CN1155040A - 压缩机机械密封及包括该机械密封的离心压缩机 - Google Patents

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Abstract

用于压缩机的该机械式密封，包括一固定在转轴上的支撑件，一用硬质材料制成的环形转动滑块，并冷缩装配法安装在所述支撑件上，同时一静止滑块对该转动滑块一端面施加压力。为了防止收缩应力造成的破坏和所述转动滑块的偏移，所述转动滑块包括至少一个圆周凹槽，该凹槽是由于其外径比转动滑块圆周上其他部分小而形成，同时所述支撑件包括一与该凹槽啮合的内伸配合部。

Description

压缩机机械密封及包括该 机械密封的离心压缩机
本发明涉及压缩机的机械密封及包含该机械密封的离心压缩机。
用于离心压缩机箱体和轴之间的传统机械式密封如图7，其示为传统机械式密封的剖面图。
二环形转动滑块33通过冷缩装配法安装在环形支撑件32上，每一滑块33的外端表面36构成一滑动表面，并与一与之相对的静止滑块34接触以对转动滑块33施加一定压力。转动滑块33和静止滑块34用于防止滑动区液体从离心压缩机内泄漏出来。转动滑块33的外径是一固定值。
为了确定用于冷缩装配的适当载荷，应考虑两滑块材料的硬度。滑块在其滑动表面需要具有小的摩擦。由于常用于腐蚀性气体作业，如硫化氢，故滑块必须耐腐蚀。总之，必须具有小的磨损，以使该滑块至少连续使用2-3年。
基于以上原因，硬质材料如碳化硅适合于制造上述滑块。但是，碳化硅是脆性材料，当滑块承受载荷过大时，滑块表面会产生裂纹。
另一方面，图7所示传统机械式密封的滑块33和支撑件32在冷缩装配以后，转动滑块33的外周缘在支撑件32的内伸配合部37之棱边38处被支撑。因此，收缩应力作用在转动滑块33圆周上一非常小的区域。这将在转动滑块33和支撑件32的接触面上导致应力集中，并可能在转动滑块33的外表面产生裂纹。
为了减小应力集中，应考虑将支撑件32上的配合部37的棱边38加工成如图6所示的圆角。
但是，棱边38的圆角不能防止转动滑块33沿轴线方向发生偏移。这里需要进一步考虑由离心力引起的附加径向应力。
离心压缩机在高速运转时，收缩应力将增大。当要求最大冷缩配合载荷不超过某一值时，安装时的冷缩装配载荷必须低于一适当值。
因此，所发生转动滑块33偏离轴线或滑落，是由于离心压缩机在运转或安装时，产生外部冲击力而滑块没有得到足够的支撑力的缘故。
此外，当上述滑块用于如下离心压缩机上，即转速为5000-20000rpm，轴功率为300-800kw，轴直径为100-200mm，密封压强为0.5-2MPa时，支撑部分的圆周速度变得很大，支撑件32会由于离心力而发生弯斜。转动滑块33因此而沿径向向外发生偏移，这一偏移在运转时会减小转动滑块33和支撑件32间的过盈配合量。
为解决这一问题，需要在冷缩装配时事先给定一个较大的过盈配合量。
在日本公开实用新型5-3737/1993中，描述了一由陶瓷制成的机械式密封。虽然该密封有一面板，其凸肩是陶瓷制成，但它所说明的仅仅是如何防止异物进入密封区，并没有详细说明怎样在离心压缩机上使用。
下述发明要解决的问题是提供一个能消除前述现有技术中存在问题的机械式密封，并且具有易于制造、可靠性高的特性。
此外还提供了一使用高速、高可靠性密封的离心压缩机。
解决前述问题的用于压缩机的机械式密封，包括一固定在转轴上并与之一起转动的支撑件，一由硬质材料制成的并用冷缩装配法安装在该支撑件上的环形转动滑块；一在所述转动滑块端面上施加压力的静止滑块，其中，所述转动滑块上包括至少一个圆周凹槽，该凹槽是由于其外径比转动滑块圆周上其他部分小而形成，同时前述支撑件包括一与所述圆周凹槽啮合的内伸配合部。
该配合部至少一个棱边倒成圆角更为有利。
当该机械式密封用于如下离心压缩机上，即转轴直径为100-200mm，转速为5000-20000rpm，轴功率为300-800kw，密封压强为0.5-2MPa时，所述圆周凹槽底部的外径应以小于圆周其他部分外径0.01-0.1mm为好，且(或者)前述配合部的圆棱边应有0.05-0.2mm的曲率半径为好。
在一择优结构中，前述转动滑块具有一增大了的传热面积。
所述转动滑块宜于用碳化硅制造。
本发明涉及的机械式密封具有可靠性高、结构简单的特点，因而易于制造。
离心压缩机以转速5000-20000rpm，密封压强0.52MPa，转轴外径100-200mm工作时，应采用本发明提供的机械式密封，以获得高的可靠性。
