CN114616398A - 包括拒油表面的干气密封件 - Google Patents

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K-D·梅克
T·里巴克
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Abstract

一种干气密封件(100)包括：配合环(114)，其可联接到旋转轴(102)以与旋转轴一起旋转；保持环(117a)，其可固定地附接到压缩机(104)；和承载环(170)，其可移动地联接到保持环。承载环包括主环承载面(202)、后面(204)和在主环承载面与后面之间延伸的密封表面(200)。密封表面包括设置在其上的疏油涂层(210)。

Description

包括拒油表面的干气密封件
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2019年8月16日提交的序列号为62/887837的美国临时申请和于2019年12月16日提交的编号为1918551.1的英国申请的较早提交日期的权益，这些申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
示例性实施例涉及干气密封件的领域，并且特别地涉及包括其上设置有拒油物质的一个或多个部件的干气密封件。
背景技术
干气密封件典型地用于密封离心式压缩机，所述离心式压缩机通常在诸如天然气的气体的运输和分配中使用。例如，在天然气管线中，压缩机可按设定的间隔安置，以提高用于处理的气体压力，抵消沿着传输管线的流量损失的影响，并大致保持气体朝向其目的地移动。
为了移动天然气或其它流体，离心式压缩机使用包含在壳体中的旋转盘或叶轮来增加过程气体的压力。盘/叶轮的旋转通过由外部马达或涡轮驱动的旋转轴提供。轴可与承载盘/叶轮的压缩机的转子配合。干气密封件在转子进入壳体之处或在其附近围绕转子以形成密封，该密封防止过程气体在该位置处逸出。
一般来说，干气密封件通过在旋转环和固定环之间提供密封来操作。旋转环有时被称为“配合环”，因为它与旋转轴/转子配合。旋转环可经由轴套筒与转子配合。固定环有时可被称为主环，并且在操作期间不旋转。
在操作中，在两个环之间产生一层气体，其形成密封，同时允许环在彼此不接触的情况下相对于彼此移动。气体层由注入干气密封件中的过程气体或密封气体形成。旋转(配合)环中的凹槽将过程气体从配合环的外径向边缘抽吸到两个环之间的位置。抽吸到凹槽中的过程气体在朝向凹槽的径向向内端部(或尖端)移动时被压缩。压缩气体产生压力坝，该压力坝导致主环从配合环“抬离(lift off)”，以形成在几微米(例如，3-10 μm)的范围内的运行间隙。为了允许环之间的相对轴向移动，主环典型地通过诸如弹簧或其它工具的可压缩构件安装到干气密封件的固定部分。在抬离之后，非常少量的过程气体通过坝区域流到密封的低压侧(例如，压缩机的外部)，从而产生受控的密封泄漏，并且环作为非接触式密封件在气体的薄膜上操作。
发明内容
在一个实施例中公开了一种用于密封包括旋转轴的压缩机中的过程气体的干气密封件。干气密封件包括：配合环，其可联接到旋转轴以与旋转轴一起旋转；保持环，其可固定地附接到压缩机；和承载环，其可移动地联接到保持环。承载环包括主环承载面、后面和在主环承载面与后面之间延伸的密封表面。密封表面包括设置在其上的疏油涂层。
在任何先前实施例的干气密封件中，密封件还可包括：附接到主环承载面的主环。
任何先前实施例的干气密封件还可包括：偏置构件，其将承载环可移动地联接到保持环；和密封元件，其设置在保持环和承载环之间，该密封元件接触设置在密封表面上的疏油涂层。
在任何先前实施例的干气密封件中，密封元件可以是聚合物密封件或弹性体密封件。特别地，密封件可以是唇形密封件。
在任何先前实施例的干气密封件中，保持环的一部分包括设置在其上的疏油涂层。
在任何先前实施例的干气密封件中，密封件还可包括套筒环，该套筒环联接到旋转轴并承载配合环。
在任何先前的干气密封件中，套筒环的径向向外表面包括设置在其上的疏油涂层。
任何实施例的干气密封件可与分离密封件结合提供，该分离密封件包括设置在其上的疏油涂层。
在任何先前实施例的干气密封件中，密封件与压缩机结合。在这样的实施例中，干气密封件设置在形成在压缩机的壳体中的孔中，并将通过压缩机壳体接收的过程气体提供到主环。
在多级干气密封件实施例中，公开了一种用于密封包括旋转轴的压缩机中的过程气体的干气密封件。在这样的多级干气密封件中，干气密封件包括第一级密封件和第二级密封件。第一级密封件包括：第一配合环，其可联接到旋转轴以与旋转轴一起旋转；第一保持环，其可固定地附接到压缩机；和第一承载环，其可移动地联接到第一保持环，第一承载环包括第一主环承载面、第一承载环后面和在第一主环承载面与第一承载环后面之间延伸的第一承载环密封表面。第二级密封件包括：第二配合环，其可联接到旋转轴以与旋转轴一起旋转；第二保持环，其可固定地附接到压缩机；和第二承载环，其可移动地联接到第二保持环，第二承载环包括第二主环承载面、第二承载环后面和在第二主环承载面与后面之间延伸的密封表面。第一承载环密封表面和第二承载环密封表面中的至少一个包括设置在其上的疏油涂层。
