CN209458176U - 一种压缩机轴端气膜密封结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种压缩机轴端气膜密封结构，包括轴套、介质侧密封、大气侧密封、中间迷宫密封、中间环、轴端密封：介质侧密封包括形成一级密封气通道的内侧动环、内侧静环、内侧静环座组件，内侧静环、内侧静环座组件浮动连接，大气侧密封包括形成二级密封气通道、隔离气通道的外侧动环、外侧静环、外侧静环座组件、壳体、法兰盘，外侧静环、外侧静环座组件浮动连接，中间环与中间迷宫密封之间形成有连通一级密封气通道、二级密封气通道的第一微间隙，轴端密封与锁母压紧套之间形成有连通隔离气通道的第二微间隙。本实用新型密封结构可有效解决高压及超高压工况下现有压缩机轴端气膜结构密封效果不良的问题。

Description

一种压缩机轴端气膜密封结构

技术领域

本实用新型涉及机械密封技术领域，具体涉及一种压缩机轴端气膜密封结构的改进。

背景技术

压缩机是一种用于提高气体压力的流体机械，随着石油化工、精细化工等领域工艺技术的发展，对于压缩机气体出口压力提出了更高的需求。目前，压缩机轴端密封普遍采用气膜密封技术，其具有使用寿命长、功率损耗小、密封效果好等优点，但是目前使用的气膜密封在结构设计、加工制造、材料选择等方面仅能满足低、中、中高压工况下使用，当介质压力超过10MPa时，现有结构不耐高压、易产生力变形、热变形等问题，从而导致密封效果差、压缩机无法长期稳定运行。

如何解决高压（大于等于10MPa小于20MPa）及超高压（压力高于20MPa）工况下压缩机轴端密封问题，是本申请所需要解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种压缩机轴端气膜密封结构，以解决高压及超高压工况下现有压缩机轴端气膜结构密封效果不良的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种压缩机轴端气膜密封结构，包括通过压紧套、锁母压紧套固定于轴端的轴套，还包括形成于所述轴套外侧的介质侧密封、大气侧密封、中间迷宫密封、中间环、轴端密封：所述介质侧密封包括形成一级密封气通道且沿所述轴套轴向依次抵接的内侧动环、内侧静环、内侧静环座组件，所述内侧动环与所述轴套固定连接，所述内侧静环、内侧静环座组件之间通过内侧推环、内侧弹簧浮动连接，所述大气侧密封包括形成二级密封气通道、隔离气通道且沿所述轴套轴向依次抵接的外侧动环、外侧静环、外侧静环座组件、壳体、法兰盘，所述壳体与所述内侧静环座组件、所述外侧静环座组件、法兰盘固定连接，所述外侧静环、外侧静环座组件之间通过外侧推环、外侧弹簧浮动连接，所述中间迷宫密封与所述内侧静环座组件固定连接，所述中间环与所述轴套、外侧动环固定连接，并与所述中间迷宫密封之间形成有连通所述一级密封气通道、二级密封气通道的第一微间隙，所述轴端密封与所述法兰盘固定连接，并与所述锁母压紧套之间形成有连通所述隔离气通道的第二微间隙。

进一步的，所述内侧静环、内侧推环分别形成有呈环形且彼此抵接的第一凸台、第二凸台，所述第一凸台、第二凸台之间接触面积的比值为2-5：1，且所述第二凸台位于所述第一凸台的中部，和/或所述外侧静环、外侧推环分别形成有呈环形且彼此抵接的第三凸台、第四凸台，所述第三凸台、第四凸台之间接触面积的比值为2-5：1，且所述第四凸台位于所述第三凸台的中部。

