CN109578591B - 一种适用于变工况的干气密封装置及其调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于变工况的干气密封装置及其调控方法，包括：串联连接的两级密封装置；第一动环固定设置在第一主轴上；第一静环设置在待密封旋转装置的密封腔上；第一动环上设置有第一动环动压槽；第一静环上设置有若干位移传感器；第一静环内设置有加热装置；第二动环固定设置在第二主轴上，第二主轴通过离合器与第一主轴连接；第二静环设置在待密封旋转装置的密封腔上；第二动环上设置有第二动环动压槽；密封间隙的气体出口处分别安装有流量传感器；控制处理器用于接收传感器的信息并发出调控控制指令。本发明能够实现密封间隙的自动调控，可使得干气密封端面保持平行；且在变工况下能够灵活调整。

Description

一种适用于变工况的干气密封装置及其调控方法

技术领域

本发明属于干气密封领域，特别涉及一种适用于变工况的干气密封装置及其调控方法。

背景技术

随着社会发展，动力系统的运行参数越来越高，干气密封由于具有极低的泄漏量这一优异的密封性能，在工业领域得到了广泛的应用。然而动力系统中的旋转机械经常工作在大范围变工况下，这对干气密封的变工况适应性提出了更高的要求。另外，高参数工况运行时经常造成密封端面变形甚至损坏，会导致运行成本的增加。因此，亟需一种适用于大范围变工况的干气密封装置及其调控方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于变工况的干气密封装置及其调控方法，以解决上述存在的技术问题。本发明的干气密封装置能够实现密封间隙的自动调控，可使得干气密封端面保持平行；且在大范围变工况下能够灵活调整，保证安全稳定运行。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种适用于变工况的干气密封装置，包括：第一级密封装置、第二级密封装置、离合器和控制处理器；第一级密封装置与第二级密封装置串联连接；第一级密封装置包括：第一主轴、第一动环和第一静环；第一动环固定设置在第一主轴上，第一主轴与待密封旋转装置的旋转轴固定连接；第一静环设置在待密封旋转装置的密封腔上；第一动环上设置有第一动环动压槽；第一静环与第一动环之间的间隙为第一级密封间隙；第一静环上设置有若干位移传感器，用于采集第一静环与第一动环之间间隙的距离信息；第一静环内设置有加热装置；第二级密封装置包括：第二主轴、第二动环和第二静环；第二动环固定设置在第二主轴上，第二主轴通过离合器与第一主轴连接；第二静环设置在待密封旋转装置的密封腔上；第二动环上设置有第二动环动压槽；第二静环与第二动环之间的间隙为第二级密封间隙；第一级密封间隙和第二级密封间隙的气体出口处分别安装有第一流量传感器和第二流量传感器；第一流量传感器和第二流量传感器的信号输出端均与控制处理器的信号接收端相连接；位移传感器的信号输出端与控制处理器的信号接收端相连接，控制处理器的信号输出端与分别与加热装置和离合器的信号接收端相连接。

进一步的，第一静环和第二静环分别通过第一弹簧和第二弹簧安装在待密封旋转装置的密封腔上。

进一步的，第一静环内设置的加热装置为电磁感应加热器。

进一步的，控制处理器包括：数据采集器、计算机和控制器；数据采集器用于接收位移传感器采集的数据信息，数据采集器与计算机的信号接收端相连接，用于将采集的数据传递给计算机；计算机的信号输出端与控制器的信号接收端相连接；控制器通过机械臂连接加热装置。