在任何先前实施例的多级干气密封件中，密封件还包括：第一主环，其附接到第一主环承载面；和第二主环，其附接到第二主环承载面。
在任何先前实施例的多级干气密封件中，第一承载环密封表面包括疏油涂层，干气密封件还包括：第一偏置构件，其将第一承载环可移动地联接到第一保持环；和第一密封元件，其设置在第一保持环和第一承载环之间，该第一密封元件接触设置在第一承载环密封表面上的疏油涂层。
在任何先前实施例的多级干气密封件中，第一密封元件是聚合物密封件或弹性体密封件。
在任何先前实施例的多级干气密封件中，第二承载环密封表面包括疏油涂层，干气密封件并且还包括：第二偏置构件，其将第二承载环可移动地联接到第二保持环；和第二密封元件，其设置在第二保持环和第二承载环之间，该第二密封元件接触设置在第二承载环密封表面上的疏油涂层。
在任何先前实施例的多级干气密封件中，第二密封元件是聚合物密封件或弹性体密封件。
在任何先前实施例的多级干气密封件中，密封件还包括：迷宫式密封件，其流体地设置在第一密封件和第二密封件之间。迷宫式密封件可包括设置在其上的疏油涂层。
还公开了一种修理干气密封件的方法，干气密封件包括：气体入口，其允许过程气体进入干气密封件；和筒，其包括可联接到旋转轴以与旋转轴一起旋转的配合环、可固定地附接到压缩机壳体的保持环以及可移动地联接到保持环的承载环，承载环包括主环承载面、后面和在固定环承载面与后面之间延伸的密封表面。该方法包括：从外部壳体移除承载环；利用经处理的承载环替换该承载环，经处理的承载环包括设置在其上的疏油涂层。
在任何先前方法中，替换可包括将疏油涂层设置在承载环的密封表面上以形成经处理的承载环。
在任何先前方法中，替换可包括将疏油涂层设置在替换承载环的密封表面上以形成经处理的承载环。
在第二干气密封件实施例中公开了一种用于密封包括旋转轴的压缩机中的过程气体的干气密封件。第二实施例的密封件包括：配合环，其可联接到旋转轴以与旋转轴一起旋转；保持器，其可固定地附接到压缩机，保持器包括主体和从主体向外延伸的延伸部；推环，其可移动地联接到保持器；和密封元件，其设置在推环和延伸部之间。延伸部可包括设置在其上的疏油涂层。
在第二干气密封件实施例的任何先前实施例中，延伸部可包括径向向外表面、轴向向内表面和径向向内表面。
在第二干气密封件实施例的任何先前实施例中，疏油涂层可设置在径向向外表面上。
在第二干气密封件实施例的任何先前实施例中，疏油涂层可设置在径向向外表面、轴向向内表面和径向向内表面中的一个或多个上。
在第二干气密封件实施例的任何先前实施例中，主体包括轴向向外表面，其中，轴向向外表面包括设置在其上的疏油涂层。
在第二干气密封件实施例的任何先前实施例中，密封件还可包括附接到推环的主环。
在第二干气密封件实施例的任何先前实施例中，密封件可包括：偏置构件，其将推环可移动地联接到保持器，并且密封元件接触设置在延伸部上的疏油涂层。
在第二干气密封件实施例的任何先前实施例中，密封元件可以是聚合物密封件或弹性体密封件。
通过本发明的技术实现了附加的技术特征和益处。本发明的实施例和方面在本文中被详细描述，并且被认为是所要求保护的主题的一部分。为了更好地理解，请参考详细描述和附图。
附图说明
本文中描述的专有权的细节在说明书的结尾处的权利要求书中被特别指出并明确地要求保护。本发明的实施例的前述的和其它特征和优点从结合附图的以下详细描述中显而易见，其中：
图1是设置到压缩机壳体中的单个干气密封件的横截面视图；
图2是具有设置在密封表面的外径上的疏油涂层的承载环的横截面视图；
图3A和图3B分别是图2的承载环的横截面视图，该承载环具有设置在主环承载面的后面上和在承载环的后面上的疏油涂层；
图4是设置到压缩机壳体中的串联式干气密封件的横截面视图；
图5是示出根据一个实施例的修理干气密封件的方法的流程图；以及
图6是干气密封件的另一个实施例的横截面。
本文中描绘的附图是说明性的。在不偏离本发明的精神的情况下，可存在图或其中描述的操作的许多变型。例如，能够以不同的顺序执行动作，或者可添加、删除或修改动作。另外，术语“联接”及其变型描述了在两个元件之间具有连通路径，并且不意味着在元件之间没有介入元件/连接的情况下元件之间的直接连接。所有这些变型都被认为是说明书的一部分。
具体实施方式
在此通过示例性而非限制性的方式参照附图呈现了所公开的设备和方法的一个或多个实施例的详细描述。
在此参照相关附图描述本发明的各种实施例。在不偏离本发明的范围的情况下，可设计本发明的备选实施例。在下面的描述中和在附图中，阐述了在元件之间各种连接和位置关系(例如，上方、下方、相邻等)。除非另有说明，否则这些连接和/或位置关系可以是直接的或间接的，并且本发明无意在这方面进行限制。因此，实体的联接可指直接的或间接的联接，并且实体之间的位置关系可以是直接的或间接的位置关系。此外，本文中描述的各种任务和过程步骤可并入具有本文中未详细描述的附加步骤或功能的更全面的程序或过程中。