进一步的，所述内侧推环的外径沿远离所述内侧静环方向减小，和/或所述外侧推环的外径沿远离所述外侧静环方向减小。

进一步的，所述内侧推环的外径呈阶梯状递减，所述外侧推环的外径呈阶梯状递减。

进一步的，所述内侧推环、内侧静环座组件之间的微动配合面和/或所述外侧推环、外侧静环座组件之间的微动配合面上形成有陶瓷耐磨涂层。

进一步的，所述轴端密封为迷宫密封或碳环密封。

进一步的，所述第一微间隙和/或所述第二微间隙不大于0.5毫米。

进一步的，所述中间迷宫密封和/或所述轴端密封形成有耐磨材料层，所述耐磨材料层的厚度为20-200微米,其表面粗糙度不大于6.4微米。

与现有技术相比，本实用新型的优点及有益效果是：

为了实现耐高压、超高压，本实用新型压缩机轴端气膜密封结构设置有依次串联的介质侧密封、中间迷宫密封、大气侧密封，并还设置了连通大气侧密封中隔离气通道的轴端密封。

利用介质侧密封承受压缩机运行时的全部压力，中间迷宫密封与中间环形成的第一微间隙可连通一级密封气通道、二级密封气通道，经过介质侧密封泄漏出来的工艺气，在穿过中间迷宫时被二级密封气阻塞，因而可能够保证大气侧泄漏气中不含工艺气，实现了工艺气的零泄漏，保障了压缩机的安全运行。大气侧密封作为辅助备用，在介质侧密封失效时能够可靠地承受全部压力，从而能够可靠地在高压及超高压工况下使用。轴端密封与锁母压紧套之间形成的连通隔离气通道的第二微间隙，既可有效阻隔二级密封气、防止工艺气泄露，还隔离油，防止油污染介质侧密封、大气侧密封。

此外，本实用新型在内侧静环、内侧静环座组件之间由内侧推环、内侧弹簧浮动连接，通过实现浮动密封，有利于提高介质侧密封的使用周期、降低其变形损耗，在外侧静环、外侧静环座组件由外侧推环、外侧弹簧浮动连接，通过实现浮动密封，有利于提高大气侧密封的使用周期、降低其变形损耗，进一步确保本实用新型能够适应高压及超高压压缩机的特殊工作环境，有效的提高轴端气膜密封的综合性能。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型具体实施例压缩机轴端气膜密封结构的局部剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细地表述。

为了解决现有压缩机轴端气膜密封装置不耐高压的问题，如图1所示，本实施例提出了一种压缩机轴端气膜密封结构，包括通过压紧套2、锁母压紧套3固定于轴端的轴套1，还包括形成于轴套1外侧的介质侧密封、大气侧密封、中间迷宫密封4、中间环5、轴端密封6。

介质侧密封作为主密封结构，承受全部压力，其包括形成一级密封气通道的内侧动环7、内侧静环8、内侧静环座组件9，如图1所示，A为一级密封气进气口，B为一级密封气出气口，内侧动环7、内侧静环8、内侧静环座组件9沿轴套1轴向依次抵接。内侧动环7与轴套1固定连接以随轴转动。内侧静环8、内侧静环座组件9之间抵接有内侧推环10、内侧弹簧11，通过浮动连接实现浮动密封，以提高介质侧密封的使用周期、降低变形损耗、提高耐高压性能。

大气侧密封作为辅助密封，其包括形成二级密封气通道、隔离气通道的外侧动环12、外侧静环13、外侧静环座组件14、壳体15、法兰盘16，如图1所示，C为二级密封气进气口，D为二级密封气出气口，E为隔离气进气口。外侧动环12、外侧静环13、外侧静环座组件14、壳体15、法兰盘16沿轴套1轴向依次抵接。且壳体15与内侧静环座组件9、外侧静环座组件14、法兰盘16固定连接，此外，本实施例密封结构可借助壳体15或法兰盘16或内侧静环座组件9固定连接于压缩机轴端。外侧静环13、外侧静环座组件14之间抵接有外侧推环17、外侧弹簧18，通过浮动连接实现浮动密封，以提高大气侧密封的使用周期、降低变形损耗、提高耐高压性能。

