[发明专利]一种可调控型离心压缩机平衡盘密封

说明书

技术领域

本发明是一种适用于离心压缩机平衡盘的可调控型密封，其主要作用是实现压缩机平衡盘轴端密封，并替代传统平衡盘装置实现轴向力平衡，应用领域可扩展到汽轮机、燃气轮机和涡轮泵等旋转机械。

背景技术

离心压缩机作为大型的动力装置，广泛应用于合成氨等石化行业。压缩机投入成本高，能耗大，其运行的稳定性和效率的高低直接影响着整条生产线的可靠性，因而是诸多石化流程产业的核心设备。压缩机在压缩气体时，由于多级叶轮的压差累积会产生一定的轴向力。目前，大部分轴向力主要通过平衡盘来平衡，小部分靠止推轴承来平衡。

传统的压缩机平衡盘气体密封，主要通过迷宫密封来实现。但是迷宫密封泄漏量大，造成压缩机运行成本越来越高，影响着整套装置的效率。

干气密封的出现大大降低了离心压缩机平衡盘密封的泄漏量。高金吉院士和王维民博士在《离心压缩机轴向力调控与平衡盘密封改进研究》一文中提出采用动压式气膜端面密封和迷宫密封组合的方式作为新型平衡盘密封，提高了整套压缩机的生产效率。但是，普通干气密封主要适用于某一特定的工况，尤其在实际运转中启停的时候，由于动压效应的消失，密封端面摩擦产生大量热，严重影响密封的稳定性和寿命。

同时，由于外界条件的干扰，平衡盘两端势必出现压力波动。在波动较大的情况下，压缩机轴向力不平衡，容易造成止推轴承的损坏，导致整条生产线的停运，造成巨大的经济损失。

基于以上情况，必须寻求一种应用于离心压缩机平衡盘的可调控型气体端面密封装置，以解决平衡盘密封泄漏量大的问题，同时解决因为轴向力不平衡而造成压缩机不能正常运转的问题。

发明内容

本发明的目的在于发明一种用于离心压缩机平衡盘的可调控型气体端面密封装置，有效解决密封泄漏量大的问题，实现主动调控密封膜压和气膜刚度的目标，取得平衡盘密封在工作参数波动的工况下静压启动，动压运转的效果。同时，通过在线调节密封两侧压差，实现离心压缩机轴向力的自主平衡。

为实现以上技术目的，本发明的方案为：一种可调控型离心压缩机平衡盘密封，包括动环座13、调控型静环座14、动环15和调控型静环16，其中所述动环座13位于离心压缩机末级叶轮2出口侧，固定在转轴1上，随轴旋转；所述调控型静环座14镶装于离心压缩机末级叶轮2后的机体5上；所述动环15紧固于动环座13，与调控型静环16之间形成可调控的隔离气膜；所述调控型静环16浮装于调控型静环座14，调控型静环16与调控型静环座14之间有弹簧10连接；所述锁紧环11安装在转轴1末端，与转轴1通过螺纹紧固。

所述可调控型密封安装在离心压缩机机体5内部末级叶轮2后的平衡盘位置，利用调控气形成厚度和开启力可调控的隔离气膜，实现离心压缩机平衡盘密封和轴向力平衡。

所述调控气取自离心压缩机出口气体的一路，经升压、冷却、过滤和调压后进入调控气流入孔B；所述调控气流入孔B设置于机体5上，并且通过气路连接到调控型静环座14内部；所述调控气经调控型静环座14内部的调控气流通通道a和调控型静环16内部的调控气流通通道b进入动环15和调控型静环16端面之间，形成可调控的隔离气膜，最后泄漏到密封环内外径。

所述隔离气膜具有调控气压P_s、离心压缩机出口气压P_o和离心压缩机平衡腔气压P_i三种气压边界，调控气压P_s大于离心压缩机出口气压P_o，离心压缩机出口气压P_o大于离心压缩机平衡腔气压P_i；气膜具有一定刚度，实现隔离密封，并且气膜密封参数与调控气压P_s相关联。

所述密封与离心压缩机末级叶轮2接触侧气压高于密封与锁紧环11接触侧气压，两侧压差可平衡轴向力。平衡力计算式F＝ΔP×ΔA，其中ΔP是密封两侧压差ΔP＝P_o-P_i；ΔA是平衡面积，当调控型静环开有背压通道d时，ΔA＝π(R_p²-r²)，R_p是密封的平衡直径，r是转轴1的直径，当调控型静环未开背压通道d时，ΔA＝π(R_o²-r²)，R_o是密封动环15的外直径。