现在转到与本发明的各方面更具体相关的技术的概述，干气密封件的一个或多个部分可涂覆有疏油涂层以减少或消除油或水(或两者)在其上的粘附。
疏油涂层的原理基于荷花效应。荷花效应是指荷叶中表现出的拒水性，其中由于表面构造使水与叶子之间的粘附最小化，污物被水滴拾起。该现象基于改变液滴的接触角、表面张力和表面上的粘附功。
在关于干气密封件如何操作的上面描述中，假设过程气体不含液体。然而，在一些情况下，过程气体(或引入到干气密封件中的其它气体)可包括流体(例如，油或油副产品)，所述流体可附着到干气密封件中的金属部件，从而导致冷凝物的形成。当过程气体在被引入到干气密封件中之前没有充分加热时，这个问题就可能尤其普遍。
这样的冷凝物形成增加了部件温度，并且在一些情况下由于流体粘附到干气密封件中的表面而造成沉积物的积累。在极端情况下，这些沉积物可限制部件的移动，并导致整个密封件的失效。如在回顾下面干气密封件操作的讨论之后将更好地理解的那样，对部件的移动的限制在本文中可被称为“障碍(hang-up)”。本文中的一个或多个实施例提供了一种技术解决方案，其通过在干气密封件的两个部件之间的位置处设置疏油涂层来减少或消除障碍，其中两个部件中的至少一个相对于彼此移动。在这种情况下，疏油涂层可减少上述沉积物和因此障碍。
图1是单个非接触式干气密封组件100(或简称干气密封组件)的部分横截面图。然而，本文中的教导可应用于其它干气密封构造。如在阅读详细描述之后将理解的那样，本文中的教导可应用于任何类型的干气密封件，包括但不限于单个干气密封件、串联式干气密封件、中间具有中间迷宫的串联式干气密封件、具有或不具有迷宫的三重密封件和双重对置的干气密封件。
干气密封组件100的至少一部分定位在旋转压缩机轴102和压缩机壳体104之间。旋转压缩机轴102通常是压缩机的一部分，并且可操作地联接到设置在压缩机的过程腔106中的压缩机叶轮(未示出)，并且经由设置在壳体104的轴承腔108中的轴承(未示出)由壳体104支撑。旋转压缩机轴102在大多数情况下是压缩机的转子，并且在本文中有时可简称为旋转轴。应当理解的是，旋转轴不必是压缩机本身的转子，而是可以是连接到转子的与转子一起旋转的任何轴，在该轴周围需要提供密封。
压缩机壳体104包括形成在其内的孔109，该孔在过程腔106和轴承腔108之间延伸并限定环形密封室112，干气密封组件100可插入到该环形密封室中。过程腔106包括由压缩机压缩的气体(典型地为碳氢化合物)。该气体在本文中被称为过程气体。
可以设置可包括迷宫式密封件并在形成在旋转轴102和压缩机壳体104之间的径向延伸的开口上延伸的护罩126，以阻止过程气体从过程腔106自由流动到孔109中。护罩126设置在孔109中，并且如图所示承载迷宫式密封件128，该迷宫式密封件用于完全或部分地防止过程气体从过程腔106自由流动到孔109中。护罩126和迷宫式密封件128的组合在形成在旋转轴102和压缩机壳体104之间的径向延伸开口上延伸。如图所示，护罩126和迷宫式密封件128示出为两个单独的物件，但在一个实施例中它们可形成为集成的单元。可以设置诸如径向压缩密封件130的密封件以在护罩126/迷宫式密封件128组合和压缩机壳体104之间进行密封，以确保过程气体不从过程腔106逸出。
迷宫式密封件128在其径向内端部处包括多个脊部134。在操作中，脊部134靠近旋转轴102的外表面136设置。多个脊部134和形成在任何两个连续的脊部134之间的对应的中间腔阻碍气体通过旋转轴102从过程腔106进入到密封室112中。
图1中所示的干气密封组件100包括单个干气密封件，其通常被称为第一密封件110。典型地，第一密封件110的部件被预先组装成筒，并且然后设置在密封室112中。筒118包括定子117，该定子可由一个或多个部件形成，并在安装时以固定关系彼此接合并且与压缩机壳体104接合。如图所示，定子117包括保持环117a，该保持环可通过诸如径向密封件140的密封元件密封到压缩机壳体104。
筒118还可包括套筒环115，该套筒环可由一个或多个部件形成并且附接到旋转轴102，使得其与旋转轴102一起旋转。所示的套筒环115包括图1中的两个部分115a、115b。特别地，套筒115包括旋转环115a，该旋转环构造成与旋转轴102接触并一起旋转。在所示的实施例中，包括间隔套筒115b作为套筒115的一部分。当然，套筒环115可形成为整体件，或者可包括任何数量的件，所述件在操作期间接合在一起或以其它方式相对于彼此保持固定(例如，所有件作为一个整体一起旋转)。虽然在图1中没有具体示出，但应当理解的是，疏油涂层可施加到套筒环115的任何径向向外表面。例如，疏油涂层可施加在诸如表面137的套筒环的径向向外表面上。在后面公开的实施例中也是如此。
所示的筒118还包括有时被称为分离密封件119的东西。当然，分离密封件119通常不需要作为干气密封件的一部分，并且可以是接合到干气密封件的单独元件。分离密封件可用于防止或减少来自设置在轴承腔108中的轴承(未示出)的油或其它润滑剂进入第一密封件110。
