CN1354328A

CN1354328A - 组合式浮环密封装置

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Publication number: CN1354328A
Application number: CN 00132605
Authority: CN
Inventors: 王玉明
Original assignee: Individual
Current assignee: JOHN CRANE TECHNOLOGY (TIANJIN) Co Ltd
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2002-06-19
Anticipated expiration: 2020-11-16
Also published as: CN1131380C

Abstract

一种组合式浮环密封装置包括密封腔体、端盖、内浮环、外浮环、轴套;其特征是:该密封装置内具有增压段、浮升段和防漏段,增压段位于靠近内浮环的密封油入口侧,防漏段位于内浮环内孔的靠近被密封气体侧,浮升段位于增压段和防漏段之间。本发明能提高浮环密封装置对油气压差的适应性,扩大安全运行范围,并可降低密封油的内泄漏量。适用于以有毒、易燃、易爆等危险性气体为工作气体的离心式压缩机等旋转机械的轴端密封。

Description

组合式浮环密封装置

本发明属于旋转轴的密封装置，特别涉及一种组合式浮环密封装置，用于离心式压缩机等旋转机械的轴端密封装置。

浮环密封装置是离心式压缩机等旋转机械的一种传统密封装置。“化工密封技术”一书对浮环密封装置有详细的描述(胡国桢等主编，化学工业出版社，1990.9)。旋转机械内部如果是比大气压力高的有毒、易燃、易爆等危险性气体，为防止该被密封气体沿旋转轴泄漏到大气中，在旋转机械的机壳与旋转轴之间装有浮环密封装置，该装置包括中心带孔的密封腔体，密封腔体置于机壳内，旋转轴穿过密封腔体的孔，旋转轴上固定有轴套，轴套上装有环状的内、外浮环，并留有间隙，内浮环位于靠近被密封气体一侧，外浮环位于靠近大气一侧，密封腔体内通入高于被密封气体压力的密封油。当旋转轴转动时，密封油在轴套与浮环之间的间隙中形成油膜，该油膜将浮环浮起，避免与轴套接触，满足无磨损。长寿命的要求；内浮环的内孔壁为一段光滑的壁面，与轴套之间的半径间隙一般为0.03-0.10mm，该间隙内的油膜的压力高于被密封气体的压力，故能阻止被密封气体沿间隙漏出，从而达到密封的目的。与此同时，油膜内的油沿间隙流入被密封气体一侧，这就是密封油的内泄漏，应尽量减少密封油的内泄漏。而外浮环与轴套之间的半径间隙一般为0.10-0.30mm，绝大部分密封油经过此间隙返回到密封油箱，同时把油膜内摩擦生成的热量带走。浮环密封装置能够正常工作的先决条件是进入该装置的密封油压力高于被密封气体的压力。二者之间的差值，即进入内浮环的密封油压力与被密封气体压力之差称为油气压差，其值一般为0.03-0.06MPa。但是，在实际运行中油气压差会有波动，一旦油气压差降低为0或负值，即进入内浮环的密封油压力等于或低于被密封气体的压力时，则被密封气体将沿着内浮环与轴套之间的间隙进入密封腔体，破坏了油膜，则浮环失去浮动性，与旋转的轴套接触，形成剧烈的摩擦，产生的热量将浮环破坏，造成被密封气体外泄漏，密封失效，危及生产安全。

本发明的目的在于提供一种组合式浮环密封装置，克服上述浮环密封装置的不足，当油气压差降低为0或负值时，该组合式浮环密封装置仍然能够正常运行，同时，又能降低密封油的内泄漏量。

本明的目的是这样实现的：一种组合式浮环密封装置包括密封腔体、端盖、内浮环、外浮环、轴套；底部中心有孔的桶状密封腔体与中心有孔的盘状端盖连为一体，置于旋转机械的机壳内，旋转机械的旋转轴穿过密封腔体和端盖的孔，旋转轴上固定有轴套，轴套上装有环状的内浮环和外浮环，内浮环孔和外浮环孔与轴套之间均有间隙，内浮环位于靠近被密封气体的一侧，其一个端面与端盖的内端面同心地相互贴合，外浮环位于靠近大气的一侧，其一个端面与密封腔体的内端面同心地相互贴合，其特征是：该密封装置内具有增压段、浮升段和防漏段，增压段位于靠近内浮环的密封油入口侧，防漏段位于内浮环内孔的靠近被密封气体侧，浮升段位于增压段和防漏段之间。

