CN112855942A - 一种闭式循环旋转机械的轴端密封系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于旋转机械技术领域，具体涉及一种闭式循环旋转机械的轴端密封系统。其包括转轴，转轴上依次设置有降压段、注气段和密封段，降压段、注气段和密封段与转轴之间均连接有密封件；所述降压段和注气段之间连接有抽气管，抽气管的抽气口连接有工质回收管路，工质回收管路上连接有稳压罐和回路增压泵，回路增压泵位于稳压罐远离抽气管的一端，回路增压泵的出口通过管道与储气罐或工质主回路进口连接；所述注气段和密封段之间连接有注气管，注气管的注气口与稳压罐的出口之间连接有补气管路，补气管路上连接有补气增压泵。本发明提供了一种通过内部工质作为密封气源来提高密封效果的闭式循环旋转机械的轴端密封系统。

Description

一种闭式循环旋转机械的轴端密封系统
技术领域
本发明属于旋转机械技术领域，具体涉及一种闭式循环旋转机械的轴端密封系统。
背景技术
在闭式循环中，内部工质有限且部分工质可能为易燃易爆或有毒有害气体，则必须减少工质漏出。为有效减少工质泄漏量，同时，防止工质泄漏至大气环境，可针对内部工质的不同要求采用不同的配置形式。
专利申请号为CN201811108363.1的发明专利公布了一种旋转机械用低噪轴端密封结构，包括静子、密封体和转子，所述密封体安装于静子上并靠近转子设置，所述密封体在靠近转子一侧沿漏气方向开设有多个密封腔，所述密封腔内设有堵环并被堵环分隔成密封前腔和共振后腔，所述堵环开设有狭缝，所述密封前腔和共振后腔通过狭缝相连通，本发明具有结构简单、易于加工、装卸方便、低噪的优点。
但是，上述装置采用的密封体相当于梳齿密封件，工质仍会从密封体与转子之间的间隙泄露，造成工质损失。当工质为易燃易爆或有毒有害气体，泄露的工质会污染环境。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种通过内部工质作为密封气源来提高密封效果且减少外部辅助设备的闭式循环旋转机械的轴端密封系统。
本发明所采用的技术方案为：
一种闭式循环旋转机械的轴端密封系统，包括转轴，转轴上依次设置有降压段、注气段和密封段，降压段、注气段和密封段与转轴之间均连接有密封件；所述降压段和注气段之间连接有抽气管，抽气管的抽气口连接有工质回收管路，工质回收管路上连接有稳压罐和回路增压泵，回路增压泵位于稳压罐远离抽气管的一端，回路增压泵的出口通过管道与储气罐或工质主回路进口连接；所述注气段和密封段之间连接有注气管，注气管的注气口与稳压罐的出口之间连接有补气管路，补气管路上连接有补气增压泵。
降压段、注气段和密封段与转轴之间均连接有密封件，但从降压段流过的工质压力较高，工质会从密封件处泄露。本发明的抽气管能将工质引到工质回收管路，从而工质能排到储气罐进行储存或排到工质主回路进口而再次进入工质主回路。本发明可避免工质直接排出，避免造成工质浪费和环境污染。补气管路上的补气增压泵将工质增压后注入注气管，则注入的工质能对从降压段流入注气段的工质进行封堵，避免过多工质从降压段流入注气段。注气管内注入的工质为抽气管流出工质的一部分，则该部分工质形成循环，避免从外部引入工质，从而减少外部设备和辅助系统。经注气管注入工质进行封堵后，工质能在系统内部留存或排到补气管路，减少外部注入工质，使得系统内部工质得到最大程度的利用。
作为本发明的优选方案，所述转轴上还设置有隔离段，隔离段位于密封段远离注气段的一侧，隔离段与转轴之间也连接有密封件，密封段与隔离段之间连接有泄露管，泄露管的泄露口通过管道与气体处理装置连接。隔离段的密封件能进一步阻挡工质，则工质泄露的流量进一步减少。通过控气体处理装置和补气增压泵，可使泄漏管的压力略低于隔离段远离密封段一侧的压力，保证环境气体从隔离段的环境口流向隔离段内部。通过泄漏管的泄露口统一收集工质与环境气体的混合气，并输送至后处理设备统一处理。其中，隔离段远离密封段一侧的开口为环境口，该处的压力为环境压力，可为大气压力或其他环境压力。泄露口收集工质，避免了有毒有害工质泄露到环境中。