本发明的其他目的，优点和新的特点在以下结合附图详细说明以后将会很清楚。
图1为本发明所述离心压缩机的轴向剖面图。
图2为用于图1所示离心压缩机上机械式密封的轴向剖面图。
图3为本发明所述机械式密封第一种实施例主要部分的剖面图。
图4为本发明所述机械式密封第二种实施例主要部分的剖面图。
图5为本发明所述机械式密封第三种实施例主要部分的剖面图。
图6所示为支撑件配合部有圆形倒角棱边的机械式密封。
图7为传统机械式密封主要部分的剖面图。
多级离心压缩机如图1所示，包括一装有转轴2的箱体1，转轴2由轴承7a、7b支撑。箱体1内有一吸入口4和一排出口5。在吸入口4和排出口5之间有几个叶轮安装在转轴2上并与之一起转动。
在靠近吸入口最外端的叶轮3a和相应轴承7a之间安装一机械式密封6a，以防止液体从轴2和箱体1间的空隙泄漏出去。
在靠近排出口最外端的叶轮3b和相应轴承7b之间安装另一个机械式密封6b。
机械式密封的整体结构为图2的机械式密封6a所示。机械式密封6a包括二环形转动滑块13，该转动滑块13由一固定在转轴2上的转动支撑件12安装在转轴2上。
二转动滑块13和支撑件12与轴2一起转动。
机械式密封6a还包括一静止的滑块14，由弹簧15在相应转动滑块13的端面施加适当压力。压缩机内部的气体因此而不能从转动滑块13与相应静止滑块14接触的滑动区17泄漏出去。
图3表示一机械式密封用于离心压缩机上的具体情况，该离心压缩机转速为5000-20000rpm，轴功率为300-800kw，轴直径为100-200mm，密封压强为0.5-2MPa。
一适当的离心压缩机实例具有如下参数，即转速为9990rpm，轴功率为6670kw，密封处轴直径为140mm，密封压强为0.7MPa。
转动滑块13用硬质材料如碳化硅制造为好。这样使得滑动表面16上的摩擦小，对腐蚀性气体如硫化氢的耐腐蚀性好，同时磨损小，以使该密封能至少连续使用2-3年。
支撑件12由不锈钢制成，该件包括一用冷缩装配法固定在轴2上的内圈20和一同轴的外圈21。内圈20和外圈21由一径向薄板22连接。
在外圈21的至少一个轴端上，一径向内伸的配合部23沿外圈21的内圆周延伸。该配合部23包括一位于二径向侧面25、26之间的圆柱形端面24。
转动滑块13布置在配合部23和内圈20之间，以使其另一端面紧靠连接板22。
在转动滑块13与配合部23的圆柱形端面24相对的表面上，转动滑块13的外径沿轴向减小0.01-0.1mm，以图3所示的减小大约0.05mm较为合适，使得在转动滑块13的圆周面上形成一凹槽27，该凹槽的二侧面均予倒角。这样，即使转动滑块13用碳化硅制造，该槽也比较容易加工。
所述凹槽27的宽度比所述配合部23的宽度稍大。该配合部与凹槽27啮合，使得圆柱形端面24与凹槽27的底部接触，这时预定的收缩应力作用于该接触面上。
所述配合部23的二棱边29均以0.05-0.2mm或取较合适的0.1mm的半径倒成圆角，以使配合部台23与凹槽27的倒角侧面不会发生干涉。
按本发明所述，配合部23与槽27啮合可获得上述压缩机上对转动滑块13足够的支撑力，而不用在冷缩装配转动支撑件12和转动滑块13时增加冷缩装配载荷。
另外，配合部23的二棱边倒成圆角后，转动滑块13和支撑件12之间表面上的收缩应力集中得以防止。
图4所示实施例与图3所示实施例不同，该实施例中槽27延伸到转动滑块13与静止滑块14相对的端面处。因此靠近静止滑块14的一端，凹槽27不受到侧面限制。
如果转动滑块13由碳化硅制成，则图4所示实施例中的转动滑块13比图3所示实施例中的转动滑块13更易于加工。无论怎样，图4所示结构能更好地防止转动滑块13滑落。但是由于凹槽只有一个凸肩，因而对防止转动滑块的偏移时不如图3所示结构有效。
在图5所示机械式密封实施例中，配合部23的圆柱形端面24上沿径向向内伸出一环形凸台28，其宽度小于圆柱形端面24的宽度。凹槽27的宽度与该凸台28的宽度大致相同。所述凸台28与凹槽27啮合，使得收缩应力作用在该凸台28与凹槽27底部的接触面上。
为了增加传热面积，凸台28和凹槽27的形式有多种。这涉及到对滑动表面更好的冷却以获得更好的密封作用。
虽然本发明已经被详细地描述和举例说明了，但确实应明白，上述说明和实施例仅是对本发明的说明而非是对本发明的限制。本发明的宗旨和范围仅受其后所附权利要求限制。