本发明的优点是：当油气压差下降时，增压段将进入内浮环的密封油升压，使浮升段油气压差始终保持为正值，浮升段产生稳定的浮升力，防止油膜被破坏，扩大安全运行范围；另外，防漏段阻止密封油向被密封气体侧泄漏，从而降低密封油内泄漏量。

为便于叙述和理解本发明，作出这样的规定：

1.正常情况下进入内浮环的密封油的压力高于被密封气体的压力，密封油将沿内浮环孔与轴套之间的间隙泄漏到被密封气体一侧。在本发明的内浮环孔的内表面上有螺旋槽，当螺旋槽的功能是阻止密封油向被密封气体侧泄漏时，该螺旋槽称为正向螺旋槽；当螺旋槽的功能是使油气压差升高时，该螺旋槽称为反向螺旋槽。

2.同心地相互对峙并有间隙的二个圆环面中一个旋转、一个静止，构成离心间隙，间隙中有密封油，当离心间隙的功能是阻止密封油向被密封气体侧泄漏时，该离心间隙称为正向离心间隙；当离心间隙的功能是使油气压差升高时，该离心间隙称为反向离心间隙。

3.本发明所述的“油气压差降低为0或负值”中的负值范围规定为[0-(-0.03)]MPa。

附图说明：

图1是一种组合式浮环密封装置的纵向剖视图。

图2是图1所示的组合式浮环密封装置的压力分布示意图。

图3是另一种组合式浮环密封装置的纵向剖视图。

图4是图3所示的组合式浮环密封装置的压力分布示意图。

图5是又一种组合式浮环密封装置的纵向剖视图。

图6是图5所示的组合式浮环密封装置的压力分布示意图。

现结合附图所表示的实施例进行详细说明。

一种组合式浮环密封装置包括密封腔体、端盖、内浮环、外浮环、轴套；底部中心有孔的桶状密封腔体与中心有孔的盘状端盖连为一体，置于旋转机械的机壳内，旋转机械的旋转轴穿过密封腔体和端盖的孔，旋转轴上固定有轴套，轴套上装有环状的内浮环和外浮环，内浮环孔和外浮环孔与轴套之间均有间隙，内浮环位于靠近被密封气体的一侧，其一个端面与端盖的内端面同心地相互贴合，外浮环位于靠近大气的一侧，其一个端面与密封腔体的内端面同心地相互贴合，其特征是：该密封装置内具有增压段、浮升段和防漏段，增压段位于靠近内浮环的密封油入口侧，防漏段位于内浮环内孔的靠近被密封气体侧，浮升段位于增压段和防漏段之间。

图1是一种组合式浮环密封装置的纵向剖视图。其特征是：内浮环孔的内表面依次由反向螺旋槽、光滑段和正向螺旋槽组成，三者的内径相同，与等外径的轴套的外表面相对，并有间隙；其中，反向螺旋槽为增压段，正向螺旋槽为防漏段，光滑段为浮升段。

该组合式浮环密封装置中，底部中心有孔的桶状密封腔体1与中心有孔的盘状端盖2连为一体，置于旋转机械的机壳6内，旋转机械的旋转轴7穿过密封腔体1和端盖2的孔，旋转轴7上固定有轴套5，轴套5上装有环状的内浮环3和外浮环4，内浮环3的内孔和外浮环4的内孔与轴套5之间均有间隙，内浮环3位于靠近被密封气体8的一侧，内浮环3的一个端面9与端盖2的内端面10同心地相互贴合，外浮环4位于靠近大气11的一侧，外浮环4的一个端面12与密封腔体1的内端面13同心地相互贴合。其特征是：内浮环3的内孔的内表面依次由反向螺旋槽14、光滑段15和正向螺旋槽16组成，该三段内表面的直径相同，与等外径的轴套5的外圆面相对并有间隙，其中，反向螺旋槽14为增压段，位于靠近内浮环3的密封油入口侧；正向螺旋槽16为防漏段，位于靠近被密封气体8的一侧。光滑段15为浮升段，位于上述增压段和防漏段之间。

