带有电子控制的托架负载的干气密封件制造技术

一种带有可电子控制的托架负载的机械密封组件。组件包含固定到托架且由螺线管驱动的磁环。螺线管可向托架施加轴向力。可控制托架负载以通过部分地或完全地补偿由偏置机构提供的弹簧力来防止或减小缓慢滚转运行状态下主环与配合环之间的摩擦。可进一步控制托架负载以抑制密封件卡死。在实施例中，期望托架负载可由旋转速度确定。在实施例中，托架负载可基于传感器信号来确定。

Dry gas seal with electronically controlled carrier load

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有电子控制的托架负载的干气密封件相关申请本申请要求享有于2017年5月15日提交的编号为62/506,196的美国临时申请和于2017年12月13日提交的编号为62/598,239的美国临时申请的权益，其中的每个由此通过引用并入本文中。
本公开内容涉及机械密封件，特别是配置成密封旋转轴与静态壳体之间的连接的气体润滑的干式密封件，诸如在压缩机中。更特别地，它涉及一种电磁控制的托架，以减小密封面上的磨损。
技术介绍
气体润滑的机械面密封件，诸如编号为5,222,743的美国专利和编号为5,496,047的美国专利(其公开内容通过引用并入本文中)中描述的那些，依靠累积在密封面之间的密封气体缓冲以便提供润滑，且从而抑制(inhibit)面之间的接触。在许多应用中，该润滑气体是通过由旋转轴传送的机械能来压缩或处理的过程气体或产物气体。取决于应用，此类密封件可设计成在最多达500巴的压力和最多达30000rpm的速度下操作。非接触式干运行的机械密封件大体上包含一个或多个密封界面，该一个或多个密封界面由可固定到轴的配合(旋转)环和可固定到壳体的主(静止)环限定。密封界面部分地由布置成朝配合环推动主环的预载弹簧(或其它偏置机构)来保持。当轴不旋转或缓慢旋转时(即，分别在停止或缓慢滚转状态下)，弹簧通常具有足以推动主环与配合环实际接触的力。当轴的旋转速度足够高时，设在配合环中的凹槽产生足以将主环与配合环分离的流体动力，在两个环之间产生间隙，润滑气体可流过该间隙。阈值(或起离)速度取决于密封件设计的各种方面，但此类阈值大体上约200rpm。在缓慢滚转状态下，流体动力不足以克服由偏置机构提供的弹簧力来分离主环和配合环，主环和配合环然后将抵靠彼此摩擦着旋转。该摩擦可导致过多的热量生成以及过早的密封件磨损。限制缓慢滚转状态下磨损的常规方法包含向密封面施加类金刚石碳(DLC)涂层。然而，DLC涂层需要额外的制造步骤，且可能不是对于所有应用都足够耐用的。对于机械密封件紧要的另一个领域是卡死(hang-up)。卡死发生于主环变得卡在轴向位置中时，其中托架后的弹簧预载力不足以克服布置在平衡直径处的密封元件与托架之间非常高的摩擦。在密封系统不包含有效的气体调节单元使得污浊的碳氢化合物气体可迁移到气体密封件(其中它可在平衡直径密封元件区域中凝结和累积于托架的滑动表面上，抑制托架和主环的自由移动)的情况下，卡死尤其成问题。这可引起托架和主环卡(或“卡死”)在稳态位置中(导致在启动时大的密封面间隙和在壳加压时作为结果而产生的过多泄漏)或停止位置中(导致面接触和不可接受的面磨损)。
技术实现思路
本公开内容涉及一种机械密封组件(诸如带有可电磁控制的托架负载的干气密封件)，且包含由环形螺线管驱动的磁环，该磁环布置成调制托架上的轴向力。托架上的轴向力可调制以抵消偏置机构的弹簧负载。在实施例中，轴向力可减小在缓慢滚转运行状态下密封环之间的摩擦。在实施例中，轴向力可调制以防止托架卡死。螺线管可提供磁力来沿轴向推动磁环。磁环可操作地联接到托架，使得磁力操作成抵消偏置机构的预载弹簧力，以防止或减小主环朝密封件的配合环的推动。在实施例中，期望的轴向力可由旋转速度来确定。在实施例中，轴向力可基于传感器输入来确定。因为可控制托架环位置来减小或防止慢速下主环与配合环之间的摩擦接触，在实施例中不需要主环和配合环中的任一者或两者的DLC涂层。本公开内容的实施例包含一种用于围绕机器的可旋转轴同轴布置来抑制加压气体从机器内排放的机械密封组件。机械密封组件可包括旋转环，该旋转环能够可操作地联接到可旋转轴，且呈现第一环形密封面。能够相对于旋转环沿轴向移位的主环可呈现第二环形密封面，该第二环形密封面定向成与第一环形密封面相反并置。因此，宽度可变的密封界面限定在第一环形密封面与第二环形密封面之间。机械密封组件还可包含环形托架，该环形托架能够与对第二环形密封面相反的主环沿轴向移位且与该主环并置。包含铁磁部分的环形磁环可操作地联接到托架。在实施例中，磁环可操作地联接到托架的外径。包括环形螺线管的磁促动器可围绕磁环的外径的至少一部分同轴布置。