[实用新型]设有流体槽的碳浮密封环及其密封装置

说明书

设有流体槽的碳浮密封环及其密封装置。该碳浮密封环的基本结构，是在碳密封环中沿圆周等间距设置有开口于其同一侧端面的轴向内凹的引气槽，并在碳密封环内设置有可与各引气槽的内凹端相连通的环状贯通的均气槽。在此基础上，还可在所述引气槽中的两侧壁面处对称地设置有不同形式的沿径向凹入引气槽壁面的压气槽。该结构形式的碳密封环用于传统结构形式的高温、高压水蒸气螺杆膨胀机及压缩机等设备的密封装置后，可大大提高密封的耐压性能，避免了水蒸气的泄漏量及进入轴承箱后对润滑油的污染，满足了设备对泄漏量和安全、可靠性的要求，且结构简单，无附加功率消耗，成本低，寿命长。

技术领域

本实用新型涉及一种可用于以高温、高压水蒸气为介质的螺杆式膨胀机和压缩机等设备的碳浮环密封装置中的碳浮密封环，以及相应的组合式碳浮环密封装置。

背景技术

高温、高压水蒸气螺杆膨胀机及压缩机，能较传统的高速旋转的汽轮机有更好的避免“液击”现象的发生，提升了设备可靠性，同时发电的等熵效率更高。膨胀机一般利用工厂低压（0.5~1.6 MPa）、中压（1.6~4.0 MPa）饱和或过热水蒸汽推动螺杆膨胀机做功发电，实现能量回收和节能减排；压缩机用于对低品位水蒸气的增压，提高能效。目前，水蒸气压力可高达4.0MPa，温度高达400摄氏度，机组的启停频繁、压力波动范围大是此类设备的主要技术特点。而高温、高压的工作条件则限制了对密封型式的选用。传统的机械密封、常规设计的碳环密封等，均不能满足设备长寿命、低成本、泄漏小、安全可靠的工作要求。传统机械密封由于属于接触式运行，启动扭矩大、消耗功率大、对水蒸气压力波动适应性差、不能满足设备使用需求。常规的碳环密封方式则耐压低、水蒸气泄漏量大且运行后期不稳定、易进入轴承箱污染润滑油，难以满足设备对泄漏量和安全性的要求。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型首先提供了一种设有流体槽的碳浮密封环，在此基础上的进一步提供了采用该碳浮密封环的密封装置，可以很好地解决上述问题。

本实用新型设有流体槽的碳浮密封环的基本结构，是在碳密封环中沿圆周等间距设置有开口于其同一侧端面的轴向内凹的引气槽，并在碳密封环内设置有可与各引气槽的内凹端相连通的环状贯通的均气槽。

上述结构的碳浮密封环使用时，碳密封环中所述引气槽开口侧的端面应朝向高温高压的水蒸气上游方向。由于所述的引气槽是只开口于碳密封环一侧的端面上，引气槽内侧为内凹的盲端，且其内侧的内凹端可经碳密封环内环状贯通的均气槽相互连通，因此当高温/高压水蒸汽由各引气槽开口进入并均匀进入均气槽后，均气槽与碳环下游侧的密封面阻止气体向低压区域泄漏，同时在均气槽内可产生一定的流体静压升压作用。由引气槽均匀进入均气槽后，均气槽与碳密封环下游端密封面可阻止气体向低压区域泄漏，同时在均气槽内产生一定的流体静压升压作用，且该均气槽还可以降低摩擦生热，可有效降低碳环与转子初始设计间隙，限制泄漏量。

在此结构基础上，为能获得更好的动压抬升性能，还可进一步在所述各引气槽的中部区域中，沿碳密封环径向方向相对的两侧壁面处，以相对于引气槽轴线的对称方式设置有一组沿径向凹入引气槽壁面的压气槽。所述压气槽的具体结构可以有不同的选择，以适应不同工况或实际需要。例如，所述的压气槽可以为在其内凹延伸方向上具有相同截面形式的孔道，或者可为在引气槽壁面开口部的截面大于其内凹延伸底部截面的具有锥度形式的孔道。在引气槽的中部区域再设有压气槽后，由于该压气槽呈对称分布，不仅提供一定流体静压作用，而且水蒸气在旋转轴旋转时可由引气槽进入压气槽，在压气槽的内凹延伸末端的气体可被压缩压力升高，除可具有设有引气槽和均气槽基本结构的作用外，还可增加额外的流体动压作用。因此，可以将碳密封环内孔与旋转轴间的泄漏间隙设计成零间隙或者更小的间隙，在静态时可控制泄漏；在动态时则在抬升力作用下，也可维持小间隙运转，到达较好的泄漏控制和长寿命要求。

另一方面，在所述均气槽轴向两侧的碳密封环的轴向厚度中，改变均气槽轴向两侧的碳密封环结构的轴向厚度，也会对碳密封环与旋转轴间的水蒸气泄漏间隙大小的调节产生影响。其中可优选采用的，是引气槽开口方向侧的厚度大于引气槽内凹端方向侧厚度的形式。