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种具有两个旋转机械密封件的旋转机械密封装置，其允许气体从两个旋转机械密封件之间的流体空间可靠排出，同时其具有简单的结构，并且能够被容易且廉价地制造。
通过具有本发明的特征的旋转机械密封装置实现该目的。在下面示出了本发明的优选的进一步变型。
具有本发明的特征的旋转机械密封装置的优点在于，位于第一旋转机械密封件和第二旋转机械密封件之间的流体空间中的气体可以被可靠地排出，特别地，使得可以防止在流体空间中形成气态环。这样，旋转机械密封装置可以在所有的运行点处被充分冷却，另外可以确保充分的密封。另外，可以显著延长旋转机械密封装置的使用寿命。这根据本发明的如下内容实现：在淬火剂出口之外还设置了额外的气体出口，其中，经由淬火剂出口可以将淬火介质从流体空间排出，经由气体出口可以排出位于流体空间中的气体。另外，设置有布置在两个旋转机械密封件之间的流体空间中的节流设备。节流设备将流体空间分成产品侧流体空间区域和大气侧流体空间区域。气体出口配置在产品侧流体空间区域。淬火剂出口配置在大气侧流体空间区域。利用此配置，经由第一旋转机械密封件进入流体空间的气体可以在额外的气体出口上方直接排出，没有所述气体到达第二旋转机械密封件的任何风险。因此，第二旋转机械密封件可以总是充分地供给有淬火介质，并且可以总是满足第二旋转机械密封件所需的润滑条件。
节流设备优选地包括与特别是轴等的旋转部件一起旋转的旋转环盘。设有旋转环盘的节流设备构成气体的额外阻隔，从而允许经由气体出口可靠地排出渗透气体。
此外，环盘优选包括输送部件。环盘处的输送部件适用于将淬火介质输送到第一旋转机械密封件，使得穿过气体的逆流明显加剧。输送部件例如是叶片或翼。此外，输送部件优选地布置在环盘的面向第二旋转机械密封件的一侧，以允许增加朝向第一旋转机械密封件输送到产品侧流体空间区域中的淬火介质。
此外，气体出口的孔口优选地设置在流体空间的第一直径处，该第一直径小于节流设备的环盘的最大外径。由此，因为气体倾向于由于离心力而存在于流体空间的内周区域，并且液体淬火介质由于离心力而位于流体空间的外周区域，所以实现了气体的更安全的排放。
为实现节流设备的最优密封和节流效果，节流设备优选地包括具有多个流体管道区域(fluid diversion region)的迷宫结构(labyrinth)。
此外，流体空间的最小截面优选地设置在气体出口处。这能够确保气体被直接排放至气体出口。另外，最小截面优选地设置在流体空间的最小内径处。
根据本发明的进一步优选实施方式，淬火剂供给单元包括脱气容器(degassingcontainer)。这里，气体出口优选地与脱气容器连接。因此，从流体空间排放的气体可以在脱气容器处被分离以便例如经由阀、脱气容器等放出至大气或火炬(torch)。
为了实现从流体空间至气体出口的优选的气体流动增强过渡，使气体出口相对于旋转机械密封装置的径向在旋转部件的旋转方向上倾斜。这里，在设置有气体出口的壳体部件的内周，可以额外设置导向气体出口并且沿周向延伸的缓慢变深的槽，以实现气体在气体出口中更好地流动。
此外，淬火剂供给单元优选地实施为环路(circuit)，并且包括在大气侧流体空间区域结束的进入流体空间的入口。
根据本发明的进一步优选实施方式，另外设置了泵部件，并且该泵部件适用于将淬火介质输送到流体空间中，该泵部件被布置在节流设备和第二旋转机械密封件之间、大气侧流体空间区域处。根据本发明，泵部件被定义为允许通过旋转在流体空间中输送淬火介质的任何输送手段，例如是泵螺钉(pumping screw)或泵环等的形式。
此外，滑环中的至少一个，特别是产品侧旋转机械密封件的滑环中的一个，优选地包括金刚石涂层。由于具有金刚石涂层的旋转机械密封件中的密封间隙倾向于比其它旋转机械密封件稍大，因此在涂覆有金刚石的滑环的情况下，发生从产品侧到流体空间的增大的泄漏，因此本发明在这里特别适合于排放流体空间中额外存在的气体。
附图说明
下面将参照附图详细说明一个实施方式。在图中：
图1是根据本发明的优选实施方式的旋转机械密封装置的示意性局部截面图。
具体实施方式
从图1可知，旋转机械密封装置1包括第一旋转机械密封件2和第二旋转机械密封件3。在轴向X-X上，流体空间4被实施为处于两个旋转机械密封件2、3之间。