进一步的，第一静环的密封端面沿径向布置有多个位移传感器；第一静环的上端面设置有安装孔，安装孔用于安装加热装置；安装孔靠近第一静环的非密封端面。

进一步的，第一动环动压槽入口为第一动环外径处，第二动环动压槽入口为第二动环靠近内径处。

进一步的，离合器为SSS离合器。

一种本发明的适用于变工况的干气密封装置的调控方法，包括以下步骤：通过第一流量传感器和第二流量传感器分别采集一级干气密封和二级干气密封的泄漏量，并将采集的数据传递到控制处理器中；在控制器中进行比较，泄漏量低于预设阈值时，通过控制处理器将离合器断开，只一级干气密封运转以实现密封作用；泄漏量高于等于预设阈值时，通过控制处理器将离合器保持闭合，两级干气密封同时运转以实现密封作用；通过位移传感器采集第一级密封间隙信息，并将采集的信息传递到控制处理器中，通过控制处理器控制加热装置加热的参数及位置。

进一步的，获得密封间隙的步骤为：静环同一径向位置的多个位移传感器的测量结果取平均值得到该径向位置处的密封间隙。

进一步的，控制处理器根据位移传感器采集的密封间隙信息，实时调控加热装置的加热位置和运行参数。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的适用于变工况的干气密封装置，包括通过离合器串联连接的两级干气密封装置；在泄漏量小于预设阈值时，通过控制处理器可将离合器断开，只第一级密封装置运转作用实现密封，可适用于工况参数较低的情况下；当工况参数较高时，通过控制处理器控制离合器闭合，串联的两级密封装置同时运转作用实现密封，能够适用于工况参数较高的情况下，所以本发明能够用于较大范围变工况下的干气密封。高参数工况时，两级干气密封可以分别承担一部分载荷，使得每一级干气密封前后的温差和压差相比只有一级干气密封时大大降低，增加安全性和运行寿命，节约成本。本发明设置有采集密封间隙信息的位移传感器，传感器将采集的信息传递给控制处理器，控制处理器处理后将控制信号传递给加热装置，通过加热装置对第一静环进行加热，使得第一静环沿径向发生不同的轴向变形，调整密封间隙。控制处理器根据第一级干气密封间隙测量结果实时控制加热装置，给第一静环施加不同的热载荷，控制第一静环轴向变形，直至第一静环的密封端面趋于平行。两个静环安装在同一个密封腔上，且两级干气密封串联，结构紧凑，节省空间。

进一步的，两个静环分别通过两个弹簧安装在同一密封腔内，两个弹簧的轴向力可相互抵消一部分，可减小密封腔受力，减小损耗。

进一步的，电磁感应加热器相比一般加热器，加热速度快，使调控过程更加精准快速。

进一步的，本发明操作灵活，通过计算机操控，可程序化控制，自动化程度高。

进一步的，第一静环的密封端面布置多个位移传感器，可使得测量结果更加精确。

本发明的调控方法根据工况参数及泄漏量，通过控制处理器实时控制离合器动作，可灵活调整密封装置，能够适应大范围变工况运行，且动作响应快。根据位移传感器测量所得的密封间隙，控制处理器实时调节加热装置的位置及加热工作参数，可控制第一静环轴向变形，自动调整第一级密封间隙，使得第一静环的密封端面趋于平行。

附图说明

图1是本发明的一种适用于变工况的干气密封装置的结构示意图；

图2是第一动环动压槽的结构示意图；

图3是第二动环动压槽的结构示意图；

图4是本发明的一种适用于变工况的干气密封装置的调控方法的流程示意框图；

图5是本发明中自动调控密封间隙的流程示意框图；

在图1至图3中：1为第一动环、2为第一静环、3为第二静环、4为第二动环、5为第一主轴、6为第二主轴、7为第一动环动压槽、8为第二动环动压槽、9为第一弹簧、10为第二弹簧、11为密封腔、12为位移传感器、13为数据采集器、14为计算机、15为控制器、16为机械臂、17为第一静环深孔、18为电磁感应加热器、19为第一流量传感器、20为第二流量传感器、21为SSS离合器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅局限于以下内容。在不脱离本发明上述思想的情况下，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。