本实施例中间迷宫密封4固定连接在内侧静环座组件9上，中间迷宫密封4、外侧动环12分别位于中间环5的相对两侧，中间环5背向中间迷宫密封4的一端面上固定连接有外侧动环12，且中间环5固定于轴套1上，外侧动环12借助中间环5实现随轴转动。为了提高阻隔效果，中间环5还与中间迷宫密封4之间形成有连通一级密封气通道、二级密封气通道的第一微间隙F，轴端密封6固定连接于法兰盘16，并与锁母压紧套3之间形成有连通隔离气通道的第二微间隙N，轴端密封6具体可采用迷宫密封或碳环密封。

为了适配现有压缩机，确保高效的隔离、阻漏，本实施例设计中间迷宫密封4与中间环5之间的第一微间隙F不大于0.5毫米, 同时设计轴端密封6、锁母压紧套3之间的第二微间隙N也不大于0.5毫米。为了提高密封的耐磨强度，本实施例还在中间迷宫密封4、轴端密封6上形成耐磨材料层，耐磨材料层的厚度可在20-200微米之间,其表面粗糙度不大于6.4微米，以减少应力集中、确保足够的疲劳强度。

本实施例内侧推环10与内侧静环8的轴向非密封端面接触，为了减少或避免对应内侧静环8、内侧推环10之间接触面的变形，本实施例在内侧静环8形成有环形的第一凸台P，在内侧推环10上形成有环形的第二凸台Q，第一凸台P、第二凸台Q相互抵接，第一凸台P、第二凸台Q之间接触面积的比值为2-5：1，且第二凸台Q位于第一凸台P的中部。为了提高内侧推环10滑移的顺畅性的同时提高内侧推环10的抗变形能力，本实施例还设计内侧推环10的外径沿远离内侧静环8方向减小（即内侧推环10的外径轴向尺寸小于内径的轴向尺寸），如图1所示，本实施例具体将内侧推环10的外径呈阶梯状递减（即内侧推环10的轴向尺寸由内径处至外径处呈阶梯状递减），其形成有三个不同外径的外周面。通过形成阶梯状结构，内侧推环10轴向两端的径向变形量大大减小，有利于减少内侧静环座组件9在此处的应力集中，减少内侧推环10与内侧静环座组件9之间的微动配合面的高压失衡。

由于内侧推环10会沿轴套1轴向滑移，为了降低或避免内侧推环10与内侧静环座组件9之间的磨损，本实施例还在内侧推环10、内侧静环座组件9之间的微动配合面上形成有陶瓷耐磨涂层，如图1所示，在内侧推环10、内侧静环座组件9之间的微动配合面为内侧推环10上外径最小的外周面以及内侧静环座组件9上内径最小的内周面，具体可在内侧推环10上外径最小的外周面上和内侧静环座组件9上内径最小的内周面均形成陶瓷耐磨涂层。

本实施例外侧推环17与外侧静环13的轴向非密封端面接触，为了减少或避免对应外侧静环13、外侧推环17之间接触面的变形，本实施例在外侧静环13形成有环形的第三凸台R，在外侧推环17上形成有环形的第四凸台S，第三凸台R、第四凸台S相互抵接，第三凸台R、第四凸台S之间接触面积的比值为2-5：1，且第四凸台S位于第三凸台R的中部。为了提高外侧推环17滑移的顺畅性的同时提高外侧推环17的抗变形能力，本实施例还设计外侧推环17的外径沿远离外侧静环13方向减小（即外侧推环17的外径轴向尺寸小于内径的轴向尺寸），如图1所示，本实施例具体将外侧推环17的外径呈阶梯状递减（即外侧推环17的轴向尺寸由内径处至外径处呈阶梯状递减），其形成有三个不同外径的外周面。通过形成阶梯状结构，外侧推环17轴向两端的径向变形量大大减小，有利于减少外侧静环座组件14在此处的应力集中，减少外侧推环17与外侧静环座组件14之间的微动配合面的高压失衡。

由于外侧推环17会沿轴套1轴向滑移，为了降低或避免外侧推环17与外侧静环座组件14之间的磨损，本实施例还在外侧推环17、外侧静环座组件14之间的微动配合面上形成有陶瓷耐磨涂层，如图1所示，在外侧推环17、外侧静环座组件14之间的微动配合面为外侧推环17上外径最小的外周面以及外侧静环座组件14上内径最小的内周面，具体可在外侧推环17上外径最小的外周面上和外侧静环座组件14上内径最小的内周面均形成陶瓷耐磨涂层。