旋转机械密封装置1由此包括具有第一旋转滑环21和第一固定滑环22的第一旋转机械密封件2，在第一旋转滑环21和第一固定滑环22之间限定了第一密封间隙23。此外，旋转机械密封装置1包括具有第二旋转滑环31、第二固定滑环32和形成于这两个滑环之间的密封间隙33的第二旋转机械密封件3。
由此提供了呈所谓的串联设计的旋转机械密封装置1，其具有串联连接以将产品侧5从大气侧6密封的两个旋转机械密封件2、3。
在流体空间4中，布置有通过淬火剂供给单元7提供的液体淬火介质。
淬火剂供给单元7包括经由排放线路40与脱气容器16连接的淬火剂出口8。气体出口43设置于脱气容器16以使排放的气体从脱气容器分离。另外，脱气容器16经由供给线路41和淬火介质用入口18与流体空间4连接。
泵环19设置于流体空间4，用于运送淬火介质。可选地或额外地，泵还可以配置于淬火剂供给单元的线路部。
从图1可知，旋转滑环可以通过预张紧元件在轴向X-X上预张紧。
根据本发明，现在提供了额外的气体出口9和节流设备10。节流设备将流体空间分成产品侧流体空间区域和大气侧流体空间区域。从图1可知，在轴向X-X上，在节流设备10和第一旋转机械密封件2之间的产品侧流体空间区域4a处配置有气体出口9。在节流设备10和第二旋转机械密封件3之间的大气侧流体空间区域4b处配置有淬火剂出口8。
在壳体20等中设置气体出口9。
因此，经由第一旋转机械密封件2的第一密封间隙23进入运行的气体可以通过布置成相对接近第一旋转机械密封件2的气体出口9排放，其中，用来自产品侧5的产品润滑第一旋转机械密封件2。这里，节流设备10防止已经经由第一密封间隙23进入流体空间4的气体被进一步导向第二旋转机械密封件3。
气体出口9经由连接线路42连接至淬火剂出口8的排放线路40。由此，经由气体出口9排放的气体可以被引导至排放线路40并且从排放线路40进入脱气容器16。应当注意，还可以使气体出口9直接导入大气，或者设置供气体出口9的连接线路42导入以分离气体的额外的第二脱气容器。
从图1可知，节流设备10实施为具有多个流体管道区域的迷宫结构15的形式。另外，节流设备10包括与旋转部件一起旋转的环盘11，在本实施方式中，旋转部件为具有轴套51的轴50。
环盘11另外包括配置于环盘的面向第二旋转机械密封件3的一侧13的多个输送部件12。输送部件12可以是例如叶片或翼等。输送部件12朝向流体空间4中的产品侧流体空间4a输送来自流体空间4的大气侧流体空间4b的液体淬火介质。因此，旋转环盘11的输送部件提供了对接着会经由气体出口9从流体空间4可靠地移除的气体的额外逆流。
从图1还可知，在第一直径D1处设置有气体出口9的孔口14，该第一直径D1小于第二直径D2。第二直径D2是环盘11的最大外径。
此外，气体出口9的孔口14配置于流体空间的最小截面17处。从图1可知，最小截面17直接设置在气体出口9内，使得由于旋转和离心力而趋向于在流体空间的内周区域处聚集的气体和强化流被夹带(entrained)在最小截面17处并且可以可靠地排放到气体出口9中。
为了实现特别容易地将气体引入气体出口9，优选地将气体出口9布置成优选地相对于旋转机械密封装置的径向在旋转方向R上倾斜，这在图1的截面中未示出。从孔口14开始，气体出口9接着不沿轴50的径向延伸，而是以在旋转方向上倾斜的方式与轴50成角度延伸，由此显着地改善了气体进入气体出口的流动。另外，在壳体20中可以设置在壳体20的内周处沿周向延伸的槽，该槽优选地朝向孔口14连续变深，以提供用于气体的朝向气体出口9的额外引导。
在图1中，箭头均示出了经过淬火剂供给单元7的淬火介质的流动方向和经由气体出口9排放的气体的流动方向。
应当注意，产品侧5处的产品可以是液体或气态产品。在气态产品的情况下，第一旋转机械密封件2被实施为由气态产品润滑的气体润滑旋转机械密封件。因此，额外气体可到达流体空间4，该额外气体可通过根据本发明的措施可靠地排放至气体出口9。如果产品侧的介质是液体，则液体会由于在第一密封间隙23中的产品侧和流体空间4之间的压力差而蒸发，由此会在流体空间4中形成不期望的气体，该不期望的气体也可以通过根据本发明的措施经由气体出口9排放。
特别地，本发明允许在产品侧的第一旋转机械密封件2处使用涂覆有金刚石的滑环。因此，旋转机械密封件2可以由于涂覆有金刚石的滑环而具有长的使用寿命，并且，因为在第二旋转机械密封件3处不会发生由气体引起的损坏，所以第二旋转机械密封件3可以实施为具有任何期望的滑动表面且还具有比现有技术明显更长的使用寿命。