正、反向螺旋槽就是在内浮环3内孔的内表面上的两段螺旋槽，二者的旋向相反，由于密封油具有粘性，当轴套随旋转轴一起旋转时，螺旋槽对其槽内的密封油具有泵汲作用。从密封腔体1的进油口17处通入压力高于被密封气体压力的密封油，当旋转轴7带动轴套5转动时，正、反向螺旋槽都是朝向光滑段15的方向泵汲密封油，设进入内浮环的密封油的压力为Pa，被密封气体的压力为Pe，参见图2，该图为图1所示的组合式浮环密封装置的压力分布示意图。横座标表示内浮环3的内孔的座标，它由三段组成，依次为反向螺旋槽14、光滑段15和正向螺旋槽16，纵座标表示上述三段内表面处的密封油压力。

正常情况下密封油进入内浮环3的油气压差ΔPa＝Pa-Pe＝0.05MPa，其中：Pa为密封油进入内浮环3的压力，Pe为被密封气体的压力，(参见图2)。密封油进入内浮环3处以a点表示，反向螺旋槽14为增压段，在设计上使反向螺旋槽14将进入内浮环的密封油升压0.05MPa，达到图2中的b点，该点b表示反向螺旋槽14与光滑段15的交界处，则光滑段的油气压差为ΔPb＝Pb-Pe＝0.05+0.05＝0.10MPa，其中Pb为光滑段的密封油压力；由于光滑段15与轴套5之间有间隙，密封油在间隙中形成油楔，将内浮环3浮起，使内浮环3与轴套5自动对中，始终保持有间隙，避免与旋转的轴套5接触，这与现有的浮环密封装置中的内浮环的作用相同；同时，由于间隙中密封油的压力高于被密封气体的压力，防止被密封气体进入该间隙，保证密封装置安全运行。而防漏段—正向螺旋槽16则将流出光滑段15的密封油向光滑段15的方向泵汲，防止密封油泄漏，并且正向螺旋槽16的长度大于反向螺旋槽14的长度，完全能平衡上述的ΔPb＝0.10MPa的油气压差。图2中的c点，该点表示正向螺旋槽16与光滑段15的交界处；图2中的d点为正向螺旋槽16中油气压差为零的一点，e点则为正向螺旋槽16的端点，由于在设计上使正向螺旋槽16的实际长度ce段大于平衡油气压差ΔPb所需要的最低长度cd段，因此，从理论上讲，密封油的内泄漏量为零。压力分布见图2的曲线abcde。

当进入内浮环3的密封油压力下降0.05MPa，即进入内浮环3的密封油的压力Pa′等于被密封气体的压力Pe时(图2中的a′、e点)，密封油进入内浮环3的油气压差ΔPa′＝Pa′-Pe＝0MPa，由于增压段—反向螺旋槽14将进入内浮环的密封油升压0.05MPa(图2中的b′点)，则光滑段15的油气压差为ΔPb′＝Pb′-Pe＝0+0.05＝0.05MPa，由于光滑段15与轴套5之间有间隙，密封油在间隙中形成油楔，将内浮环3浮起，避免与旋转的轴套5接触，同时，由于间隙中密封油的压力高于被密封气体的压力，防止被密封气体进入该间隙，保证密封装置安全运行。由此可见，当密封进油的压力与被密封气体的压力之差ΔPa′降为零时，该密封装置仍能安全运行。而防漏段—正向螺旋槽16则将流出光滑段15的密封油向光滑段15的方向泵汲，防止密封油泄漏，并且正向螺旋槽16的长度大于反向螺旋槽14的长度，完全能平衡上述的ΔPb′＝0.05MPa的油气压差(图2中的c′点)，因此密封油的内泄漏量减少，从理论上讲，密封油的内泄漏量为零。压力分布见图2的曲线a′b′c′d′e。

当进入内浮环3的密封油的压力Pa″小于被密封气体的压力Pe(图2中的a″.e点)，例如，ΔPa″＝Pa″-Pe＝(-0.02)MPa，出现了负的油气压差时，由于增压段—反向螺旋槽14将进入的密封油升压0.05MPa(图2中的b″点)，光滑段15的油气压差为ΔPb″＝Pb″-Pe＝(-0.02)+0.05＝0.03MPa，仍为正的油气压差；由于光滑段15与轴套5之间有间隙，密封油在间隙中形成油楔，将内浮环3浮起，避免与旋转的轴套5接触，同时，由于间隙中密封油的压力高于被密封气体的压力，防止被密封气体进入该间隙，保证密封装置安全运行。此时，该密封装置还是处于安全运行范围。而防漏段—正向螺旋槽16则将流出光滑段15的密封油向光滑段15的方向泵汲，防止密封油泄漏，并且正向螺旋槽16的长度大于反向螺旋槽14的长度，完全能平衡上述的ΔPb″＝0.03MPa的油气压差(图2中的c″点)，因此密封油的内泄漏量减少，从理论上讲，密封油的内泄漏量为零。压力分布见图2的曲线a″b″c″d″e。

