CN201043606Y - 高压气体填料密封结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压气体填料密封结构，该密封结构包括填料密封环、活塞杆、气缸，所述的填料密封环套设于活塞杆上，并与活塞杆间紧密配合，该填料密封环为径向环、切向环和阻流环依次叠加组合结构。与现有技术相比，本实用新型工作寿命长，寿命期内密封效果好。

Description

高压气体填料密封结构

技术领域

本实用新型涉及一种石油化工领域的填料密封结构，尤其是涉及一种往复活塞式气体压缩机高压气体填料密封结构。

背景技术

往复气体压缩机活塞杆与气缸之间，因为有相对滑动，故需留有必要的间隙；压缩机工作时，为防止被压缩气体从这些间隙中泄漏，就需要采取密封措施，并要求密封措施具有良好的密封性以及足够的耐久性。

当四周间隙均匀时，气体通过环间隙的泄漏量为：

$Q_{\mathrm{\λ}}=0.26\frac{{\mathrm{\δ}}^3\mathrm{d\Δp}}{\mathrm{\ηl}},m^3/s$

δ-一边的间隙mm

Δp-压力差

d-直径mm

l-间隙长度m

η-气体的动力粘性系数N·s/m²

间隙的影响特比大，成三次方的关系，若环形间隙不均匀，甚至偏在一边时，泄漏量较均匀间隙大2～2.5倍。泄漏量与压力差及直径的一次方成正比，与长度的一次方成反比。气体分子量越小，泄漏量越大。

密封结构原理包括节流密封和阻塞密封。

节流密封是在沿气体泄漏间隙长度上做成一些小室，使气体每进入一个小室即进行一次膨胀，每次膨胀使压力降低，容积增大。因为通过每个小室的单位时间泄漏量是相同的，故当容积增大时流过截面相等的间隙就要求有更大的流速，也即要求有更大的压力差，这样使每个小室的压力降越来越大，气体不能通畅地泄漏，因此达到密封的目的。这种节流作用的密封，通常称为迷宫密封。每一小室前泄漏量：

$G=\mathrm{\α}{A}_1{p}_1\sqrt{\frac{2k}{k-1}\frac{1}{R{T}_1}[{\left(\frac{p_0}{p_1}\right)}^{\frac{2}{k}}-{\left(\frac{p_0}{p_1}\right)}^{\frac{k+1}{k}}]}$

在一定长度上，小室大而少的结构要比小室小而多的泄漏严重。迷宫密封的泄漏量一般比较大，热效率比较低。

阻塞密封是采取适当的措施阻住泄漏的通道，采用具有弹性的材料作密封元件，密封元件紧贴活塞杆，理论上可以做到完全没有泄漏。但是密封元件以所密封的全部压力差压向活塞杆，极易磨损，目前很少采用。

填料是指密封气缸和活塞杆间隙的元件。因为过去大都用石棉浸有石墨织物充填间隙，故称填料。这种填料磨损后需人工拧紧压板，使填料再次贴紧活塞杆，故称为它紧式。目前在压缩机上很少用。目前压缩机填料都是自紧式的，当填料磨损后能够自动补偿。

填料密封是利用阻塞和节流两种作用的组合，其内缘与活塞杆相配合。每组密封填料由径向环(R环，由三瓣组成)、切向环(T环，由六瓣组成)和阻流环(B环，由三瓣组成)组成，朝向气缸一侧的为R环，中间为T环，远离气缸的为B环，R、T、B环切口通过销相互错开，借以挡住轴向和径向的泄漏。每一块环外缘都绕有螺旋弹簧，将其束缚于活塞杆上，R、T环束缚于活塞杆上时切口仍留有间隙，运行中R、T环的内壁逐渐磨损，切口逐渐缩小，当切口值为零时密封效果不明显，B环不与活塞杆接触，与轴有2mm间隙，起阻流作用。

压缩机运行时，高压气体倒入小室，利用高压气体使R、T环压紧在活塞杆上；此外径向切口相互错开，R环从轴向挡住T环径向切口，阻止气体轴向泄漏，B环对R、T环起阻止冷流作用，B环径向切口由其中三个月牙形的瓣所盖住，阻止气体径向泄漏，故真正起密封作用的是B环。R、T、B环采用浮动式的自紧密封结构，R、T环采用填充聚四氯乙烯，B环采用铜材料，填料函外壳采用水冷结构，以降低密封元件的温度。

以上所述高压密封填料(包括国外)仅适用于密封压差小于150bar的大分子量气体介质压缩机。对于压差大于150bar的小分子量气体介质压缩机，常规的做法是：①在设计压缩机时，采用级差式结构，使高压端在气缸头部位，以保证填料密封处于低压差(ΔP＜150bar)；②采用隔膜压缩机的结构，取消填料密封结构。

