具有密封弹性体的非推进式干燥气体密封件和使用其的系统技术方案

一种可单独使用或作为另一密封件的容纳密封件使用的密封件，包括主环和匹配环、偏置机构和环形柔性密封膜，主环可相对于旋转轴轴向位移，匹配环可相对于旋转轴轴向固定，偏置机构将主环推向匹配环。所述膜包括至少部分地设置在所述偏置机构和所述主环之间的凸缘部分、相对于所述轴可轴向固定的同轴部分、以及定位在所述凸缘部分的径向向内范围内并且将所述凸缘部分连接到所述同轴部分的柔性连接部分。匹配环和主环中的至少一个包括形成在其表面上的凹槽，该凹槽使得在主环和匹配环之间形成气膜，该气膜防止主环和匹配环在操作中彼此接触。此接触。此接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有密封弹性体的非推进式干燥气体密封件和使用其的系统


[0001]示例性实施例涉及干燥气体密封领域，并且特别地涉及可单独使用或用作主密封的容纳密封件的非推进式干燥气体密封件。

技术介绍

[0002]有几种类型的密封件可用于在泵、压缩机、涡轮或其它旋转机器的旋转轴和固定壳体之间提供密封。一个例子是端面机械密封。这种密封包括由彼此接触的两个面形成的密封界面。在操作中，其中一个面与旋转轴一起旋转，另一个面保持在固定位置。密封面之间的摩擦磨损可导致在两个面之间形成间隙，从而导致过度泄漏。因此，这种密封件需要定期调整，以便保持面相对于彼此的适当或轴向位置，从而在仍然保持相对无泄漏的密封的同时解决磨损问题。当然，不管这些面被如何良好地操纵，都可能发生一些泄漏。
[0003]已经考虑了各种偏置机构来提供闭合力，以自动适应磨损并将密封面推到一起。这种偏置机构包括单个和多个螺旋弹簧以及金属波纹管。本领域技术人员将认识到，总闭合力实际上是来自密封流体的液压力和由偏置机构提供的力的组合。
[0004]如果密封面彼此相对旋转而没有某种形式的润滑，则面摩擦将导致面摩擦和发热的过度和早期失效。为此，在旋转密封面和固定密封面之间需要某种形式的润滑。在典型的机械密封中，通过在密封面之间形成流体薄膜来保持密封面的润滑。该膜可以来自被泵送/压缩的流体或来自外部源。
[0005]一种类型的包括两个面的密封件是所谓的“推进密封件”。在推进密封件中，设置动态次级密封件(例如O形环)以在轴(或连接到轴的元件)和相对于轴轴向移动的面之间形成密封，使得流体不能绕过面并逸出。面的轴向移动可由于摩擦而导致副密封件的磨损或撕碎。
[0006]另一种类型的密封采用旋绕的弹性体波纹管。这种类型的密封件使用弹簧加载的波纹管代替O形环，而不是O形环。这种密封有时难以在高压操作条件下实施。
[0007]在气体被泵送、压缩、吹送等的情况下，可以使用非接触或“气体”密封代替机械密封。这种密封的一个例子是干燥气体密封。干燥气体密封件通常用于密封离心压缩机，该离心压缩机通常用于运输和分配气体，例如天然气。例如，在天然气管道中，压缩机可以以设定的间隔定位，以提高用于处理的气体压力，以抵消沿着传输管道的流动损失的影响，并且通常保持气体朝向其目的地移动。与机械密封件类似，干燥气体密封件包括两个环，这两个环限定了相对于彼此旋转的面。
[0008]旋转环有时被称为“匹配环”，因为其与旋转轴/转子接合。旋转环可以经由轴套配合到转子。固定环有时可以被称为主环，并且在操作期间不旋转。
[0009]在操作中，在两个环之间形成气体层，该气体层形成密封，同时允许环相对于彼此移动而不彼此接触。气体层由注入到干燥气体密封件中的工艺气体或密封气体形成。旋转(配合)环中的凹槽将气体从匹配环的径向外边缘抽吸到两个环之间的位置。被吸入凹槽的气体在朝向凹槽的径向内端(或尖端)移动时被压缩。压缩气体产生压力坝，该压力坝导致
主环从匹配环“抬离”(lift off)，以形成几微米(例如，3
‑
10μm)范围内的运行间隙。与上述类似，为了允许环之间的相对轴向运动，主环通常通过诸如弹簧或其它器具的可压缩构件安装到干燥气体密封件的静止部分。在抬离之后，非常少量的工艺气体流过坝状区域到达密封件的低压侧(例如，压缩机的外部)，从而产生受控的密封件泄漏，并且环作为非接触密封件在气体薄膜上操作。这种密封件可包括上述O形环以密封气体防止其绕过环，因此具有一些相同的问题。