一般，反向螺旋槽14的轴向长度为4-20mm，正向螺旋槽16的轴向长度是反向螺旋槽14的轴向长度的二至五倍。

正、反向螺旋槽都是多头螺纹，螺纹头数2-60个。最佳范围10-30个。

螺旋槽的螺旋角一般为2°-30°，最佳范围为5°-20°。

综上所述，该组合式浮环密封装置是浮环密封与螺旋密封的组合，它兼有二者的优点：浮环密封的自动对中作用以及螺旋密封的泵汲作用，提高了密封装置对油气压差波动的适应性，扩大了安全工作范围，并且可使密封油的内泄漏量降低。

图3是另一种组合式浮环密封装置的纵向剖视图。其特征是：轴套上有圆柱形的凸台结构，该凸台的一个端面与一个静止零件的一个端面相对，并有间隙，构成反向离心间隙，该反向离心间隙为增压段；内浮环孔的内表面由光滑段和正向螺旋槽组成，光滑段的内径大于正向螺旋槽的内径，二者之间用圆环面相连，形成内孔台阶，该台阶与上述轴套的凸台的另一个端面相对，并有间隙，构成正向离心间隙，该正向离心间隙为防漏段的一部分；内浮环孔的内表面上的正向螺旋槽则为防漏段的另一部分；内浮环孔的内表面上的光滑段与上述轴套凸台的外圆面相对并有间隙，为浮升段。

该组合式浮环密封装置中，中心有孔的桶状密封腔体21与中心有孔的盘状端盖22连为一体，置于旋转机械的壳体26内，旋转机械的旋转轴27穿过密封腔体21和端盖22的孔，旋转轴27上固定有轴套25，轴套25上装有环状的内浮环23和外浮环24，内浮环23的内孔和外浮环24的内孔与轴套25之间均有间隙，内浮环23位于靠近被密封气体28的一侧，内浮环23的一个端面29与端盖22的内端面30同心地相互贴合，外浮环24位于靠近大气31的一侧，外浮环24的一个端面32与密封腔体21的内端面33同心地相互贴合。该密封的特征是：轴套25上有圆柱形凸台结构36，该凸台36的一个端面37与一个静止零件弹簧座38的一个端面39同心地相对，并有间隙，构成反向离心间隙40，该反向离心间隙40为增压段；内浮环23的内孔的内表面依次由光滑段34、正向螺旋槽35组成，其中正向螺旋槽35位于靠近被密封气体28的一侧；光滑段34的直径大于正向螺旋槽35的直径，两者之间用圆环面相连，构成内孔台阶42，该台阶42与上述轴套25上的凸台结构36的另一个端面41相对，并有间隙，构成正向离心间隙43，该正向离心间隙43为防漏段的一部分；靠近被密封气体侧的内浮环23的内表面上的正向螺旋槽35为防漏段的另一部分；内浮环23内孔上的光滑段34与上述轴套凸台36的外圆面44相对，并有间隙，为浮升段。

正、反向离心间隙就是由相对排列并有间隙的二个同心圆环面构成，其中一个旋转、一个静止，其间隙中充有密封油，当一个圆环面旋转时，由于密封油有粘性，带动密封油旋转而产生离心力，进而转化为压力。从密封腔体21的进油口45处通入密封油，当旋转轴27带动轴套25转动时，正、反向离心间隙和正向螺旋槽都是朝着光滑段34的方向泵汲密封油。进入内浮环23的密封油的压力为Pa，被密封气体的压力为Pf，参见图4，该图为图3所示的组合式浮环密封装置的压力分布示意图。横座标表示内浮环孔的内表面的坐标，它的起点为反向离心间隙40，与其相连的为光滑段34，光滑段34的末端为正向离心间隙43，与其相连的为正向螺旋槽35；纵座标表示内浮环孔的内表面处密封油压力。