为了在高压环境下实现结构的稳定性，确保长期安全的使用，本实施例内侧动环7、外侧动环12均可采用SSiC(无压烧结碳化硅)材质制成，内侧静环8、外侧静环13可采用SSiC材质制成并在表面喷涂DLC涂层（类金刚石涂层），以确保耐磨。

此外，本实施例在内侧推环10、内侧静环座组件9之间，外侧推环17、外侧静环座组件14之间，轴套1、中间环5之间，中间环5、外侧动环12之间，轴套1、内侧动环7之间，内侧静环座组件9、外侧静环座组件14与壳体15之间均安装有辅助密封圈，由于在高速、高压工况下普通密封圈易出现挤压变形、降压爆裂等现象，如图1所示，本实施例密封结构采用的辅助密封圈为改性聚四氟乙烯填充玻璃纤维的弹簧蓄能密封圈19。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种压缩机轴端气膜密封结构，包括通过压紧套、锁母压紧套固定于轴端的轴套，其特征在于，包括形成于所述轴套外侧的：

介质侧密封，包括形成一级密封气通道且沿所述轴套轴向依次抵接的内侧动环、内侧静环、内侧静环座组件，所述内侧动环与所述轴套固定连接，所述内侧静环、内侧静环座组件之间通过内侧推环、内侧弹簧浮动连接，

大气侧密封，包括形成二级密封气通道、隔离气通道且沿所述轴套轴向依次抵接的外侧动环、外侧静环、外侧静环座组件、壳体、法兰盘，所述壳体与所述内侧静环座组件、所述外侧静环座组件、法兰盘固定连接，所述外侧静环、外侧静环座组件之间通过外侧推环、外侧弹簧浮动连接，

中间迷宫密封，与所述内侧静环座组件固定连接，

中间环，与所述轴套、外侧动环固定连接，并与所述中间迷宫密封之间形成有连通所述一级密封气通道、二级密封气通道的第一微间隙，

轴端密封，与所述法兰盘固定连接，并与所述锁母压紧套之间形成有连通所述隔离气通道的第二微间隙。

2.根据权利要求1所述的压缩机轴端气膜密封结构，其特征在于，所述内侧静环、内侧推环分别形成有彼此呈环形抵接的第一凸台、第二凸台，所述第一凸台、第二凸台之间接触面积的比值为2-5：1，且所述第二凸台位于所述第一凸台的中部，

和/或所述外侧静环、外侧推环分别形成有彼此呈环形抵接的第三凸台、第四凸台，所述第三凸台、第四凸台之间接触面积的比值为2-5:1，且所述第四凸台位于所述第三凸台的中部。

3.根据权利要求1所述的压缩机轴端气膜密封结构，其特征在于，所述内侧推环的外径沿远离所述内侧静环方向减小，和/或所述外侧推环的外径沿远离所述外侧静环方向减小。

4.根据权利要求3所述的压缩机轴端气膜密封结构，其特征在于，所述内侧推环的外径呈阶梯状递减，所述外侧推环的外径呈阶梯状递减。

5.根据权利要求1所述的压缩机轴端气膜密封结构，其特征在于，所述内侧推环、内侧静环座组件之间的微动配合面和/或所述外侧推环、外侧静环座组件之间的微动配合面上形成有陶瓷耐磨涂层。

6.根据权利要求1所述的压缩机轴端气膜密封结构，其特征在于，所述轴端密封为迷宫密封或碳环密封。

7.根据权利要求1所述的压缩机轴端气膜密封结构，其特征在于，所述第一微间隙和/或所述第二微间隙不大于0.5毫米。

8.根据权利要求1所述的压缩机轴端气膜密封结构，其特征在于，所述中间迷宫密封和/或所述轴端密封形成有耐磨材料层，所述耐磨材料层的厚度为20-200微米,其表面粗糙度不大于6.4微米。