应当理解的是，在某些实施例中不需要分离密封件119。也就是说，本文中的实施例不要求分离密封件作为筒118的一部分。此外，如以下实施例中的一个或多个中所示，如果存在，则分离密封件119不必邻近第一密封件110，并且可在第一密封件110和分离密封件119之间设置一个或多个其它密封件。
假设过程腔106中的过程气体处于压力之下，干气密封组件100的所有部件在操作期间在朝向推力环121和125的方向上被推压。套筒环115相对于旋转轴102的轴向移动由容纳在旋转轴102中的凹槽中的轴推力环125限制。定子117的轴向移动由容纳在壳体104中的凹槽中的定子推力环121限制。
在上述示例中，应当理解的是，轴推力环125可相对于套筒环115固定，使得两个元件一起旋转。另外，为了完整起见，应当理解的是，其它元件可附接到套筒115以提供支撑或其它功能，但本文中没有具体描述。一个可选的示例是配合环位置固定元件115c。
套筒环115承载旋转环或配合环114并以其它方式将其配合到旋转轴102。也就是说，配合到旋转轴102的套筒环115允许配合环114也与102一起旋转。配合环114可包括形成在其面上的一个或多个凹槽(未示出)。
在操作期间，存在于过程腔106中的气体(其可达到6500 PSI-G(450 BAR-G)或更高的压力)通过配合环114和主环116的相互作用相对于轴承腔108和环境密封。主环116也可被称为固定环，因为它不与轴一起旋转，并且因此在操作期间相对于壳体大致或完全旋转固定。附图标记113标识了在配合环114和主环116之间形成的密封界面的位置。
如本领域技术人员将理解的那样，主环116在操作期间可相对于壳体104轴向移动，从而可在密封界面113处在配合环114和主环116之间保持受控的距离。在所示的实施例中，弹簧力通过设置在保持环117a和主环116之间的一个或多个偏置构件138被施加到主环116。
在操作期间，有时被称为“密封气体”的经处理的过程气体的流被提供到密封室112中。密封气体大致由箭头150(其标识了气体通过干气密封组件100所经过的路径)示出并且其经由密封气体入口152进入。密封气体可处于大于过程腔106中的过程气体的压力的压力下。该压力差防止未经处理的过程气体进入第一密封件110，并允许密封气体中的至少一些重新进入过程腔106。过程气体产生密封气体的典型处理可包括过滤和加热过程气体中的一种或两种。
配合环114由于其连接到旋转轴102而导致的旋转将导致密封室112中的密封气体中的一些从配合环114的外径抽吸到形成在其中的凹槽中。优化凹槽的形状以提高密封性能。如本领域中已知的那样，凹槽典型地仅加工到配合环114的面的径向中点，并且具有仅几微米的非常浅的深度。凹槽被成形成具有尖端，使得进入凹槽的气体由于在尖端处的体积减小而被压缩。气体压力稍高的区域产生压力坝并导致所谓的“抬离”，从而导致主环116和配合环114的物理分离。因此，在操作中，气体经过坝区域(在主环116和配合环114之间)流到密封界面113的低压侧160。通过密封界面的气体可经由压缩机壳体104中的通气孔174离开干气密封组件100。如图所示，通气孔174与形成在保持环117b中的保持环通气通道176流体连通。当然，在不同的实施例中，通气孔174可联接到其它通气通道。
为了允许上述抬离，设置承载环170作为用于允许所需移动的器件。承载环170通过偏置构件138联接到保持环117a。偏置构件138可以是单个元件或由多个元件组成。在一个实施例中，偏置构件138由一个或多个弹簧构成。
在操作期间，如上所述，过程腔106中的压力以及热量可导致旋转轴102轴向移动或膨胀。即使当配合环114由于旋转轴102的这种移动而轴向移动时，偏置构件138也可允许主环116在操作期间在其自身与配合环114之间保持恒定的距离。
为了确保密封气体150不能围绕密封界面113行进，可设置一个或多个径向密封件。密封件可由聚合物或弹性体形成，并且这样的密封件的一个示例是唇形密封件。在图1中，密封件被示出为唇形密封件，但这仅作为示例，并且不意味着限制。如图所示，第一密封件172可设置在保持环117a和承载环170之间。在一个实施例中，第一密封件172相对于保持环117a固定。第一密封件172可布置成使得密封气体150当气体撞击时使其膨胀。因此，第一密封件172是所谓的接触式密封件。当主环116移动(由于抬离或轴移动)时，承载环170将相对于第一密封件172移动。
在操作中，当使用加压气体时，密封气体中的至少一些绕过密封界面113并行进，使得其接触外部区域或直径或承载环170并不少见。这样的外部位置的示例通过承载环170的密封表面200示出。逸出的气体可在该表面上形成液体，并最终形成固体沉积物。这些沉积物可在承载环170和第一密封件172的滑动界面中(例如，在密封表面200和第一密封件172的界面处)产生“障碍”。在一些情况下，障碍可在密封表面200和第一密封件172之间产生增加的摩擦，使得偏置构件138的关闭力不足以克服摩擦力，并且不能朝向配合环114迫使主环116以在操作期间保持所需的间隙或在压缩机不操作时关闭密封界面。