正常情况下密封油进入内浮环23的油气压差ΔPa＝Pa-Pf＝0.05MPa(图4中的a、f点)，设端面37与39之间的反向离心间隙40构成的增压段将密封油升压0.05MPa(图4中的b点)，则光滑段34的油气压差为ΔPb＝Pb-Pf＝0.05+0.05＝0.10MPa，由于光滑段34与轴套凸台36的外圆面44相对并有间隙，密封油在此间隙中形成油楔，将浮环浮起，使内浮环23与轴套25自动对中，始终保持有间隙，避免与旋转的轴套25接触，这与现有的浮环密封装置中的内浮环的作用相同；同时，由于间隙中密封油压力高于被密封气体压力，防止被密封气体进入该间隙中，保证了内浮环的安全运行。正向离心间隙43和正向螺旋槽35构成的防漏段一起将流出内浮环光滑段34的密封油朝向光滑段34的方向泵汲，在设计上能完全平衡光滑段34的油气压差ΔPb(图4中的b点)。图中(Pc-Pd)为正向离心间隙43中的压力降低，(Pd-Pe)为正向螺旋槽35中的压力降低，图中的e点为正向螺旋槽35中油气压差为零的一点，f点为正向螺旋槽35的端点，由于在设计上使正向螺旋槽35的实际长度df段大于平衡油气压差(Pd-Pe)所需要的最低长度de段，因此从理论上讲密封油的内泄漏量为零。压力分布见图4的曲线abcdef。

当进入内浮环23的密封油压力下降0.05MPa，即进入内浮环23的密封油的压力Pa′等于被密封气体的压力Pf时(图4中的a′.f点)，密封油进入内浮环23的油气压差ΔPa′＝Pa′-Pf＝0MPa，但由于反向离心间隙40构成的增压段将密封油升压0.05MPa(图4中的b′点)，则光滑段34的油气压差为ΔPb′＝Pb′-Pf＝0+0.05＝0.05MPa，由于光滑段34与轴套凸台36的外圆面44相对并有间隙，密封油在此间隙中形成油楔，将浮环浮起，使内浮环23与轴套25自动对中，始终保持有间隙，避免与旋转的轴套25接触，这与现有的浮环密封装置中内浮环的作用相同；同时，由于间隙中密封油压力高于被密封气体压力，防止被密封气体进入该间隙中，保证了内浮环的安全运行。正向离心间隙43和正向螺旋槽35构成的防漏段一起将流出内浮环光滑段34的密封油朝向光滑34的方向泵汲，在设计上能完全平衡光滑段34的油气压差ΔPb′(图4中的b′点)。因此从理论上讲密封油的内泄漏量为零。此时该密封装置处于安全运行范围。压力分布见图4的曲线a′b′c′d′ef。

当进入内浮环23的密封油的压力下降0.07MPa，即进入内浮环23的密封油的压力Pa″低于被密封气体的压力Pf时(图4中的a″.f点)，即ΔPa″＝Pa″-Pf＝(-0.02)MPa，出现了负的油气压差，但由于反向离心间隙40构成的增压段将进入内浮环的密封油升压0.05MPa，因此，在光滑段34密封油的压力为Pb″(图4中的b″点)，光滑段34的油气压差为ΔPb″＝Pb″-Pf＝0.05-0.02＝0.03MPa，由于光滑段34与轴套凸台36的外圆面44相对并有间隙，密封油在此间隙中形成油楔，将浮环浮起，避免与旋转的轴套25接触，同时，由于间隙中密封油压力高于被密封气体压力，防止被密封气体进入该间隙中，保证了内浮环的安全运行。该密封装置还是处于安全运行范围。正向离心间隙43和正向螺旋槽35构成的防漏段一起将流出内浮环光滑段34的密封油朝向光滑段34的方向泵汲，在设计上能完全平衡光滑段34的油气压差ΔPb″(图4中的b″点)，因此从理论上讲密封油的内泄漏量为零。压力分布见图4的曲线a″b″c″d″ef。

综上所述，该组合式浮环密封装置是浮环密封与离心密封和螺旋密封的组合，它兼有三者的优点：浮环密封的自动对中作用以及离心密封和螺旋密封的泵汲作用，本发明提高了密封装置对油气压差波动的适应性，扩大了安全工作范围并且可使密封油的内泄漏量降低。