请参阅图1至图3，本发明的一种适用于变工况的干气密封装置，包括：第一级密封装置、第二级密封装置、离合器和控制处理器。第一级密封装置与第二级密封装置通过离合器串联连接，离合器为SSS离合器21；两级干气密封可以分别承担一部分载荷，使得每一级干气密封前后的温差和压差相比只有一级干气密封时大大降低，增加安全性和运行寿命，节约成本。第一级密封装置包括：第一主轴5、第一动环1和第一静环2；第一动环1固定设置在第一主轴5上，第一主轴5与待密封旋转装置的旋转轴固定连接；第一静环2设置在待密封旋转装置的密封腔11上；第一动环2上设置有第一动环动压槽7；第一静环2与第一动环1之间的间隙为第一级密封间隙；第一静环2上设置有若干位移传感器12，用于采集第一静环2与第一动环1之间间隙的距离信息；具体的，第一静环2的密封端面沿径向布置有多个位移传感器12，第一静环2的密封端面沿径向布置多个位移传感器，测量结果更加精确；第一静环2的上端面设置有安装孔，安装孔用于安装加热装置；安装孔靠近第一静环的非密封端面。具体的，安装孔为第一静环深孔17，其内可移动的设置有加热装置；第二级密封装置包括：第二主轴6、第二动环4和第二静环3；第二动环4固定设置在第二主轴6上，第二主轴6通过离合器与第一主轴5串联连接；第二静环3设置在待密封旋转装置的密封腔11上；第二动环4上设置有第二动环动压槽8；第二静环3与第二动环4之间的间隙为第二级密封间隙。第一静环2和第二静环3分别通过第一弹簧9和第二弹簧10同轴相对安装在待密封旋转装置的密封腔11上。第一静环2内设置的加热装置为电磁感应加热器18；电磁感应加热器18相比一般加热器，加热速度快，使调控过程更加精准快速。第一动环动压槽7的入口为第一动环1的外径处，第二动环动压槽8的入口为第二动环4的靠近内径处。第一级密封间隙和第二级密封间隙的气体出口处分别安装有第一流量传感器19和第二流量传感器20；第一流量传感器19和第二流量传感器20的信号输出端均与控制处理器的信号接收端相连接；位移传感器12的信号输出端与控制处理器的信号接收端相连接，控制处理器的信号输出端与分别与加热装置和离合器的信号接收端相连接。

其中，控制处理器包括：数据采集器13、计算机14和控制器15；数据采集器13用于接收位移传感器12采集的数据信息，数据采集器13与计算机14的信号接收端相连接，用于将采集的数据传递给计算机14；计算机14的信号输出端与控制器15的信号接收端相连接；控制器15通过机械臂16连接加热装置。本发明操作灵活，通过计算机程序控制，自动化程度高。

实施例1

请参阅图1，本发明的一种适用于大范围变工况的干气密封装置，包括第一动环1、第一静环2、第二静环3、第二动环4、第一主轴5、第二主轴6、第一动环动压槽7、第二动环动压槽8、第一弹簧9、第二弹簧10、密封腔11、位移传感器12、数据采集器13、计算机14、控制器15、机械臂16、第一静环深孔17、电磁感应加热器18、第一流量传感器19、第二流量传感器20和SSS离合器21。

第一静环2和第一动环2构成第一级密封，第二静环3和第二动环4构成第二级密封。第一静环2和第二静环3分别通过第一弹簧9和第二弹簧10连接到同一密封腔11上，第一弹簧9和第二弹簧10的作用力相反；两个静环安装在同一个密封腔上，且两级干气密封串联，结构紧凑，节省空间；两个弹簧的轴向力相互抵消一部分，减小密封腔受力，减小损耗。第一动环1和第二动环4分别安装到第一主轴5和第二主轴6上；位移传感器12布置在第一静环2的密封端面处，位移传感器12的输出端连接数据采集器13的输入端，数据采集器13的输出端连接计算机14的输入端；计算机14的输出端连接控制器15，控制器15连接有机械臂16，机械臂16上安装有电磁感应加热器18；两级密封出口分别布置有第一流量传感器19和第二流量传感器20，第一流量传感器19和第二流量传感器20的信号输出端分别与计算机14的输入端相连；第一主轴5和第二主轴6通过SSS离合器21连接，离合器的信号接收端与计算机14的信号输出端相连接。第一静环2靠近背面位置开有第一静环深孔17，内可移动的布置电磁感应加热器18。背面为非密封端面的一面。