根据一个实施例，可通过将疏油涂层施加到密封表面200来减少或避免这样的沉积物。
现在参考图2，示出了承载环170的示例。承载环170包括主环承载面202、后面204和至少部分地在主环承载面202与后面204之间延伸的密封表面200。现在参照图1和图2，主环116可附接到主环承载面202。以这种方式，当主环116移动时，承载环170也移动(例如，在抬离期间)。通过施加疏油涂层210，可减少密封表面200的沉积物，并且可避免这样的移动的障碍。
涂层210能够以各种方式沉积，包括手工沉积或真空沉积。在操作中，涂层可被选择成使得其为液滴提供60度或更大的接触角。在一个实施例中，涂层可在至少100000次磨损循环内提供这样的接触角。这样的涂层的示例包括来自Caplinq BV的Aculon疏油涂层。当然，也可使用其它涂层。
在一个实施例中，涂层210被设置成使得其包括厚度t。在一个实施例中，厚度t在0.1纳米和500微米之间。
如将理解的那样，涂层210的位置不仅限于密封表面200的外径220。例如，并且参照图3A和图3B，涂层210可择一地或组合地位于主环承载面202的后面310上或后面204上。如上所述，本领域技术人员将认识到，涂层210可施加到以下任一者或全部：主环承载面202的后面310；密封表面200；和后面204；或它们的任何组合。在每个表面上的涂层的类型和厚度可与上述相同或彼此不同。也就是说，在涂层位于不同表面上的情况下，它可具有不同的厚度或者甚至由不同的材料形成。
重新参考图1，分离气体、典型地诸如氮气(N2)的惰性气体的流通过分离气体入口176提供到分离密封件119。分离气体及其路径由箭头180示出。如图所示，分离气体180经由压缩机壳体104中的通气孔174离开干气密封组件100。分离气体180通过分离密封件119的流动可防止存在于轴承腔108中的润滑油进入干气密封组件100。在一个实施例中，分离密封件119可以是双节段碳环密封件(dual-segmented carbon ring seal)，其设计成防止轴承油迁移到涡轮压缩机设备上的干气密封筒118，诸如由伊利诺伊州莫顿格罗夫的JohnCrane, Inc.制造的“82型”或“83型”密封件。
如图1中所示，气体通过密封组件的二次泄漏路径通过筒118与壳体104或旋转轴102之间的径向压缩密封件阻断。这些密封件是说明性地示出的，并且在本文中不单独提及。用于这些密封件的布置结构和材料可基于应用(例如，气体的操作压力以及气体的化学组成和/或压缩机的操作环境)来优化。径向密封件可包括O形环、复合密封布置结构(诸如围绕密封承载构件的先进聚合物密封件)或任何其它适当类型的密封件。
如上所述，在操作期间，经处理的过程气体(密封气体150)的流被提供到密封界面113的一侧，并且分离气体180被提供到分离密封件119。本领域技术人员将认识到，通过密封元件的密封气体和分离气体的适当控制的流量和温度对于有效的密封性能和耐久性至关重要。即使具有这样的控制，在碳氢化合物环境中使用的大量干气密封件也可出现上述的沉积物。因此，在一个实施例中，干气密封组件100中被气体接触的任何位置都可受益于本文中所述的涂层的施加。例如，涂层可被施加到保持环117a的后面188。此外，涂层可被放置在分离密封件119的位置上。
图4示出了包括第一级件密封401和第二级密封件402的干气密封组件400。应当理解的是，第一级密封件401和第二级密封件402的组合形成通常被称为串联式密封件的东西。这两个密封件示出为通过可选的级间迷宫404彼此分开。第一级密封件401和第二级密封件402中的每一个大致如上所述地工作。
干气密封组件400的至少一部分定位在旋转压缩机轴410和可类似于压缩机操作的压缩机壳体412之间。在压缩机壳体412中形成有孔414(有时称为密封室)，其在过程腔416和轴承腔417之间延伸，并且限定环形密封室，干气密封组件400可插入到该环形密封室中。在形成在旋转压缩机轴410和压缩机壳体412之间的径向延伸开口上延伸的护罩或迷宫式密封件424阻止过程气体从过程腔106自由流动到孔414中。在该实施例与在其它实施例中一样，护罩424可以是与干气密封组件400分离的元件，或者可以是它的一部分，这取决于背景和设置。如图所示，护罩424示出为包括形成在其上的迷宫427的单个元件，但其可由两个或更多个单独元件的组合组成。
图4中所示的干气密封组件400包括第一级密封件401和第二级密封件402。典型地，第一级密封件401和第二级密封件402的部件被预先组装成筒418，并且然后设置在孔414中。筒418包括定子417，该定子可由一个或多个部件形成，并在安装时以固定关系彼此接合并且与压缩机壳体412接合。如图所示，定子417包括第一保持环417a和第二保持环417b。