正、反向离心间隙的半径长度为3-20mm，最佳范围5-10mm，二个圆环面之间的轴向距离0.3-5mm，最佳范围0.5-3mm。

图5是又一种组合式浮环密封装置的纵向剖视图。其特征是：内浮环孔的内表面由反向螺旋槽、光滑段和正向螺旋槽组成；其中，反向螺旋槽为增压段；反向螺旋槽与光滑段的内径相同，而光滑段的内径大于正向螺旋槽的内径，二者之间用圆环面相连，形成内孔台阶；轴套上有圆柱形的凸台结构，该凸台的一个端面与上述内孔台阶相对，并有间隙，构成正向离心间隙，该正向离心间隙为防漏段的一部分：内浮环孔的内表面上的正向螺旋槽则为防漏段的另一部分；内浮环孔的内表面上的光滑段与上述轴套凸台的外圆面相对并有间隙，为浮升段。

该组合式浮环密封装置中，中心有孔的桶状密封腔体51与中心有孔的盘状端盖52连为一体，置于旋转机械的壳体56内，旋转机械的旋转轴57穿过密封腔体51和端盖52的孔，旋转轴57上固定有轴套55，轴套55上装有环状的内浮环53和外浮环54，内浮环53的内孔和外浮环54的内孔与轴套55之间均有间隙，内浮环53位于靠近被密封气体58的一侧，内浮环53的一个端面59与端盖52的内端面60同心地相互贴合，外浮环54位于靠近大气61的一侧，外浮环54的一个端面62与密封腔体51的内端面63同心地相互贴合，其特征是：内浮环53的内孔的内表面包括反向螺旋槽64、光滑段65、和正向螺旋槽66，其中，反向螺旋槽64为增压段，反向螺旋槽64与光滑段65的内径相同，而光滑段65的内径大于正向螺旋槽66的内径，二者之间用圆环面相连，形成内孔台阶67；轴套55上有圆柱形的凸台结构68，该凸台的一个端面69与上述内孔台阶67相对，并有间隙，构成正向离心间隙70，该正向离心间隙70为防漏段的一部分，内浮环53的内孔的内表面上的正向螺旋槽66则为防漏段的另一部分；内浮环53的内孔的内表面上的光滑段65与上述轴套凸台68的外圆面71相对，并有间隙，为浮升段。

本实施例中包含有反向螺旋槽64，它能将进入内浮环53的密封油升压，例如升压0.05MPa，光滑段65与轴套凸台68的外圆面71相对，并有间隙，密封油在此间隙中形成油楔，将浮环浮起，使内浮环53与轴套55自动对中，始终保持有间隙，避免与旋转的轴套55接触，这与现有的浮环密封装置中的内浮环的作用相同；同时，由于间隙中密封油压力高于被密封气体压力，防止被密封气体进入该间隙中，保证了内浮环的安全运行。正向离心间隙70和正向螺旋槽66构成的防漏段一起将流出内浮环光滑段65的密封油朝向光滑段65的方向泵汲，在设计上能完全平衡光滑段65的油气压差ΔPb(图4中的b点)，图中(Pc-Pd)为正向离心间隙70中的压力降低，(Pd-Pe)为正向螺旋槽66中的压力降低，图中的e点为正向螺旋槽66中油气压差为零的一点，f点为正向螺旋槽66的端点，由于在设计上使正向螺旋槽66的实际长度df段大于平衡油气压差(Pd-Pe)所需要的最低长度de段，因此从理论上讲密封油的内泄漏量为零。

正常情况下密封油进入内浮环53的油气压差ΔPa＝Pa-Pf＝0.05MPa(图6中的a、f点)，光滑段65的油气压差ΔPb＝Pb-Pf＝0.05+0.05＝0.10Mpa，内浮环53的内孔的内表面上各处的压力分布见曲线abcdef。

当进入内浮环53的密封油压力下降0.05MPa，即进入内浮环53的密封油的压力Pa′等于被密封气体的压力Pf时(图6中的a′、f点)，密封油进入内浮环53的油气压差ΔPa′＝Pa′-Pf＝0MPa，由于增压段—反向螺旋槽64将进入内浮环的密封油升压0.05MPa(图2中的b′点)，则光滑段65的油气压差为ΔPb′＝Pb′-Pf＝0+0.05＝0.05MPa，为正的油气压差，保证了内浮环的安全运行。内浮环53的内孔的内表面上各处的压力分布见图6中的曲线a′b′c′d′ef。