技术实现思路

[0010]在一个实施例中公开了一种非接触式密封件。非接触(或干燥气体)密封件可用作独立密封件或与主密封件组合用作容纳(containment)或“备用”密封件。
[0011]在一个实施例中，密封件适于围绕旋转轴布置，并且包括主环和匹配环。主环可相对于旋转轴轴向位移，并且匹配环可相对于旋转轴轴向固定。该密封件还包括偏置机构，其将主环推向匹配环和环形柔性密封膜。
[0012]环形柔性密封膜密封气体，防止其围绕由环(例如面)产生的密封流动，而不受O形环的限制。此外，已经发现，在高压情况下，回旋弹性体波纹管可以朝向旋转轴径向向内塌缩，导致波纹管/弹簧在主环上施加压力的方式和/或位置的变化。这种变化会影响密封平衡或面载荷中的一个或两个，这会大大降低用这种波纹管进行非接触的性能和可预测性。
[0013]在此使用的环形柔性密封膜不像传统弹性体那样塌缩。这可以导致在整个密封操作中，甚至在高压情况下，非接触保持恒定(或接近恒定)的密封平衡和面部负载恒定。
[0014]在一个实施例中，环形柔性密封膜包括至少部分地设置在偏置机构和主环之间的凸缘部分、可相对于轴轴向固定的同轴部分以及定位在第一凸缘部分的径向向内范围内且将第一凸缘部分连接到第一同轴部分的柔性连接部分。
[0015]在该密封件中，匹配环和主环中的至少一个包括形成在其表面上的凹槽，该凹槽使得在主环和匹配环之间形成气膜，从而防止它们在操作中彼此接触。凹槽可以是双向的或单向的。
[0016]上述密封件可单独使用或作为泵应用中的主(或第一)密封件的密封装置。容纳密封件位于主密封部的下游。在此上下文中，“上游”更靠近泵或其它机器中的位置，在该位置处，大部分正在处理的液体位于“下游”是更远的。
[0017]如下面更充分地讨论的，在一些情况下，主密封件是任何类型的旋转密封件，其可围绕旋转轴(例如，泵的旋转轴)形成密封，并且包括可相对于彼此旋转且利用液体来润滑的两个面/环。在一些情况下，在环之间泄漏的润滑剂变成蒸汽。例如，当泵送轻质烃例如丙烷、丁烷、汽油或石脑油时，这可能发生。蒸汽可以从主密封件引导到非接触容纳密封件中，并且将导致该密封件的主环和匹配环的面分离并且不彼此接触。在这种构造中，非接触式密封件可以作为主密封件的备用密封件操作，但是不会像接触式密封件那样遭受密封面磨损。
[0018]此外，在一个实施例中，环形柔性密封膜的同轴部分和柔性连接部分的一些或全部由环形短截套筒支撑。这防止或减少了环形柔性密封膜的任何塌缩，并将容纳密封件保持在操作有利的状态，而与主密封件的压力或操作条件无关。当然，短截套管可以用支撑环形柔性密封膜的另一元件来代替
[0019]由于容纳密封件以非接触方式工作，因此其预期寿命应该比主密封件的预期寿命长，并且即使主密封件失效也能工作。这确保了如果需要，容纳密封件将用作主密封的备用，以满足其预期目的。
[0020]在一个具体实施例中，公开了一种适于围绕泵的旋转轴布置的机械密封组件。该实施例包括两个密封件，这两个密封件都具有环形柔性密封元件。更详细地，该实施例的密封组件可包括第一密封件，该第一密封件包括：第一主环和第一匹配环，所述第一主环能够相对于所述旋转轴轴向地位移，并且所述第一匹配环能够相对于所述旋转轴轴向地固定；第一偏置机构，其将所述第一主环朝向所述第一匹配环推动；以及第一环形柔性密封膜。第一环形柔性密封膜包括：第一凸缘部分，所述第一凸缘部分至少部分地设置在所述第一偏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种机械密封组件，其适于围绕泵的旋转轴布置，所述密封组件包括：第一密封件，所述第一密封件包括：第一主环和第一匹配环，所述第一主环能够相对于所述旋转轴轴向地位移，并且所述第一匹配环能够相对于所述旋转轴轴向地固定；第一偏置机构，所述第一偏置机构将所述第一主环朝向所述第一匹配环推动；以及第一环形柔性密封膜，所述第一环形柔性密封膜包括：第一凸缘部分，所述第一凸缘部分至少部分地设置在所述第一偏置机构与所述第一主环之间；第一同轴部分，第一同轴部分能够相对于所述轴轴向固定；以及第一柔性连接部分，所述第一柔性连接部分定位在所述第一凸缘部分的径向向内范围内并且将所述第一凸缘部分连接到所述第一同轴部分；其中在操作中，由所述泵内的第一液体在所述第一主环与所述第一匹配环之间形成液膜，所述液膜的所述第一液体在穿过所述第一密封件之后