筒418还可包括套筒环415，该套筒环可由一个或多个部件形成并且附接到旋转轴410，使得其与旋转轴410一起旋转。如上所述，旋转轴可以是压缩机轴(转子)或连接到其的轴。轴410的旋转将导致套筒环的所有部分以及连接到其的元件(例如，主环)旋转。所示的套筒环415包括三个部分415a、415b、415c。特别地，套筒415包括旋转环415a，该旋转环构造成与旋转轴410接触并一起旋转。在所示的实施例中，包括间隔套筒415b作为套筒415的一部分。套筒415还包括第二级间隔件415c，该第二级间隔件限定第一密封件401和第二密封件401之间的间隔。当然，套筒415可形成为整体件，或者可包括任何数量的件，所述件在操作期间接合在一起或以其它方式相对于彼此保持固定(例如，所有件作为一个整体一起旋转)。
与上述相反，图4的所示的筒418不包括分离密封件。这不是必需的，并且这样的密封件可作为筒418的一部分设置。套筒环415相对于轴410的轴向移动由容纳在轴410中的凹槽中的轴推力环425限制。定子117的轴向移动还由与壳体412配合的推力环(未示出)限制。
套筒环415承载第一密封件401和第二密封件402的配合环并以其它方式将其配合到旋转轴410。也就是说，配合到旋转轴410的套筒环415允许配合环也与旋转轴410一起旋转。配合环可包括形成在其面上的一个或多个凹槽(未示出)。
第一级密封件401包括由套筒环415承载的第一配合环424，并且第二级密封件402包括由套筒环415并且特别是由其第二级间隔件415c承载的第二配合环434。
第一级密封件401还包括由第一保持环417a承载并可移动地联接到第一保持环的第一主环426。为此，第一级密封件包括通过设置到第一保持环417a的偏置构件438连接的第一承载环470。如上所述，偏置构件438允许第一承载环470相对于轴410以及第一配合环424移动，使得第一级密封件401可根据需要操作。如上所述并再次参照图2和图3A至图3B，第一承载环470可包括主环承载面、后面和在主环承载面与后面之间延伸的密封表面。第一主环426可固定到主环承载面。
第二级密封件402还包括由第二保持环417b承载并可移动地联接到第二保持环的第二主环436。为此，第二级密封件包括通过设置到第一保持环417a的偏置构件438连接的第二承载环472。如上所述，偏置构件438允许第二承载环472相对于轴410以及第二配合环424移动，使得第二级密封件402可根据需要操作。如上所述并再次参照图2和图3A至图3B，第二承载环472可包括主环承载面、后面和在主环承载面与后面之间延伸的密封表面。第二主环436可固定到主环承载面。
虽然未在图4中明确示出，但应当理解的是，第一承载环470和第二承载环472的任何部分或其中之一或两者可包括设置在其上的疏油材料。
如上所述，在操作期间，经处理的过程气体的流被提供到第一级密封件401的一侧。另外，相同气体或不同气体(例如，阻挡气体)可被施加到第二级密封件402。本领域技术人员将认识到，通过密封件401、402的密封气体和阻挡气体的适当控制的流量和温度对于有效的密封性能和耐久性至关重要。即使具有这样的控制，在碳氢化合物环境中使用的大量干气密封件也可出现上述的沉积物。因此，在一个实施例中，密封件401、402中被气体接触的任何位置都可受益于本文中所述的涂层的施加。例如，涂层可施加到保持环117a、117b的后面488a、488b。
在一个实施例中，级间迷宫404可设置在第一级密封件401和第二级密封件402之间。该迷宫404可包括设置在其上的疏油材料。
目前存在许多在操作的可操作的干气密封件。本文中的教导也可应用于它们。例如，并且现在参照图5，现有的干气密封件可通过将部件移除、涂覆疏油涂层并将其替换到密封件中来修理或维护。备选地，可使用与从密封件上移除的部件不同并包括在其上的疏油涂层的替换部件来替换所移除的部件。
虽然图5包括几个过程步骤，但应当理解的是，并不是所有的步骤都需要由单个行为者执行。该过程从框502开始，其中从操作的机器上移除干气密封件(包括上面限定的具有或不具有分离密封件的筒)。这样的机器的示例包括压缩机，但其它机器也落入该限定内。
在框504，移除筒的一个或多个部件。这可包括移除定子、单个或所有保持环、任何或所有承载环以及套筒环或其部分中的任何。在一些实施例中，在该阶段可完全地或几乎完全地拆卸筒。
在框506，一个或多个干气密封件部件可具有施加到其一个或多个表面的疏油涂层。该过程可包括将疏油涂层施加到所移除的部件或新部件中的一个或多个。在一个实施例中，疏油涂层设置在至少一个承载环的密封表面上，以形成经处理的承载环。
在框508，重新组装筒，使得参照框406所述的部件中的至少一个包括在其中。也就是说，在框408，产生包括具有疏油涂层的至少一个表面的干气密封件。筒可在机器外或机器内重新组装。在一个实施例中，重新组装包括将经处理的承载环包括在筒中。
在上面的论述中，某些方面已经在包括平衡直径载体(例如，承载环170)的干气密封件的背景下进行了说明。然而，应当理解的是，疏油涂层的应用可在其它类型的干密封件中找到应用。在这样的方面，图5的方法可应用于这样的密封件。
在图6中，示出了备选类型的干气密封组件600，其包括保持器602。如图所示，保持器602是密封压盖板。在一些情况下，这样的密封压盖板可螺栓连接或以其它方式固定到压缩机或其它高压装置的主体，该压缩机或其它高压装置需要围绕诸如轴604的旋转轴形成的密封。