螺线管可能够电耦合到控制器，使得螺线管选择性地产生均匀磁场以沿轴向推动托架。均匀磁场可沿轴向推动托架以抵消由偏置机构提供的弹簧预载力。在实施例中，一个或多个传感器可布置在机械密封组件中或周围。每个传感器可配置成检测指示第一环形密封面与第二环形密封面之间摩擦量值(magnitude)的特性。控制器可配置成从一个或多个传感器中的每个接收特性且选择性地控制磁促动器来施加轴向力以在第一环形密封面与第二环形密封面之间实现期望的摩擦量值。在实施例中，第一环形密封面与第二环形密封面之间期望的摩擦量值是给定最大泄漏量可能的最小摩擦量值。在一个实施例中，一个或多个传感器中的至少一个可为温度传感器，且指示摩擦量值的特性可为在第一环形密封面或第二环形密封面附近检测的温度。在一个实施例中，一个或多个传感器中的至少一个可为流量计，且指示摩擦量值的特性可为来自密封界面的泄漏量。在一个实施例中，一个或多个传感器中的至少一个可为速度传感器，且指示摩擦量值的特性可为可旋转轴的旋转速度。在一个实施例中，一个或多个传感器中的至少一个可为接近传感器，且指示摩擦量值的特性可为密封界面的当前宽度。在一个实施例中，一个或多个传感器中的至少一个可为声学传感器，且指示摩擦量值的特性可选自由下者组成的组：密封界面处检测的噪声的幅值和密封界面处检测的噪声的频率。声学传感器可为麦克风和/或结构振动检测器。在一个实施例中，控制器可配置成当轴的旋转速度小于一定阈值时忽略由声学传感器提供的特性。在一个实施例中，控制器可配置成基于从声学传感器接收的特性和至少一个第二特性(诸如，轴的旋转速度、密封界面处的温度，或通过密封界面的泄漏量)来确定摩擦量值。在一个实施例中，螺线管包括：环形筒管，该环形筒管包括在螺线管的沿径向向内的侧部的一部分处的非磁性间隔物；以及线圈，该线圈包括导电和绝缘线的围绕筒管的多个绕组。在一个实施例中，非磁性间隔物可配置成使得基于由控制器提供的电力(即电流)的幅值用磁力使托架的磁性部分逐渐饱和。本公开内容的实施例包含一种抑制机械密封组件中卡死的方法。方法可包含在控制器处接收指示轴停止的信号，以及由控制器向磁促动器提供脉宽调制信号，该信号配置成引起促动器向托架施加振荡轴向力，其中轴向力具有足以补偿弹簧预载力的幅值。磁促动器可包括围绕托架的至少一部分同轴布置的环形螺线管，该螺线管能够电耦合到控制器，使得该螺线管基于脉宽调制信号选择性地磁化。磁力可从静止环沿轴向向外侧推动托架以抵消由偏置机构提供的弹簧预载力。轴向力可使托架沿轴向向内侧和向外侧达约1mm。信号还可配置成引起促动器以500Hz与1000Hz之间的变化率(rate)向托架施加振荡轴向力。在实施例中，指示轴停止的信号可为由转速计或其它速度感测装置提供的轴旋转速度信号。在实施例中，可响应于接收到指示缓慢滚转操作的信号来提供脉宽调制信号。本公开内容的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于围绕机器的可旋转轴同轴布置来抑制加压气体从所述机器内排放的机械密封组件，所述机械密封组件包括：/n旋转环，所述旋转环能够可操作地联接到所述可旋转轴，且呈现第一环形密封面；/n主环，所述主环能够相对于所述旋转环沿轴向移位，且呈现定向成与所述第一环形密封面相反并置的第二环形密封面，使得宽度可变的密封界面限定在所述第一环形密封面与所述第二环形密封面之间；/n环形托架，所述环形托架能够与对所述第二环形密封面相反的所述主环沿轴向移位且与所述主环并置；/n环形磁环，所述环形磁环可操作地联接到包含铁磁部分的所述托架；/n磁促动器，所述磁促动器包括围绕所述磁环的外径的至少一部分同轴布置的环形螺线管，所述螺线管能够电耦合到控制器，使得所述螺线管选择性地产生均匀磁场以沿轴向推动所述托架。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170515 US 62/506196;20171213 US 62/5982391.一种用于围绕机器的可旋转轴同轴布置来抑制加压气体从所述机器内排放的机械密封组件，所述机械密封组件包括：
旋转环，所述旋转环能够可操作地联接到所述可旋转轴，且呈现第一环形密封面；
主环，所述主环能够相对于所述旋转环沿轴向移位，且呈现定向成与所述第一环形密封面相反并置的第二环形密封面，使得宽度可变的密封界面限定在所述第一环形密封面与所述第二环形密封面之间；
环形托架，所述环形托架能够与对所述第二环形密封面相反的所述主环沿轴向移位且与所述主环并置；
环形磁环，所述环形磁环可操作地联接到包含铁磁部分的所述托架；
磁促动器，所述磁促动器包括围绕所述磁环的外径的至少一部分同轴布置的环形螺线管，所述螺线管能够电耦合到控制器，使得所述螺线管选择性地产生均匀磁场以沿轴向推动所述托架。


