CN111226063A - 具有改进的防污性的气体润滑机械密封件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体润滑机械密封配置，其使用气态流体作为阻挡介质，该机械密封配置包括：机械密封件，其包括旋转滑环(2)和固定滑环(3)，在旋转滑环与固定滑环之间限定密封间隙(4)；施力装置(5)，其朝向旋转滑环(2)对所述固定滑环(3)施力；流体室(6)，气态流体能够被引入所述流体室；第一滑环承载件(20)，其用于保持所述旋转滑环(2)，其中第一滑环承载件(20)具有第一轴向表面(21)；第二滑环承载件(30)，其用于保持固定滑环(3)，第二滑环承载件(30)具有第二轴向表面(31)，其中，第二滑环承载件(30)和固定滑环(3)以能沿轴向(X‑X)位移的方式一起配置于位移表面(32)；轴向间隙(7)，其由第一轴向表面(21)和第二轴向表面(31)限定，以及前室(8)，其形成在机械密封件的密封间隙(4)处，并且前室经由所述轴向间隙(7)连接到流体室(6)。

Description

具有改进的防污性的气体润滑机械密封件

技术领域

本发明涉及一种气体润滑机械密封配置，其使用气态流体作为阻挡介质，该机械密封配置具有改进的防污性。

背景技术

气体润滑机械密封件例如在压缩机中使用以密封压缩机的驱动轴。诸如空气或氮气的气态流体被用作阻挡介质，用于密封在气体润滑机械密封件中的旋转机械滑环与固定机械滑环之间的密封间隙。在机械密封配置的操作期间，小的固体等形式的污垢颗粒会进入密封间隙并损坏旋转滑环和/或固定滑环的滑动表面。这将减少机械密封件的寿命。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种机械密封配置，该机械密封配置在设计简单并且制造容易且廉价的同时提供了改进的防污性。另外，本发明的目的是提供一种压缩机，其包括具有延长的使用寿命的机械密封配置。

该目的将通过具有技术方案1的特征的机械密封配置和具有技术方案11的特征的压缩机来实现。相应的从属技术方案示出了本发明的优选的其它改进。

根据本发明的具有技术方案1的特征的气体润滑的机械密封配置的优点在于：将实现改进的防污性，使得可以避免诸如灰尘或小颗粒等的固体颗粒被引入到旋转机械密封件与固定滑环之间的密封间隙。以此方式，可以实现机械密封配置的显著的安全操作，这也增加了机械密封配置的使用寿命。根据本发明，这将通过气体润滑机械密封配置包括旋转滑环和固定滑环来实现，其中旋转滑环与固定滑环之间限定了密封间隙。此外，设置有施力装置，该施力装置朝向旋转滑环对固定滑环施力。此外，设置有供气态流体引入的流体室，其中气态流体被用作机械密封件用的阻挡介质并且被引入到密封间隙中。此外，机械密封配置包括用于保持旋转滑环的第一滑环承载件和用于保持固定滑环的第二滑环承载件，其中第一滑环承载件包括第一轴向表面，第二滑环承载件包括第二轴向表面。第二滑环承载件和固定滑环两者都沿机械密封配置的轴向可滑动地配置在滑动表面上。此外，由第一轴向表面和第二轴向表面限定轴向间隙。轴向间隙垂直于机械密封配置的中心轴线定向。此外，在机械密封件的密封间隙处形成前室，前室经由轴向间隙联接至流体室。因此，通过在气态流体的从流体室朝向密封间隙的流动路径中设置附加的轴向间隙，防止了可能存在于气态流体中的污物颗粒到达密封间隙。由于保持旋转滑环的第一滑环承载件与旋转滑环一起旋转，所以在机械密封配置的操作期间固体进入轴向间隙相当困难，这是因为离心力实质上通过旋转向外产生，使污物颗粒等从轴向间隙被甩出。这使得固体颗粒在密封间隙的方向上移动更困难。

优选地，所述机械密封配置还包括套筒，所述套筒具有形成所述位移表面的筒形外表面，第二滑环承载件和固定滑环在套筒上被配置成可沿轴向一起位移。可选地，优选的是滑动表面也可以配置于壳体。

优选地，所述机械密封配置还包括压力补偿室，所述压力补偿室经由第一径向间隙联接到所述流体室(6)。可以通过压力补偿室在固定滑环上进行压力补偿。以此方式，在密封间隙中建立的任何压力都可以被保持为低，特别是从静止开始机械密封时。