当进入内浮环53的密封油的压力Pa″小于被密封气体的压力时(图2中的a″.f点)，例如，ΔPa″＝Pa″-Pf＝(-0.02)MPa，出现了负的油气压差时，由于增压段—反向螺旋槽64将进入的密封油升压0.05MPa(图2中的b″点)，则光滑段65的油气压差为ΔPb″＝Pb″-Pf＝(-0.02)+0.05＝0.03MPa，仍为正的油气压差，保证了内浮环的安全运行。内浮环53的内孔的内表面上各处的压力分布见图6中的曲线a″c″d″ef。

综上所述，该组合式浮环密封装置是浮环密封与离心密封和螺旋密封的组合，它兼有三者的优点：浮环密封的自动对中作用以及离心密封和螺旋密封的泵汲作用，本发明提高了密封装置对油气压差波动的适应性，扩大了安全工作范围，并且可使密封油的内泄漏量降低。

上述各实施例中，根据结构的需要，密封腔体和端盖的位置可以对调，例如：图1中的1和2、图3中的21和22、图5中的51和52的位置可以对调。

通过上述诸实施例可见，当油气压差降低为0或负值时，本发明的组合式浮环密封装置仍能正常运行，扩大了运行范围，并且可使密封油的内泄漏量降低。本发明适用于以有毒、易燃、易爆等危险性气体为工作气体的离心式压缩机、透平等旋转机械的轴端密封。

Claims

1、一种组合式浮环密封装置包括密封腔体、端盖、内浮环、外浮环、轴套：底部中心有孔的桶状密封腔体与中心有孔的盘状端盖连为一体，置于旋转机械的机壳内，旋转机械的旋转轴穿过密封腔体和端盖的孔，旋转轴上固定有轴套，轴套上装有环状的内浮环和外浮环，内浮环孔和外浮环孔与轴套之间均有间隙，内浮环位于靠近被密封气体的一侧，其一个端面与端盖的内端面同心地相互贴合，外浮环位于靠近大气的一侧，其一个端面与密封腔体的内端面同心地相互贴合，其特征是：该密封装置内具有增压段、浮升段和防漏段，增压段位于靠近内浮环的密封油入口侧，防漏段位于内浮环内孔的靠近被密封气体侧，浮升段位于增压段和防漏段之间。

2.根据权利要求1所述的组合式浮环密封装置，其特征是：内浮环孔的内表面依次由反向螺旋槽、光滑段和正向螺旋槽组成，三者的内径相同，与等外径的轴套外表面相对并有间隙；其中，反向螺旋槽为增压段，正向螺旋槽为防漏段，光滑段为浮升段。

3.根据权利要求1所述的组合式浮环密封装置，其特征是：轴套上有圆柱形的凸台结构，该凸台的一个端面与一个静止零件的一个端面相对，并有间隙，构成反向离心间隙，该反向离心间隙为增压段；内浮环孔的内表面由光滑段和正向螺旋槽组成，光滑段的内径大于正向螺旋槽的内径，二者之间用圆环面相连，形成内孔台阶，该台阶与上述轴套的凸台的另一个端面相对，并有间隙，构成正向离心间隙，该正向离心间隙为防漏段的一部分；内浮环孔的内表面上的正向螺旋槽则为防漏段的另一部分；内浮环孔的内表面上的光滑段与上述轴套凸台的外圆面相对并有间隙，为浮升段。

4.根据权利要求1所述的组合式浮环密封装置，其特征是：内浮环孔的内表面依次由反向螺旋槽、光滑段和正向螺旋槽组成；其中，反向螺旋槽为增压段；反向螺旋槽与光滑段的内径相同，而光滑段的内径大于正向螺旋槽的内径，二者之间用圆环面相连，形成内孔台阶；轴套上有圆柱形的凸台结构，该凸台的一个端面与上述内孔台阶相对，并有间隙，构成正向离心间隙，该正向离心间隙为防漏段的一部分；内浮环孔的内表面上的正向螺旋槽则为防漏段的另一部分；内浮环孔的内表面上的光滑段与上述轴套凸台的外圆面相对并有间隙，为浮升段。