请参阅图2和图3，第一动环1和第二动环4的密封端面上分别沿周向均匀布置第一动环动压槽7和第二动环动压槽8，如图2和图3所示。

本发明的适用于变工况的干气密封装置的第一主轴5与待密封装置的旋转轴相连，待密封装置的泄露工质先后流经第一级密封和第二级密封，实现密封效果。

本发明所述的适用于大范围变工况的干气密封装置，可根据工况参数和泄漏量自动调节，并可自动调控密封间隙，在大范围变工况下能够灵活调整，保证安全稳定运行。本发明的适用于大范围变工况的干气密封装置及其调控方法，能够用于旋转机械的密封，可使得密封装置在大范围变工况下能保证安全稳定运行。

请参阅图4，本发明的一种适用于大范围变工况的干气密封装置的调控方法，包括以下步骤：干气密封装置运行时：第一流量传感器和第二流量传感器分别测量两级干气密封的泄漏量，将数据传递到计算机中。控制处理器内设置有比较器，比较器内设置有泄漏量阈值，当工况参数较低时，泄漏量较低，小于阈值时，满足工业要求时，计算机控制SSS离合器断开，第二主轴脱离主装置，第二级干气密封不起作用，第一级干气密封运转以实现密封作用；当工况参数上升后，泄漏量较高，高于预设阈值时，不满足工业要求，计算机控制SSS离合器闭合，此时第二主轴接入主装置，两级干气密封串联，共同实现密封作用，减小泄漏量。

请参阅图5，本发明的一种自动调控密封间隙流程，包括以下步骤：干气密封装置运行时：第一静环的密封端面上布置的多个位移传感器测量得到第一级密封间隙，并通过数据采集器将数据传输到计算机中。通过编程等形式的数据分析，计算机得出给控制器的指令，通过控制器指挥机械臂调整电磁感应加热器在第一静环中的加热位置和加热运行参数，加热第一静环，使得第一静环沿径向发生不同的轴向变形，调整第一级密封间隙。计算机根据第一级密封间隙测量结果实时控制电磁感应加热器移动，给第一静环施加不同的热载荷，控制第一静环轴向变形，直至密封端面趋于平行，平行度达到预设阈值要求。第一静环密封端面在不同径向位置处分别沿周向均匀布置多个位移传感器，位移传感器用于测量第一级密封间隙，同一径向位置的多个位移传感器的测量结果取平均值可得到该径向位置处密封间隙。加热装置为电磁感应加热器时，计算机通过控制器可以控制电磁感应加热器沿不同方向移动，且可以控制电磁感应加热器的电流密度和电流频率等。

本发明的调控方法根据工况参数及泄漏量，通过计算机实时控制SSS离合器动作，灵活调整密封装置，适应大范围变工况运行，且动作响应快。本发明根据位移传感器测量所得的密封间隙，计算机实时调节电磁感应加热器的位置及工作参数，控制第一静环轴向变形，自动调整密封间隙，使得密封端面趋于平行。工作时，计算机通过工况参数变化及流量传感器的测量结果控制SSS离合器动作，调整密封装置，并可自动调整密封间隙，在大范围变工况下实现密封装置的安全稳定运行。

Claims (10)

1.一种适用于变工况的干气密封装置，其特征在于，包括：第一级密封装置、第二级密封装置、离合器和控制处理器；第一级密封装置与第二级密封装置串联连接；

第一级密封装置包括：第一主轴(5)、第一动环(1)和第一静环(2)；第一动环(1)固定设置在第一主轴(5)上，第一主轴(5)与待密封旋转装置的旋转轴固定连接；第一静环(2)设置在待密封旋转装置的密封腔(11)上；第一动环(1)上设置有第一动环动压槽(7)；第一静环(2)与第一动环(1)之间的间隙为第一级密封间隙；第一静环(2)上设置有若干位移传感器(12)，用于采集第一静环(2)与第一动环(1)之间的间隙的距离信息；第一静环(2)内设置有加热装置；