作为本发明的优选方案，所述泄露管的一端连接于密封段靠近隔离段的一侧，泄露管的另一端连接于隔离段靠近密封段的一侧。泄露管内物质由经过密封段的工质和经过隔离段的环境气体组成，由于密封段内的密封件已对工质进行初步阻挡，而隔离段内的密封件已对环境气体进行初步阻挡，则进入泄露管的混合气的流量较小，减少工质泄漏量。泄露管的一端与隔离段连接，减少了因泄露管与密封段连接处气压过大而导致工质泄露到环境中的情况。
作为本发明的优选方案，所述工质回收管路上还连接有换热器，换热器位于抽气管与稳压罐之间。抽气口处的工质经换热器处理后，可达到温度要求。
作为本发明的优选方案，所述换热器为冷却器或加热器。对于抽气口的工质温度较高的设备，在工质回收管路上设置冷却器，从而保证温度参数。对于抽气口工质温度较低(接近储气罐温度)的情况，可取消换热器。对于抽气口工质温度过低的情况，还可将换热器替换成加热器，具体形式根据实际工质温度参数而定。
作为本发明的优选方案，所述抽气管的一端连接于注气段靠近密封段的一侧，抽气管的另一端连接于密封段靠近注气段的一侧。抽气管的一端连接于密封段靠近注气段的一侧，则降压段的密封件能阻挡一定的工质，降低抽气口的压力，减少工质从抽气口排出的量。抽气管的一端连接于注气段靠近密封段的一侧，则降压段与注气段连通，使得注气口的工质能经注气段流到抽气管，阻挡工质泄露。并且，将抽气管与注气段连接，可减少抽气管与降压段连接处气压过大而导致工质泄露到环境中的情况。
作为本发明的优选方案，所述注气管的一端连接于注气段靠近密封段的一侧，注气管的另一端连接于密封段靠近注气段的一侧。注气管的一端连接于注气段靠近密封段的一侧，则注气管内的工质能经注气段反向推动抽气管内工质，实现利用气体进行密封的作用。注气管的另一端连接于密封段靠近注气段的一侧，减少了注气管与注气管连接处因气压过大而导致工质泄露到环境中的情况。
作为本发明的优选方案，所述回路增压泵的出口还连接有中段工质管路，降压段分为两段，两段降压段之间连接有降压段抽气管，降压段抽气管的降压段抽气口与中段工质管路连接。对于密封压力较高的设备，可在降压段中间选取合适位置连接降压段抽气管，该部分抽气可直接通过中段工质管路进入系统储气罐或工质主回路中，不用降低至抽气管的抽气口后再进行增压，达到减小抽气管的流量的目的，从而降低工质回收管理上回路增压泵功率的目的。
作为本发明的优选方案，所述密封件为梳齿密封件、刷式密封件、碳环密封件或干气密封中的一种或多种。由于工质在膨胀过程中，随压力降低，温度也逐步降低，因此在降压段可采用多种密封结构结合的形式，其余段温度压力均较低，也可采用其他密封形式。如高温段采用梳齿密封或者刷式密封等，其适用温度高，待计算温度降低至碳环密封和干气密封等的适用温度时再使用碳环密封或干气密封，实现多种密封形式的结合使用。
本发明的有益效果为：
1.本发明的抽气管能将工质引到工质回收管路，从而工质能排到储气罐进行储存或排到工质主回路进口而再次进入工质主回路。补气管路上的补气增压泵将工质增压后注入注气管，则注入的工质能对从降压段流入注气段的工质进行封堵，避免过多工质从降压段流入注气段。注气管内注入的工质为抽气管流出工质的一部分，则该部分工质形成循环，避免从外部引入工质，从而减少外部设备和辅助系统。经注气管注入工质进行封堵后，工质能在系统内部留存或排到补气管路，减少外部注入工质，使得系统内部工质得到最大程度的利用。
2.抽气管连接于降压段和注气段之间，且稳压罐能稳定工质回收管路的压力，则抽气管与降压段连接处的气压减小。注气管连接于注气段与密封段之间，则补气管路压力一定的情况下，注气管与注气段连接处的压力减小。从而，工质从降压段和注气段的密封件端口泄露的量减少，保证工质的回收率，避免有毒有害工质污染环境。
附图说明
图1是实施例1中本发明的结构示意图；
图2是采用外部密封气时实施例1中本发明的结构示意图；
图3是采用多种密封件结合时实施例1中本发明的结构示意图；
图4是连接降压段抽气管时实施例1中本发明的结构示意图；
图5是实施例2中本发明的结构示意图；