优选地，所述机械密封配置还包括在所述轴向间隙上方配置于径向外侧的保护边缘。这附加地防止了可能存在于用作阻挡介质的气态流体中的固体颗粒到达机械密封件的密封间隙。优选地，所述保护边缘设置于所述第一滑环承载件或所述第二滑环承载件，或者设置于第一滑环承载件和第二滑环承载件两者。

根据本发明的另一优选实施方式，所述轴向间隙的长度L与所述轴向间隙7的宽度B1之比大于或等于2：1。这确保了轴向间隙的长度总是显著地大于宽度，使得固体颗粒更难渗透到轴向间隙中。

优选地，所述机械密封配置还包括布置于所述第二滑环承载件的外周的排放通道。排放通道确保了当机械密封配置所处的设备静止时，介质、特别是从气态流体中产生的冷凝物可以沿着排放通道的外周向下排放。以此方式，可以例如通过出口安全地排放冷凝物。

弹簧元件特别优选地用于朝向旋转滑环对固定滑环施力。可以容易且廉价地提供弹簧元件。弹簧元件优选配置在壳体与保持固定滑环的第二滑环承载件之间。

此外，压力补偿室具有的优点是：在配置有旋转滑环的旋转轴例如经由轴套筒或直接轴向运动的情况下，固定滑环可以立即向前移动。由于第一轴向表面与第二轴向表面之间的轴向间隙形成于第一滑环承载件和第二滑环承载件，所以即使在旋转滑环由于冲击等而轴向运动的情况下也将避免在第一滑环承载件与第二滑环承载件之间的轴向间隙处接触。在任何操作状况下都可以在操作期间保持轴向间隙。

对于特别简单和紧凑的实施方式，第二滑环承载件优选具有杯形形状。此外，机械密封配置优选包括辅助密封件，该辅助密封件相对于滑动表面进行密封。因此，辅助密封件优选构造成使得可以在滑动表面上与第二滑环承载件和固定机械密封件组合运动。

根据本发明的另一优选实施方式，在轴向间隙与机械密封件的密封间隙处的前室之间配置有第二径向间隙配置。第二径向间隙表示另一种防止固体颗粒污染密封间隙的安全装置。因此，甚至可以更好地保护机械密封配置免受污物侵害。

特别优选的是，径向间隙的第二宽度等于轴向间隙的第一宽度。

此外，本发明涉及一种用于压缩气态流体的压缩机，该压缩机包括根据本发明的机械密封配置。优选地，压缩机是径向压缩机。特别优选地，被压缩机压缩的气态流体被分支并供给到流体室中。因此，已经存在于压缩机处的气态流体也可以用作用于操作机械密封配置的阻挡介质。为此单独的阻挡流体供应不是必须的。因此，存在较高的气态流体污染的风险。然而，应当注意的是，也可以预期由单独的密封介质回路提供用作机械密封件中的密封介质的气态流体。

附图说明

在下文中，将参照附图详细说明本发明的优选实施方式，其中：

图1是包括根据本发明的第一实施方式的气体润滑机械密封配置的压缩机的示意性截面图，

图2是图1中的机械密封配置的局部放大截面图，

图3是包括根据本发明的第二实施方式的机械密封配置的压缩机的示意图，以及

图4是包括根据本发明的第三实施方式的机械密封配置的压缩机的示意图。

具体实施方式

现参照图1和图2，下面详细说明根据本发明的第一优选实施方式的机械密封配置1。机械密封配置1相对于大气60密封流体室6。

从图1中可以看出，机械密封件1配置于旋转轴15并密封压缩机16。压缩机压缩经由排出管线17供给到用户的气态流体。分支管线18从排出管线17分支出并通向机械密封配置1处的流体室6。

机械密封配置1包括机械密封件，该机械密封件包括旋转滑环2和固定滑环3，旋转滑环2和固定滑环3之间限定了密封间隙4。

机械密封件相对于大气60密封流体室6。

旋转机械密封件2被第一滑环承载件20保持。第一滑环承载件20经由套筒部20a直接固定在轴15上。第一滑环承载件20部分地围绕旋转滑环2。固定滑环3由第二滑环承载件30保持。这里，设置有环形辅助密封构件35，其配置在第二滑环承载件30与固定滑环3之间。

从图1中可以看出，固定滑环3和辅助密封构件35滑动地配置于套筒33的位移表面32。套筒33被刚性地固定于壳体34。在本实施方式中，位移表面32是筒形表面，其在旋转滑环2的轴向运动期间允许固定滑环3的轴向调节。