第二级密封装置包括：第二主轴(6)、第二动环(4)和第二静环(3)；第二动环(4)固定设置在第二主轴(6)上，第二主轴(6)通过离合器与第一主轴(5)连接；第二静环(3)设置在待密封旋转装置的所述密封腔(11)上；第二动环(4)上设置有第二动环动压槽(8)；第二静环(3)与第二动环(4)之间的间隙为第二级密封间隙；

第一级密封间隙和第二级密封间隙的气体出口处分别安装有第一流量传感器(19)和第二流量传感器(20)；第一流量传感器(19)和第二流量传感器(20)的信号输出端均与控制处理器的信号接收端相连接；

位移传感器(12)的信号输出端与控制处理器的信号接收端相连接，控制处理器的信号输出端分别与加热装置和离合器的信号接收端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于变工况的干气密封装置，其特征在于，第一静环(2)和第二静环(3)分别通过第一弹簧(9)和第二弹簧(10)安装在待密封旋转装置的密封腔上；第一弹簧(9)和第二弹簧(10)同轴。

3.根据权利要求1所述的一种适用于变工况的干气密封装置，其特征在于，第一静环(2) 内设置的加热装置为电磁感应加热器(18)。

4.根据权利要求1所述的一种适用于变工况的干气密封装置，其特征在于，控制处理器包括：数据采集器(13)、计算机(14)和控制器(15)；数据采集器(13)用于接收位移传感器(12)采集的数据信息，数据采集器(13)的信号输出端与计算机(14)的信号接收端相连接；计算机(14)的信号输出端与控制器(15)的信号接收端相连接；

控制器(15)通过机械臂(16)连接加热装置，机械臂(16)能够控制加热装置在第一静环(2)内移动。

5.根据权利要求4所述的一种适用于变工况的干气密封装置，其特征在于，第一静环(2)的密封端面沿径向布置有多个位移传感器(12)；第一静环(2)的上端面设置有安装孔，安装孔用于安装加热装置；安装孔靠近第一静环(2)的非密封端面。

6.根据权利要求1所述的一种适用于变工况的干气密封装置，其特征在于，第一动环动压槽(7)的入口为第一动环(1)外径处，第二动环动压槽(8)的入口为第二动环(4)靠近内径处。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的一种适用于变工况的干气密封装置，其特征在于，离合器为SSS离合器(21)。

8.一种权利要求1至7中任一项所述的适用于变工况的干气密封装置的调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据工况调控：通过第一流量传感器(19)和第二流量传感器(20)分别采集一级干气密封和二级干气密封的泄漏量，并将采集的数据传递到控制处理器中；在控制器中进行比较，泄漏量低于预设阈值时，通过控制处理器将离合器断开，只一级干气密封运转以实现密封作用；泄漏量高于等于预设阈值时，通过控制处理器将离合器保持闭合，两级干气密封同时运转以实现密封作用；

根据间隙调控：通过位移传感器(12)采集第一级密封间隙信息，并将采集的信息传递到控制处理器中处理判断：第一级密封间隙的两侧平行则保持运行状态，不平行则通过控制处理器控制加热装置对第一静环加热使两侧的平行度达到预设阈值。

9.根据权利要求8所述的一种适用于变工况的干气密封装置的调控方法，其特征在于，根据间隙调控时获得密封间隙的步骤为：

第一静环同一径向位置的多个位移传感器的测量结果取平均值得到该径向位置处的密封间隙。

10.根据权利要求8所述的一种适用于变工况的干气密封装置的调控方法，其特征在于，根据间隙调控时，控制处理器根据位移传感器(12)采集的密封间隙信息，实时调控加热装置的加热位置和运行参数。

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