[发明专利]用于动静压型干气密封的内置密封介质节流调控装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及动静压组合式干气密封结构设计领域，具体涉及一种带有内置密封介质节流调控装置的动静压组合式干气密封结构，特别适用于低速或处于变工况条件的旋转设备的轴端密封装置。

(二)背景技术

干气密封是一种旋转型密封装置，因为具有无液、低泄漏、环保、节能、长寿命的特点，研究人员试图在更多的旋转机器动密封中采用干气密封。但经过实践和理论分析发现，干气密封的稳定性在很大程度上依赖于机组的转速，这是因为干气密封要求小间隙非接触式运转，而要形成所需的小间隙，必须要求被密封机组具有足够高的转速，否则，密封性能将下降，甚至无法正常工作。因为离心压缩机的主轴转速一般都比较高(10000r/min左右)，这就保证了干气密封实现小间隙非接触运转的要求，所以干气密封在此类机组中使用获得了巨大的成功。但大多数旋转设备存在频繁启停、转速变化、压力变化等变工况，这将影响干气密封的密封性能，例如：会出现密封端面磨损、密封环碎裂等现象。对于如反应釜等低转速机器，过低的转速难以形成足够的气膜开启力和刚度，无法保证密封的正常运转。

针对上述问题，很多研究者提出干气密封静压开启技术，这种结构一般是在干气密封静环上开轴向静压孔，通以一定压力的密封介质，在密封端面形成静压开启力，从而使干气密封在设备转速很低的情况下仍有良好的密封性。国外如Chesterton公司很早就对低速旋转设备如搅拌釜的轴封采用静压干气密封结构(美国专利US5052694“Hydrostatic face seal and bearing”)，还有德国专利DE2444544“Contact free gas seal rings with gas barrier-have curved radial grooves to produce aerostatic axial force”，美国专利US5755817“Hydrostatic seal”、US8206083B2“Carbon hydrostatic face seal”和日本专利JP2002333022“hydrostatic gas bearing”均有公开报道，日本皮拉密封有限公司研制的气体静压型干气密封(http://www.pillar.co.jp/pillar_eng/contents/product/44/product.html)和英国埃伊斯的流体动静压型压缩机干气密封(http://www.aesseal.com/)，近年来我国在静压干气密封的性能研究与结构分析方面取得一定成就，如刘飞(“静压干气密封研究”，2010)、刘婷(“浅谈静压干气密封的研制”，2011)、李蕾磊(“化工高压设备静压干气密封特性研究”，2011)、李双喜(“动静压混合式气体密封的特性分析”，2012)、王永宝(“静压式干气密封国产化研究与应用”，2016)等也对机械密封的静压开启技术进行了不同程度的研究，对密封静环的节流孔位置、静环端面的均压槽深度等进行了优化设计。但是对于如何控制密封介质的压力，减少泄漏量，提高干气密封结构对转速、压力变化的适应能力，仍然存在许多关键问题需要解决。此外，目前国内外所采用动静压机械密封结构，一般都需要额外缓冲介质，这不仅增加了密封结构的复杂性，也提高了整个密封装置的造价，而且密封介质压力受到更多外在因素的影响。

利用干气密封静压开启技术，可以设计一套内置密封介质节流调控装置，在不需要额外提供缓冲介质的情况下，既能保证有稳定的密封介质，又不增加密封结构的复杂性，密封介质压力可以根据工况的变化进行调节，对压缩机等高速旋转设备和搅拌釜等低速设备都有广泛的适用性。

(三)发明内容

本发明要克服现有技术的上述缺点，一种用于动静压型干气密封的内置密封介质节流调控装置，该内置密封介质节流调控装置可以实现对干气密封静压开启力的控制并具有适应变工况特别是不同速度和压力的能力。

本发明是通过以下技术方案来实现：