图6是取消换热器时实施例2中本发明的结构示意图；
图中，1-降压段；2-注气段；3-密封段；4-抽气管；5-工质回收管路；6-注气管；7-隔离段；8-泄露管；9-降压段抽气管；51-稳压罐；52-回路增压泵；53-补气管路；54-换热器；55-中段工质管路；531-补气增压泵；A-注气口；B-抽气口；C-环境口；D-泄漏口；E-降压段抽气口。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
如图1所示，本实施例的闭式循环旋转机械的轴端密封系统，包括转轴，转轴上依次设置有降压段1、注气段2、密封段3和隔离段7，降压段1、注气段2、密封段3和隔离段7与转轴之间均连接有密封件；所述降压段1和注气段2之间连接有抽气管4，抽气管4的抽气口B连接有工质回收管路5，工质回收管路5上连接有稳压罐51和回路增压泵52，回路增压泵52位于稳压罐51远离抽气管4的一端，回路增压泵52的出口通过管道与储气罐或工质主回路进口连接；所述注气段2和密封段3之间连接有注气管6，注气管6的注气口A与稳压罐51的出口之间连接有补气管路53，补气管路53上连接有补气增压泵531；所述密封段3与隔离段7之间连接有泄露管8，泄露管8的泄露口D通过管道与气体处理装置连接。
降压段1、注气段2、密封段3和隔离段7与转轴之间均连接有密封件，但从降压段1流过的工质压力较高，工质会从密封件处泄露。本发明的抽气管4能将工质引到工质回收管路5，从而工质能排到储气罐进行储存或排到工质主回路进口而再次进入工质主回路。补气管路53上的补气增压泵531将工质增压后注入注气管6，则注入的工质能对从降压段1流入注气段2的工质进行封堵，避免过多工质从降压段1流入注气段2。注气管6内注入的工质为抽气管4流出工质的一部分，则该部分工质形成循环，避免从外部引入工质，从而减少外部设备和辅助系统。经注气管6注入工质进行封堵后，工质能在系统内部留存或排到补气管路53，减少外部注入工质，使得系统内部工质得到最大程度的利用。
如图2所示，对于有独立外部密封气源的情况，可直接采用满足要求的外部气源对系统供气。
抽气管4连接于降压段1和注气段2之间，且稳压罐51能稳定工质回收管路5的压力，则抽气管4与降压段1连接处的气压减小。注气管6连接于注气段2与密封段3之间，则补气管路53压力一定的情况下，注气管6与注气段2连接处的压力减小。从而，工质从降压段1和注气段2的密封件端口泄露的量减少，保证工质的回收率，避免有毒有害工质污染环境。
隔离段7的密封件能进一步阻挡工质，则工质泄露的流量进一步减少。通过控气体处理装置和补气增压泵531，可使泄漏管的压力略低于隔离段7远离密封段3一侧的压力，保证环境气体从隔离段7的环境口C流向隔离段7内部。通过泄漏管的泄露口D统一收集工质与环境气体的混合气，并输送至后处理设备统一处理。其中，隔离段7远离密封段3一侧的开口为环境口C，该处的压力为环境压力，可为大气压力或其他环境压力。泄露口D收集工质，避免了有毒有害工质泄露到环境中。
具体地，泄露管8的一端连接于密封段3靠近隔离段7的一侧，泄露管8的另一端连接于隔离段7靠近密封段3的一侧。泄露管8内物质由经过密封段3的工质和经过隔离段7的环境气体组成，由于密封段3内的密封件已对工质进行初步阻挡，而隔离段7内的密封件已对环境气体进行初步阻挡，则进入泄露管8的混合气的流量较小，减少工质泄漏量。泄露管8的一端与隔离段7连接，减少了因泄露管8与密封段3连接处气压过大而导致工质泄露到环境中的情况。
更进一步，所述工质回收管路5上还连接有换热器54，换热器54位于抽气管4与稳压罐51之间。抽气口B处的工质经换热器54处理后，可达到温度要求。所述换热器54为冷却器或加热器。对于抽气口B的工质温度较高的设备，在工质回收管路5上设置冷却器，从而保证温度参数。对于抽气口B工质温度较低(接近储气罐温度)的情况，可取消换热器54。对于抽气口B工质温度过低的情况，还可将换热器54替换成加热器，具体形式根据实际工质温度参数而定。