借助于施力装置5抵靠旋转滑环2在轴向X-X上预加载固定滑环3，该施力装置在本实施方式中是弹簧元件。施力装置5配置在壳体34与固定第二滑环承载件30之间。

从图1进一步可见，在密封间隙4附近配置有前室(antechamber)8。此外，如图1所示还设置了压力补偿室9，压力补偿室9朝向第二滑环承载件30的后侧延伸。在本实施方式中，施力装置5配置在压力补偿室9中。

前室8经由轴向间隙7连接到流体室6。可在图2中详细观察到轴向间隙7。轴向间隙7由第一滑环承载件20的第一轴向表面21和固定第二滑环承载件30的第二轴向表面31形成。轴向间隙7具有第一宽度B1。此外，轴向间隙7在径向上具有长度L。因此，轴向间隙7限定了第一轴向表面21与第二轴向表面31之间的距离，该距离总是大于旋转滑环与固定滑环之间的密封间隙4。

轴向间隙7的长度L与第一宽度B1之比大于或等于2。从图2可以看出，轴向间隙7朝向轴向X-X仅沿径向形成。

从图1和图2还可以看出，在流体室6和压力补偿室9之间还设置有第一径向间隙10。第一径向间隙10具有恒定的宽度B3。此宽度B3优选小于径向间隙12的第二宽度B2。宽度B3尽可能小，以使进入压力补偿室9的流体的流最小化，并实现压力补偿室9与流体室6大致分离(extensive decoupling)。特别地，这防止了污物颗粒等进入压力补偿室9。

此外，在从流体室6到前室8的流体路径中设置有第二径向间隙12，第二径向间隙12沿着轴向X-X具有恒定的第二宽度B2。第二宽度B2等于轴向间隙7的第一宽度B1。

从图1还可以看出，轴向间隙7相对于密封间隙在轴向X-X上4偏移。

因此，前室8经由第二径向间隙12和轴向间隙7连接到流体室6。

由于轴向间隙7和第二径向间隙12两者都形成在第一滑环承载件20与第二滑环承载件30之间，因此这种间隙配置的制造特别具有成本效益。

在操作期间，由于某些操作状况，特别是由于轴15的热膨胀的轴向相对运动现在可以作用于机械密封配置1，这可能引起在轴向上轴15与壳体34之间的相对运动。在这种情况下，经由第一滑环承载件20连接到轴15的旋转滑环2可以进行例如指向压缩机16的在轴向X-X上的轴向运动F。这将增大旋转滑环2与固定滑环3之间的密封间隙4。然而，由于压力补偿室9和配置在其中的施力装置5以及套筒33上的位移表面32，固定滑环3现在可以立即跟随旋转滑环2的运动，并且也沿旋转滑环2的轴向位移的方向移动。结果，密封间隙4保持恒定。当滑环承载件20、30与滑环2、3一起移动时，由于轴向间隙7由第一滑环承载件20和第二滑环承载件30两个部件形成，所以可以防止形成轴向间隙7的第一轴向表面21与第二轴向表面31之间的接触。

因为第一宽度B1始终大于密封间隙4的宽度，所以即使旋转滑环2向固定滑环3轴向移动，第一轴向表面21与第二轴向表面31之间也不会发生接触，这是因为密封面的接触将首先在旋转滑环2和固定滑环3处发生。因此，在任何操作条件下，第一轴向表面21与第二轴向表面31之间都不会发生接触，使得无论特定的操作情况如何，始终存在轴向间隙7。

此外，在固定第二滑环承载件30的外周上形成有排放通道11。排放通道11在第二滑环承载件30的至少半周上、优选在滑环承载件30的整周上引导。排放通道11用于排放在各种操作情况期间可能从气态流体中冷凝的冷凝物。冷凝物可以经由排放通道11被向下引导到机械密封配置的设置有排放物等的区域。

如图1进一步所示，在轴15上在压缩机16与机械密封配置1之间配置有包括迷宫式密封件51的密封部件50。

因此，通过设置轴向间隙7，现在可以避免前室8、特别是在旋转机械滑环2和固定机械滑环3之间的密封间隙4以及机械滑环的背面的任何污染。轴向间隙7的设置防止了可能存在于从排出管线分支的气态流体中的固体颗粒或液滴移动到密封间隙4那么远。由于在操作期间，第一滑环承载件20与旋转轴15和旋转滑环2一起旋转，所以在轴向间隙7处也有径向向外的流，它附加地从轴向间隙7带走固体。在此，在发生滑环的轴向运动的这些操作情况期间，也维持轴向间隙7。即使在这种情况下，也可以避免固体到达前室8。这显著地延长了用于气体润滑的机械密封件的机械密封配置的使用寿命。