与上述类似，干气密封组件600的至少一部分定位在旋转压缩机轴604和压缩机壳体606之间。旋转压缩机轴604通常是压缩机的一部分，并且可操作地联接到设置在压缩机的过程腔608中的压缩机叶轮(未示出)。
压缩机壳体606包括形成在其中的孔609，该孔在过程腔608和壳体606的外壁610之间延伸。密封组件600插入到孔609中。过程腔608包括由压缩机压缩的气体(典型地为碳氢化合物)。该气体在本文中被称为过程气体，并且如上所述用于在旋转(配合)环和固定(主)环之间产生气膜。
组件600还可包括套筒环615，套筒环615可由一个或多个部件形成并且附接到旋转轴604，使得其与旋转轴604一起旋转。该图示的套筒环615示出为整体件，但可包括任何数量的件，所述件在操作期间接合在一起或以其它方式相对于彼此保持固定(例如，所有件作为一个整体一起旋转)。虽然在图6中没有具体示出，但应当理解的是，疏油涂层可施加到套筒环615的任何径向向外表面。例如，疏油涂层可被施加在诸如表面637的套筒环的径向向外表面上。在后面公开的实施例中也是如此。
套筒环615承载旋转环或配合环614并以其它方式将其配合到旋转轴604。也就是说，配合到旋转轴604的套筒环615允许配合环614也与604一起旋转。配合环614可包括形成在其面上的一个或多个凹槽(未示出)，并基于引入到孔609中的过程气体如上所述相对于主环616操作。
如上所述，在操作期间，存在于过程腔608中的气体(其可达到6500 PSI-G(450BAR-G)或更高的压力)通过配合环614和主环616的相互作用相对于环境密封。主环616也可被称为固定环，因为它不与轴一起旋转，并且因此在操作期间相对于壳体606大致或完全旋转固定。
如本领域技术人员将理解的那样，主环616在操作期间可相对于壳体606轴向移动，从而可在密封界面613处在配合环614和主环616之间保持受控的距离。在所示的实施例中，弹簧力通过附接到保持器602的一个或多个偏置构件638被施加到主环616。如图所示，主环616连接到推环660。密封元件662在推环660/主环616组合和保持环602的延伸部670之间提供密封。密封件可由聚合物或弹性体形成，并且示出为O形环，但也可使用其它类型的密封件。
延伸部606大致从保持器602的主体668延伸。延伸部670包括径向向外表面672、轴向向内表面674和径向向内表面676。用于径向向外表面672和径向向内表面676的术语“向内/向外”是相对于轴604而言的。用于轴向向内表面674的术语“轴向向内”是指当密封组件600插入到腔609中时与主体678相比更接近过程腔608。径向向外表面672、轴向向内表面674和径向向内表面676中的任何都可具有以上述方式施加在其上的疏油涂层。
主体668还可包括轴向向外表面678。轴向向外表面678也可具有以上述方式施加在其上的疏油涂层。
术语“约”旨在包括与基于提交申请时可用的设备的特定数量的测量相关联的误差程度。
本文使用的术语仅仅是为了描述特定实施例，而并不旨在限制本公开。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还应当理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件部件和/或它们的群组的存在或添加。
虽然已参考一个或多个示例性实施例描述了本公开，但本领域技术人员应当理解的是，在不偏离本公开的范围的情况下，可进行各种改变，并且可用等价物来替代其要素。此外，在不偏离本公开的基本范围的情况下，可进行许多修改以使特定的情形或材料适应本公开的教导。因此，旨在使本公开不限于作为为了实施本公开所设想的最佳模式而公开的特定实施例，而是本公开将包括落入权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (28)

1.一种用于密封包括旋转轴的压缩机中的过程气体的干气密封件，所述干气密封件包括：
配合环，其能够联接到所述旋转轴以与所述旋转轴一起旋转；
保持环，其能够固定地附接到所述压缩机；和
承载环，其可移动地联接到所述保持环，所述承载环包括主环承载面、后面和在所述主环承载面与所述后面之间延伸的密封表面；
其中，所述密封表面包括设置在其上的疏油涂层。
2.根据权利要求1所述的干气密封件，所述干气密封件还包括：
主环，其附接到所述主环承载面。
3. 根据权利要求2所述的干气密封件，所述干气密封件还包括：
偏置构件，其将所述承载环可移动地联接到所述保持环；和
密封元件，其设置在所述保持环和所述承载环之间，所述密封元件接触设置在所述密封表面上的所述疏油涂层。
4.根据权利要求3所述的干气密封件，其中，所述密封元件是聚合物密封件或弹性体密封件。
5.根据权利要求3所述的干气密封件，其中，所述保持环的一部分包括设置在其上的所述疏油涂层。
6.根据权利要求1所述的干气密封件，所述干气密封件还包括：
套筒环，其联接到所述旋转轴并承载所述配合环。