具体地，所述抽气管4的一端连接于注气段2靠近密封段3的一侧，抽气管4的另一端连接于密封段3靠近注气段2的一侧。抽气管4的一端连接于密封段3靠近注气段2的一侧，则降压段1的密封件能阻挡一定的工质，降低抽气口B的压力，减少工质从抽气口B排出的量。抽气管4的一端连接于注气段2靠近密封段3的一侧，则降压段1与注气段2连通，使得注气口A的工质能经注气段2流到抽气管4，阻挡工质泄露。并且，将抽气管4与注气段2连接，可减少抽气管4与降压段1连接处气压过大而导致工质泄露到环境中的情况。
具体地，所述注气管6的一端连接于注气段2靠近密封段3的一侧，注气管6的另一端连接于密封段3靠近注气段2的一侧。注气管6的一端连接于注气段2靠近密封段3的一侧，则注气管6内的工质能经注气段2反向推动抽气管4内工质，实现利用气体进行密封的作用。注气管6的另一端连接于密封段3靠近注气段2的一侧，减少了注气管6与注气管6连接处因气压过大而导致工质泄露到环境中的情况。
更进一步，如图4所示，所述回路增压泵52的出口还连接有中段工质管路55，降压段1分为两段，两段降压段1之间连接有降压段抽气管9，降压段抽气管9的降压段1抽气口B与中段工质管路55连接。对于密封压力较高的设备，可在降压段1中间选取合适位置连接降压段抽气管9，该部分抽气可直接通过中段工质管路55进入系统储气罐或工质主回路中，不用降低至抽气管4的抽气口B后再进行增压，达到减小抽气管4的流量的目的，从而降低工质回收管理上回路增压泵52功率的目的。
更进一步，如图3所示，所述密封件为梳齿密封件、刷式密封件、碳环密封件或干气密封中的一种或多种。由于工质在膨胀过程中，随压力降低，温度也逐步降低，因此在降压段1可采用多种密封结构结合的形式，其余段温度压力均较低，也可采用其他密封形式。如高温段采用梳齿密封或者刷式密封等，其适用温度高，待计算温度降低至碳环密封和干气密封等的适用温度时再使用碳环密封或干气密封，实现多种密封形式的结合使用。
实施例2：
如图5所示，本实施例的闭式循环旋转机械的轴端密封系统，包括转轴，转轴上依次设置有降压段1、注气段2和密封段3，降压段1、注气段2和密封段3与转轴之间均连接有密封件；所述降压段1和注气段2之间连接有抽气管4，抽气管4的抽气口B连接有工质回收管路5，工质回收管路5上连接有稳压罐51和回路增压泵52，回路增压泵52位于稳压罐51远离抽气管4的一端，回路增压泵52的出口通过管道与储气罐或工质主回路进口连接；所述注气段2和密封段3之间连接有注气管6，注气管6的注气口A与稳压罐51的出口之间连接有补气管路53，补气管路53上连接有补气增压泵531。
降压段1、注气段2和密封段3与转轴之间均连接有密封件，但从降压段1流过的工质压力较高，工质会从密封件处泄露。本发明的抽气管4能将工质引到工质回收管路5，从而工质能排到储气罐进行储存或排到工质主回路进口而再次进入工质主回路。本发明可避免工质直接排出，避免造成工质浪费和环境污染。补气管路53上的补气增压泵531将工质增压后注入注气管6，则注入的工质能对从降压段1流入注气段2的工质进行封堵，避免过多工质从降压段1流入注气段2。注气管6内注入的工质为抽气管4流出工质的一部分，则该部分工质形成循环，避免从外部引入工质，从而减少外部设备和辅助系统。经注气管6注入工质进行封堵后，工质能在系统内部留存或排到补气管路53，减少外部注入工质，使得系统内部工质得到最大程度的利用。
抽气管4连接于降压段1和注气段2之间，且稳压罐51能稳定工质回收管路5的压力，则抽气管4与降压段1连接处的气压减小。注气管6连接于注气段2与密封段3之间，则补气管路53压力一定的情况下，注气管6与注气段2连接处的压力减小。从而，工质从降压段1和注气段2的密封件端口泄露的量减少，保证工质的回收率，避免有毒有害工质污染环境。
更进一步，所述工质回收管路5上还连接有换热器54，换热器54位于抽气管4与稳压罐51之间。抽气口B处的工质经换热器54处理后，可达到温度要求。所述换热器54为冷却器或加热器。对于抽气口B的工质温度较高的设备，在工质回收管路5上设置冷却器，从而保证温度参数。如图6所示，对于抽气口B工质温度较低(接近储气罐温度)的情况，可取消换热器54。对于抽气口B工质温度过低的情况，还可将换热器54替换成加热器，具体形式根据实际工质温度参数而定。