图3示出了根据本发明的第二实施方式的机械密封配置1和压缩机16。

与第一实施方式相比，第二实施方式还包括配置于旋转第一滑环承载件20的保护边缘26。从图3可以看出，保护边缘26在轴向间隙7上方配置于径向外侧。这提供了防止污物进入轴向间隙7、必要时前室8、特别地密封间隙4的附加装置。保护边缘26包括面向轴向间隙7的斜面27。这防止了对保护边缘26的污染。这使得根据第二实施方式的机械密封配置1甚至更耐污物，这进一步增加了机械密封配置的使用寿命。

图4示出了根据本发明的第三实施方式的机械密封配置1和压缩机16。与第二实施方式相比，第三实施方式包括配置于固定第二滑环承载件30的保护边缘36。与第二实施方式中一样，保护边缘36在轴向间隙7上方配置于径向外侧。保护边缘36的功能与在第二实施方式中相同，使得其可以可靠地防止污物颗粒进入前室8、特别地旋转滑环与固定滑环之间的密封间隙。

附图标记说明

1机械密封配置

2旋转滑环

3固定滑环

4密封间隙

5施力装置

6流体室

7轴向间隙

8前室

9压力补偿室

10第一径向间隙

11排放通道

12第二径向间隙

15轴

16压缩机

17排出管线

18分支管线

20第一滑环承载件

20a套筒部

21第一轴向表面

26保护边缘

27斜面

30第二滑环承载件

31第二轴向表面

32位移表面

33套筒

34壳体

35辅助密封构件

36保护边缘

50密封部件

51迷宫式密封件

60大气

B1第一宽度

B2第二宽度

B3第三宽度

F轴向运动

L长度

X-X轴向

Claims (12)

1.一种气体润滑机械密封配置，其使用气态流体作为阻挡介质，所述机械密封配置包括：

-机械密封件，其包括旋转滑环(2)和固定滑环(3)，在所述旋转滑环(2)与所述固定滑环(3)之间限定密封间隙(4)，

-施力装置(5)，其朝向所述旋转滑环(2)对所述固定滑环(3)施力，

-流体室(6)，气态流体能够被引入所述流体室，

-第一滑环承载件(20)，其用于保持所述旋转滑环(2)，其中所述第一滑环承载件(20)具有第一轴向表面(21)，

-第二滑环承载件(30)，其用于保持所述固定滑环(3)，所述第二滑环承载件(30)具有第二轴向表面(31)，

-其中，所述第二滑环承载件(30)和所述固定滑环(3)以能沿轴向(X-X)位移的方式一起配置于位移表面(32)，

-轴向间隙(7)，其由所述第一轴向表面(21)和所述第二轴向表面(31)限定，以及

-前室(8)，其形成在所述机械密封件的所述密封间隙(4)处，并且所述前室经由所述轴向间隙(7)连接到所述流体室(6)。

2.根据权利要求1所述的机械密封配置，其特征在于，所述机械密封配置还包括套筒(33)，所述套筒具有形成所述位移表面(32)的筒形外表面。

3.根据前述权利要求中任一项所述的机械密封件，其特征在于，所述机械密封配置还包括压力补偿室(9)，所述压力补偿室(9)经由第一径向间隙(10)联接到所述流体室(6)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的机械密封配置，其特征在于，所述机械密封配置还包括在所述轴向间隙(7)上方配置于径向外侧的保护边缘(26、36)。

5.根据权利要求4所述的机械密封配置，其特征在于，所述保护边缘设置于所述第一滑环承载件(20)或所述第二滑环承载件(30)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的机械密封配置，其特征在于，所述轴向间隙(7)的长度(L)与所述轴向间隙(7)的宽度(B1)之比大于或等于2∶1。

7.根据前述权利要求中任一项所述的机械密封配置，其特征在于，所述机械密封配置还包括布置于所述第二滑环承载件(30)的外周的排放通道(11)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的机械密封配置，其特征在于，所述第二滑环承载件(30)具有杯形构造。

9.根据前述权利要求中任一项所述的机械密封配置，其特征在于，在所述轴向间隙(7)与所述前室(8)之间布置第二径向间隙(12)。

10.根据权利要求9所述的机械密封配置，其特征在于，所述第二径向间隙(12)的第二宽度(B2)等于所述轴向间隙(7)的宽度(B1)。

11.一种用于压缩气态介质的压缩机，其包括根据前述权利要求中任一项所述的机械密封配置。

12.根据权利要求11所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机还包括从所述压缩机的排出管线(17)通向所述流体室(6)的用于从所述排出管线(17)向所述流体室(6)供应气态介质的分支管线(18)。

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