附图标记说明
1 旋转机械密封装置
2 第一旋转机械密封件
3 第二旋转机械密封件
4 流体空间
4a 产品侧流体空间区域
4b 大气侧流体空间区域
5 产品侧
6 大气侧
7 淬火剂供给单元
8 淬火剂出口
9 气体出口
10 节流设备
11 环盘
12 输送部件
13 环盘的大气侧
14 气体出口的孔口
15 迷宫结构
16 脱气容器
17 流体空间的最小截面
18 淬火介质的入口
19 泵环
20 壳体
21 第一旋转滑环
22 第一固定滑环
23 第一密封间隙
31 第二旋转滑环
32 第二固定滑环
33 第二密封间隙
40 排放线路
41 供给线路
42 连接线路
43 出口
50 轴
51 轴套

Claims (13)

1.一种旋转机械密封装置(1)，其在旋转部件处用于密封产品侧(5)，所述旋转机械密封装置包括：
-第一旋转机械密封件(2)，其具有第一旋转滑环(21)和第一固定滑环(22)，在所述第一旋转滑环(21)和所述第一固定滑环(22)之间限定有第一密封间隙(23)，
-第二旋转机械密封件(3)，其具有第二旋转滑环(31)和第二固定滑环(32)，在所述第二旋转滑环(31)和所述第二固定滑环(32)之间限定有第二密封间隙(33)，
-流体空间(4)，其由所述第一旋转机械密封件(2)和所述第二旋转机械密封件(3)限定，
-其中，所述第一旋转机械密封件(2)由产品侧(5)的产品介质润滑，所述第二旋转机械密封件(3)由淬火剂供给单元(7)的液体淬火介质润滑，所述淬火介质位于所述流体空间(4)中，
-淬火剂出口(8)，可以经由所述淬火剂出口从所述流体空间(4)排放所述淬火介质，
-气体出口(9)，位于所述流体空间中的气体可以经由所述气体出口排放，和
-节流设备(10)，其在所述第一旋转机械密封件(2)和所述第二旋转机械密封件(3)之间配置在所述流体空间(4)中，并且将所述流体空间(4)分成产品侧流体空间区域(4a)和大气侧流体空间(4b)，
-其中，所述气体出口(9)配置于所述产品侧流体空间区域(4a)，所述淬火剂出口(8)配置于所述大气侧流体空间区域(4b)。
2.根据权利要求1所述的旋转机械密封装置，其特征在于，所述节流设备(10)包括旋转环盘(11)。
3.根据权利要求2所述的旋转机械密封装置，其特征在于，在所述环盘(11)处配置有输送部件(12)。
4.根据权利要求3所述的旋转机械密封装置，其特征在于，所述输送部件(12)配置在所述环盘(11)的面向所述第二旋转机械密封件(3)的一侧(13)。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的旋转机械密封装置，其特征在于，所述气体出口(9)的到所述流体空间(4)的孔口(14)配置于第一直径(D1)处，所述第一直径(D1)小于所述环盘(11)的最大外径(D2)。
6.根据前述任一项权利要求所述的旋转机械密封装置，其特征在于，所述节流设备(10)包括具有多个流体管道区域的迷宫结构(15)。
7.根据前述任一项权利要求所述的旋转机械密封装置，其特征在于，所述流体空间(4)的最小截面(17)配置于所述气体出口(9)处。
8.根据前述任一项权利要求所述的旋转机械密封装置，其特征在于，所述淬火剂供给单元(7)包括脱气容器(16)。
9.根据权利要求8所述的旋转机械密封装置，其特征在于，所述气体出口(9)与所述脱气容器(16)连接。
10.根据前述任一项权利要求所述的旋转机械密封装置，其特征在于，所述气体出口(9)相对于所述旋转机械密封装置的径向在旋转方向(R)上倾斜。
11.根据前述任一项权利要求所述的旋转机械密封装置，其特征在于，所述淬火介质的到所述流体空间(4)的入口(18)配置于所述大气侧流体空间区域(4b)。
12.根据前述任一项权利要求所述的旋转机械密封装置，其特征在于，所述旋转机械密封装置还包括配置于所述大气侧流体空间区域(4b)用于输送淬火介质的泵部件(19)。
13.根据前述任一项权利要求所述的旋转机械密封装置，其特征在于，所述第一旋转机械密封件(2)和/或所述第二旋转机械密封件(3)包括至少一个具有金刚石涂层的滑环。
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