产生所述第一液体的气体形式，所述气体被提供到容纳腔体中；以及与所述容纳腔体流体连通的第二密封件，所述第二密封件包括：第二主环和第二匹配环，所述第二主环能够相对于所述旋转轴轴向地位移，并且所述第二匹配环能够相对于所述旋转轴轴向地固定；第二偏置机构，所述第二偏置机构将所述第二主环朝向所述第二匹配环推动；以及第二环形柔性密封膜，所述第二环形柔性密封膜包括：第二凸缘部分，所述第二凸缘部分至少部分地设置在所述第二偏置机构与所述第二主环之间；第二同轴部分，所述第二同轴部分能够相对于所述轴轴向固定；以及第二柔性连接部分，所述第二柔性连接部分定位在所述第二凸缘部分的径向向内范围内并且将所述第二凸缘部分连接到所述第二同轴部分；其中，所述第二匹配环和所述第二主环中的至少一个包括形成在其面上的凹槽，所述凹槽导致在所述第二主环和所述第二接合部之间形成气膜，所述气膜至少部分地由所述容纳腔体中的穿过所述第一密封件的气体形成，所述气膜防止所述第二主环和所述第二匹配环在操作中彼此接触。2.根据权利要求1所述的组件，其中所述液体是比重小于0.7的轻馏分。3.根据权利要求2所述的组件，其中，所述液体是丙烷、丁烷、汽油或石脑油。4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述凹槽是单向凹槽。5.根据权利要求1所述的组件，其中，所述凹槽是双向凹槽。6.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一密封件和所述第二密封件设置在筒中。7.根据权利要求6所述的组件，其中，所述筒至少部分地设置在所述泵中。8.根据权利要求6所述的组件，其中，所述第二密封件与所述第一密封件在所述筒内流体连通。9.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第二同轴部分能够以所述密封组件的平衡直径内的直径布置。10.根据权利要求1所述的组件，其中，在操作中，所述旋转轴相对于所述第二偏置机构
的轴向平移促使所述第二凸缘部分相对于所述第二同轴部分轴向向内和径向向内移位。11.根据权利要求1所述的组件，其中，在操作中，所述旋转轴相对于所述第二偏置机构的轴向平移促使所述第二凸缘部分相对于所述第二同轴部分轴向向外和径向向外位移。12.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第二柔性连接部分具有比所述第二凸缘部分和所述第二同轴部分更薄的横截面。13.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述组件还包括能够接收在所述第一轴向可位移密封环的凹槽内的抗挤压环。14.根据权利要求1所述的组件，还包括旋转套筒，所述旋转套筒可操作地联接到所述旋转轴以随所述旋转轴旋转，并且其中所述第一轴向固定密封环和所述第二轴向固定密封环可操作地联接到所述旋转套筒。15.根据权利要求1所述的组件，其中所述第一密封膜和所述第二密封膜包括柔性弹性体。16.一种机械密封组件，其适于围绕泵的旋转轴布置，所述密封组件包括：第一密封件，所述第一密封件包括：第一主环；第一匹配环；以及第一偏置机构，所述第一偏置机构将所述第一主环朝向所述第一匹配环推动；其中在操作中，由所述泵内的第一液体在所述第一主环与所述第一匹配环之间形成液膜，所述液膜的所述第一液体在穿过所述第一密封件之后产生所述第一液体的气体形式，所述气体被提供到容纳腔体中；以及与所述容纳腔体流体连通的第二密封件，所述第二密封件包括：第二主环和第二匹配环，所述第二主环能够相对于所述旋转轴轴向地位移，并且所述第二匹配环能够相对于所述旋转轴轴向地固定；第二偏置机构，其将所述第二主环朝向所述第二匹配环推动；以及第二环形柔性密封膜，所述第二环形柔性密封膜包括：第二凸缘部分，所述第二凸缘部分至少部分地设置在所述第一偏置机构与所述第一主环之间；第二同轴部分，所述第二同轴部分能够相对于所述轴轴向固定；以及第二柔性连接部分，所述第二柔性连接部分定位在所述第二凸缘部分的径向向内范围内并且将所述第二凸缘部分连接到所述第二同轴部分；其中，所述第二匹配环和所述第二主...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：约翰起重机有限公司，
类型：发明
国别省市：