Claims (9)

1.一用于压缩机的机械式密封，包括：
一固定在转轴上并与之一起转动的支撑件；
一用硬质材料制成的环形转动滑块，并以冷缩装配法安装在所述支撑件上；同时一静止滑块对该转动滑块的一端面施加压力；
其中，所述转动滑块还包括至少一个圆周凹槽，该凹槽是由于其外径比转动滑块圆周上其余部分小而形成；以及
其中所述支撑件还包括一与所述圆周凹槽啮合的内伸配合部。
2.如权利要求1的机械式密封，其中所述配合部至少一棱边是圆倒角的。
3.如权利要求1的机械式密封，其中所述转动滑块具有一增大了的传热面积。
4.如权利要求1的机械式密封，其中所述转动滑块用碳化硅制造。
5.一用于如下离心压缩机的机械式密封，即转轴直径为100-200mm，转速为5000-20000rpm，轴功率为200-800kw以及密封压强为0.5-2Mpa时，该机械式密封包括：
一安装在转轴上并与之一起转动的支撑件；
一用硬质材料制成的环形转动滑块，并以冷缩装配法安装在所述支撑件上；同时一静止滑块对该转动滑块的一端面施加压力；
其中所述转动滑块还包括至少一个圆周凹槽，该凹槽是由于其外径比转动滑块圆周上其他部分小而形成；
所述支撑件还包括一与所述圆周凹槽啮合的内伸配合部；以及
该圆周凹槽底部的外径比圆周上其他部分外径小0.01-0.1mm。
6.如权利要求5的机械式密封，其中所述配合部的圆棱边具有0.05-0.2mm的半径。
7.如权利要求5的机械式密封，其中所述转动滑块具有一增大了的传热面积。
8.如权利要求5的机械式密封，其中所述转动滑块由碳化硅制成。
9.一工作时转速为5000-20000rpm，密封压强为0.5-2Mpa的离心压缩机包括：
外径为100-200mm的转轴。
-固定在所述转轴上并与之一起转动的支撑件；
-用硬质材料制成的环形转动滑块，并以冷缩装配法安装在所述支撑件上；同时一静止滑块对所述转动滑块的一端面施加压力；
其中所述转动滑块还包括至少一个圆周凹槽，该凹槽是由于其外径比转动滑块圆周上其他部分小而形成；以及
所述支撑件还包括一与所述圆周凹槽啮合的内伸配合部。
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