7.根据权利要求6所述的干气密封件，其中，所述套筒环的径向向外表面包括设置在其上的所述疏油涂层。
8.根据权利要求1所述的干气密封件，其与分离密封件结合，所述分离密封件包括设置在其上的所述疏油涂层。
9.根据权利要求2所述的干气密封件，其与压缩机结合，其中，所述干气密封件设置在形成在所述压缩机的壳体中的孔中，并将通过所述压缩机壳体接收的过程气体提供到所述主环。
10.一种用于密封包括旋转轴的压缩机中的过程气体的干气密封件，所述干气密封件包括：
第一级密封件，其包括：
第一配合环，其能够联接到所述旋转轴以与所述旋转轴一起旋转；
第一保持环，其能够固定地附接到所述压缩机；和
第一承载环，其可移动地联接到所述第一保持环，所述第一承载环包括第一主环承载面、第一承载环后面和在所述第一主环承载面与所述第一承载环后面之间延伸的第一承载环密封表面；以及
第二级密封件，其包括：
第二配合环，其能够联接到所述旋转轴以与所述旋转轴一起旋转；
第二保持环，其能够固定地附接到所述压缩机；和
第二承载环，其可移动地联接到所述第二保持环，所述第二承载环包括第二主环承载面、第二承载环后面和在所述第二主环承载面与所述后面之间延伸的密封表面；
其中，所述第一承载环密封表面和所述第二承载环密封表面中的至少一个包括设置在其上的疏油涂层。
11. 根据权利要求10所述的干气密封件，所述干气密封件还包括：
第一主环，其附接到所述第一主环承载面；和
第二主环，其附接到所述第二主环承载面。
12. 根据权利要求2所述的干气密封件，其中，所述第一承载环密封表面包括所述疏油涂层，所述干气密封件还包括：
第一偏置构件，其将所述第一承载环可移动地联接到所述第一保持环；和
第一密封元件，其设置在所述第一保持环和所述第一承载环之间，所述第一密封元件接触设置在所述第一承载环密封表面上的所述疏油涂层。
13.根据权利要求12所述的干气密封件，其中，所述第一密封元件是聚合物密封件或弹性体密封件。
14. 根据权利要求12所述的干气密封件，其中，所述第二承载环密封表面包括所述疏油涂层，所述干气密封件并且还包括：
第二偏置构件，其将所述第二承载环可移动地联接到所述第二保持环；和
第二密封元件，其设置在所述第二保持环和所述第二承载环之间，所述第二密封元件接触设置在所述第二承载环密封表面上的所述疏油涂层。
15.根据权利要求14所述的干气密封件，其中，所述第二密封元件是聚合物密封件或弹性体密封件。
16.根据权利要求10所述的干气密封件，所述干气密封件还包括：
迷宫式密封件，其流体地设置在所述第一密封件和所述第二密封件之间。
17.根据权利要求16所述的干气密封件，其中，所述迷宫式密封件包括设置在其上的所述疏油涂层。
18. 一种修理干气密封件的方法，所述干气密封件包括：气体入口，其允许过程气体进入所述干气密封件；和筒，其包括能够联接到旋转轴以与所述旋转轴一起旋转的配合环、能够固定地附接到压缩机壳体的保持环以及可移动地联接到所述保持环的承载环，所述承载环包括主环承载面、后面和在所述固定环承载面与所述后面之间延伸的密封表面，所述方法包括：
从所述外部壳体移除所述承载环；以及
利用经处理的承载环替换所述承载环，所述经处理的承载环包括设置在其上的疏油涂层。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，替换包括：
将所述疏油涂层设置在所述承载环的密封表面上，以形成所述经处理的承载环。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述替换包括：
将所述疏油涂层设置在替换承载环的密封表面上，以形成所述经处理的承载环。
21.一种用于密封包括旋转轴的压缩机中的过程气体的干气密封件，所述干气密封件包括：
配合环，其能够联接到所述旋转轴以与所述旋转轴一起旋转；
保持器，其能够固定地附接到所述压缩机，所述保持器包括主体和从所述主体向外延伸的延伸部；和
推环，其可移动地联接到所述保持器；和
密封元件，其设置在所述推环和所述延伸部之间；
其中，所述延伸部包括设置在其上的疏油涂层。
22.根据权利要求21所述的干气密封件，其中，所述延伸部包括径向向外表面、轴向向内表面和径向向内表面。
23.根据权利要求21所述的干气密封件，其中，所述疏油涂层设置在所述径向向外表面上。
24.根据权利要求21所述的干气密封件，其中，所述疏油涂层设置在径向向外表面、轴向向内表面和径向向内表面中的一个或多个上。
25.根据权利要求21所述的干气密封件，其中，所述主体包括轴向向外表面，其中，所述轴向向外表面包括设置在其上的所述疏油涂层。
26.根据权利要求21所述的干气密封件，所述干气密封件还包括：
主环，其附接到所述推环。
27.根据权利要求26所述的干气密封件，所述干气密封件还包括：
偏置构件，其将所述推环可移动地联接到所述保持器；
其中，所述密封元件接触设置在所述延伸部上的所述疏油涂层。
28.根据权利要求21所述的干气密封件，其中，所述密封元件是聚合物密封件或弹性体密封件。
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