具体地，所述抽气管4的一端连接于注气段2靠近密封段3的一侧，抽气管4的另一端连接于密封段3靠近注气段2的一侧。抽气管4的一端连接于密封段3靠近注气段2的一侧，则降压段1的密封件能阻挡一定的工质，降低抽气口B的压力，减少工质从抽气口B排出的量。抽气管4的一端连接于注气段2靠近密封段3的一侧，则降压段1与注气段2连通，使得注气口A的工质能经注气段2流到抽气管4，阻挡工质泄露。并且，将抽气管4与注气段2连接，可减少抽气管4与降压段1连接处气压过大而导致工质泄露到环境中的情况。
具体地，所述注气管6的一端连接于注气段2靠近密封段3的一侧，注气管6的另一端连接于密封段3靠近注气段2的一侧。注气管6的一端连接于注气段2靠近密封段3的一侧，则注气管6内的工质能经注气段2反向推动抽气管4内工质，实现利用气体进行密封的作用。注气管6的另一端连接于密封段3靠近注气段2的一侧，减少了注气管6与注气管6连接处因气压过大而导致工质泄露到环境中的情况。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种闭式循环旋转机械的轴端密封系统，包括转轴，转轴上依次设置有降压段(1)、注气段(2)和密封段(3)，降压段(1)、注气段(2)和密封段(3)与转轴之间均连接有密封件；其特征在于，所述降压段(1)和注气段(2)之间连接有抽气管(4)，抽气管(4)的抽气口(B)连接有工质回收管路(5)，工质回收管路(5)上连接有稳压罐(51)和回路增压泵(52)，回路增压泵(52)位于稳压罐(51)远离抽气管(4)的一端，回路增压泵(52)的出口通过管道与储气罐或工质主回路进口连接；所述注气段(2)和密封段(3)之间连接有注气管(6)，注气管(6)的注气口(A)与稳压罐(51)的出口之间连接有补气管路(53)，补气管路(53)上连接有补气增压泵(531)。
2.根据权利要求1所述的一种闭式循环旋转机械的轴端密封系统，其特征在于，所述转轴上还设置有隔离段(7)，隔离段(7)位于密封段(3)远离注气段(2)的一侧，隔离段(7)与转轴之间也连接有密封件，密封段(3)与隔离段(7)之间连接有泄露管(8)，泄露管(8)的泄露口(D)通过管道与气体处理装置连接。
3.根据权利要求2所述的一种闭式循环旋转机械的轴端密封系统，其特征在于，所述泄露管(8)的一端连接于密封段(3)靠近隔离段(7)的一侧，泄露管(8)的另一端连接于隔离段(7)靠近密封段(3)的一侧。
4.根据权利要求1所述的一种闭式循环旋转机械的轴端密封系统，其特征在于，所述工质回收管路(5)上还连接有换热器(54)，换热器(54)位于抽气管(4)与稳压罐(51)之间。
5.根据权利要求4所述的一种闭式循环旋转机械的轴端密封系统，其特征在于，所述换热器(54)为冷却器或加热器。
6.根据权利要求1所述的一种闭式循环旋转机械的轴端密封系统，其特征在于，所述抽气管(4)的一端连接于注气段(2)靠近密封段(3)的一侧，抽气管(4)的另一端连接于密封段(3)靠近注气段(2)的一侧。
7.根据权利要求1所述的一种闭式循环旋转机械的轴端密封系统，其特征在于，所述注气管(6)的一端连接于注气段(2)靠近密封段(3)的一侧，注气管(6)的另一端连接于密封段(3)靠近注气段(2)的一侧。
8.根据权利要求1所述的一种闭式循环旋转机械的轴端密封系统，其特征在于，所述回路增压泵(52)的出口还连接有中段工质管路(55)，降压段(1)分为两段，两段降压段(1)之间连接有降压段抽气管(9)，降压段抽气管(9)的降压段(1)抽气口(B)与中段工质管路(55)连接。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的一种闭式循环旋转机械的轴端密封系统，其特征在于，所述密封件为梳齿密封件、刷式密封件、碳环密封件或干气密封中的一种或多种。
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