将上述的密封填料按ΔP＜150bar常规要求设计，用于：(1)新氢压缩机(倒级差)：①流量：400Nm³/h，②压差：9.0～20MPa，③介质：氢气(分子量为2)；(2)循环氢压缩机(贯穿式)：①流量：500Nm³/h，②压差：17～20MPa，③介质：循环氢(氢气含量大于98％，分子量为2.01)。这两种压缩机都采用七组RTB环填料，理论上靠近气缸侧第一组密封环承担100％的压差，失效后，再由第二组密封环承担，以此类推，采用七组RTB环就是为了满足一定寿命的要求。R、T环采用常规填充石墨、铜粉等聚四氯乙烯，润滑性比较好，强度较低，易冷却，B环采用铜环，仅起阻流不起密封作用。本填料工况比较特别，气体流量较小，在200bar下仅为2m³/h(相当于33L/min)，此要求对于一般大型压缩机，只要流量大于泄漏量，压缩机还能正常运行，若压缩机泄漏量大于33L/min，则无气体排出，失效。

新氢压缩机采用倒级差结构，活塞杆直径比较大，泄漏量较大；循环氢压缩机采用贯穿式结构，一缸需设置两组(前、后)填料，压差较大，泄漏量大。上述结构在此两种压缩机工况试了近百次，每次压力上升180bar，则泄漏严重，寿命短；在排气压力达到200bar，运行直至不排气量情况出现，最长运行时间为三天。拆缸后测R、T环，发现仅磨损0.2mm(径向)，且材料冷流严重。国外最著名填料厂商进行联合开发的填料寿命也仅两天。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种密封效果好、工作寿命长的高压气体填料密封结构。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：高压气体填料密封结构，该密封结构包括填料密封环、活塞杆、气缸，所述的填料密封环套设于活塞杆上，其特征在于，所述的填料密封环为径向环、切向环和阻流环依次叠加组合结构，该填料密封环与活塞杆间紧密配合。

所述的阻流环的内径小于或等于活塞杆的外径。

所述的填料密封环为二～九组。

所述的填料密封环为七组。

所述的填料密封环的径向环、切向环和阻流环均设有切口，该切口在各环叠加时相互错开设置。

所述的径向环和切向环采用填充包括碳纤维的聚四氟乙烯。

所述的阻流环采用PEEK塑料。

与现有技术相比，本实用新型可保证上述两种压缩机正常运行，工作寿命长，寿命超过两个月，寿命期内密封效果好，几乎无泄漏，解决了此类压缩机的关键技术问题。

附图说明

图1为现有填料密封结构示意图；

图2为本实用新型填料密封结构示意图；

图3为径向环结构示意图；

图4为切向环结构示意图；

图5为阻流环结构示意图。

具体实施方式

R、T、B环进行改进后，R、T环采用CFRP四氟，即填充碳纤维等的聚四氟乙烯，具有较强的强度和硬度；B环采用PEEK，即PK塑料(塑料王)，也具有较强的强度和硬度，同时B环内径加工成比活塞杆小0.10mm尺寸，使B环既起阻流，又起密封、节流作用。每次压缩机开车加压前，先空运20分钟，让七组RTB环进行跑合，预热，然后再加压。

下面对照附图及具体实施例对本实用新型做进一步说明。

实施例1

如图2～图5所示，一种高压气体填料密封结构，该密封结构包括填料密封环1、活塞杆2、气缸3，所述的填料密封环1套设于活塞杆2上，并与该活塞杆2间紧密配合；所述的填料密封环1由径向环4、切向环5和阻流环6依次叠加组合而成，该填料密封环1的径向环4、切向环5和阻流环6均设有切口7，该切口7在各环叠加时相互错开设置；所述的阻流环6的内径小于活塞杆2的外径；所述的填料密封环1由七组配合使用；所述的径向环4和切向环5采用填充碳纤维的聚四氟乙烯；所述的阻流环6采用PEEK塑料。

实施例2

如图2～图5所示，一种高压气体填料密封结构，该密封结构包括填料密封环1、活塞杆2、气缸3，所述的填料密封环1套设于活塞杆2上，并与该活塞杆2间紧密配合；所述的填料密封环1由径向环4、切向环5和阻流环6依次叠加组合而成，该填料密封环1的径向环4、切向环5和阻流环6均设有切口7，该切口7在各环叠加时相互错开设置；所述的阻流环6的内径等于活塞杆2的外径；所述的填料密封环1由七组配合使用；所述的径向环4和切向环5采用填充碳纤维的聚四氟乙烯；所述的阻流环6采用PEEK塑料。

Claims (7)

1.高压气体填料密封结构，该密封结构包括填料密封环、活塞杆、气缸，所述的填料密封环套设于活塞杆上，其特征在于，所述的填料密封环为径向环、切向环和阻流环依次叠加组合结构，该填料密封环与活塞杆间紧密配合。

2.根据权利要求1所述的高压气体填料密封结构，其特征在于，所述的阻流环的内径小于或等于活塞杆的外径。

3.根据权利要求1或2所述的高压气体填料密封结构，其特征在于，所述的填料密封环为二～九组。

4.根据权利要求3所述的高压气体填料密封结构，其特征在于，所述的填料密封环为七组。

5.根据权利要求1所述的高压气体填料密封结构，其特征在于，所述的填料密封环的径向环、切向环和阻流环均设有切口，该切口在各环叠加时相互错开设置。

6.根据权利要求1所述的高压气体填料密封结构，其特征在于，所述的径向环和切向环采用填充包括碳纤维的聚四氟乙烯。

7.根据权利要求1所述的高压气体填料密封结构，其特征在于，所述的阻流环采用PEEK塑料。

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