2.根据权利要求1所述的机械密封组件，其特征在于，所述均匀磁场沿轴向推动所述托架以抵消由偏置机构提供的弹簧预载力。


3.根据权利要求1所述的机械密封组件，其特征在于，所述磁环可操作地联接到所述托架的外径。


4.根据权利要求1所述的机械密封组件，其特征在于，所述机械密封组件还包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器各自配置成检测指示所述第一环形密封面与所述第二环形密封面之间摩擦量值的特性；且
其中所述控制器配置成从所述一个或多个传感器中的每个接收所述特性，且选择性地控制所述磁促动器来施加轴向力以在所述第一环形密封面与所述第二环形密封面之间实现期望的摩擦量值。


5.根据权利要求4所述的机械密封组件，其特征在于，所述第一环形密封面与所述第二环形密封面之间所述期望的摩擦量值是给定最大泄漏量可能的最小摩擦量值。


6.根据权利要求4所述的机械密封组件，其特征在于，所述一个或多个传感器中的至少一个是温度传感器，且指示所述摩擦量值的所述特性是在所述第一环形密封面或所述第二环形密封面附近检测的温度。


7.根据权利要求4所述的机械密封组件，其特征在于，所述一个或多个传感器中的至少一个是流量计，且指示所述摩擦量值的所述特性是从所述密封界面泄漏的量。


8.根据权利要求4所述的机械密封组件，其特征在于，所述一个或多个传感器中的至少一个是速度传感器，且指示所述摩擦量值的所述特性是所述可旋转轴的旋转速度。


9.根据权利要求4所述的机械密封组件，其特征在于，所述一个或多个传感器中的至少一个是接近传感器，且指示所述摩擦量值的所述特性是所述密封界面的当前宽度。


10.根据权利要求4所述的机械密封组件，其特征在于，所述一个或多个传感器中的至少一个是声学传感器，且指示所述摩擦量值的所述特性选自由下者组成的组：在所述密封界面处检测的噪声的幅值和在所述密封界面处检测的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：R鲁永，
申请(专利权)人：约翰起重机英国有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB