[发明专利]干式运行端面机械密封件

说明书

一种能够在低转速和高转速下形成长时间的直接接触密封而不会对密封面造成过度发热或磨损的干式运行机械密封件。定子面的后表面和安装板的相应表面都被研磨，以最大化直接接触热传递。轴周围区域的空气通过直接位于定子面后面的冷却环循环，并通过出口流出。在实施方式中，转子密封面上的扩大的扇形部或其他特征增强了密封面附近的空气湍流。在各种实施方式中，支撑动态垫圈的表面被抛光光滑，从而减小垫圈阻力，最小化密封面之间所需的压力，并减少摩擦发热。在实施方式中，转子密封面的形状被优化以使高压下的压力变形最小化。

相关申请

本申请要求2016年6月28日提交的美国申请No.15/194,826的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及旋转轴密封，更具体地，涉及干式运行机械轴密封。

背景技术

当容纳有流体的壳体(例如泵或涡轮机的壳体)被旋转轴穿透时，通常使用机械密封件来最小化工艺流体从壳体内部的泄漏。端面机械密封件(也称为机械面密封件)通常用于此目的。

机械密封件用于保持固定的“定子”密封面和旋转的“转子”密封面的平坦、平行表面之间的紧密间隔关系。这通常要求润滑剂或其他“缓冲物质”占据固定密封面和旋转密封面之间的小间隙，以便最小化摩擦发热和过早磨损。

在工艺流体为非润滑和/或危险的情况下，有时提供单独的加压润滑系统，其将液体润滑剂引入密封件中。以足够的压力施加润滑剂以使其通过密封件缓慢地泄漏到工艺流体中，从而防止工艺流体穿过密封件逸出到周围环境中。虽然这种方法非常有效，但它也很复杂且昂贵。

在工艺流体是具有适当润滑性质的液体的情况下，通过允许工艺流体进入密封并且慢慢地泄漏通过密封面，工艺流体本身通常用作密封润滑剂。该方法的优点是不需要单独、复杂和昂贵的润滑系统。然而，这种方法的缺点在于允许少量的工艺流体穿过密封件泄漏到周围环境中，这在工艺流体有害或者不合期望的情况下是不可接受的。

在这种情况下，一种方法是提供与主密封件串联的第二“干式”机械密封件，其将拦截缓慢泄漏的工艺流体并允许其被重新捕获而不会逃逸到环境中。这种干式机械密封件可以是“剥离(lift-off)”密封，其中转子和/或定子密封面包括在操作期间产生加压气垫的剥离特征，加压气垫填充两个密封面之间的小间隙，从而最小化摩擦、磨损和发热。图1中示出了这种装置的一个例子，其包括由工艺流体润滑的主机械密封件100，主机械密封件100与由空气垫润滑的辅助干式机械密封件102串联布置。该方法具有额外的优点，即，在主密封件100突然失效的情况下，辅助“干式”密封件102可以提供临时备用密封，从而在这种情况下为设备的操作员提供足够的时间来调用立即关闭和隔离程序，而不会允许工艺流体大量释放到大气中。

在一些应用中，例如在一些炼油厂中使用的离心泵，这种泵通常成对设置并且操作为使得在一个泵运行的同时使相同尺寸和类型的相邻泵保持在备用模式，通常该相邻泵的轴以非常低的速度旋转。在这种情况下，处于备用模式时的转速可能不足以使诸如图1所示的干式机械密封件102产生润滑气垫，从而使密封件在备用模式下运行，定子面和转子面直接机械接触。这可能导致转子密封面和定子密封面上的剥离特征损坏，使得即使它们随后切换到正常运行模式而在高的轴运行速度下它们也不再能够产生剥离缓冲垫。结果，当密封面随后以高的旋转速度操作时，密封面可能保持接触，这将导致密封面过热并快速磨损。

因此，需要一种干式运行机械密封件设计，其能够在低速和高速运行时长时间保持密封面直接接触而无需剥离特征，并且当密封件以高的轴速运行时不会对密封面造成过度发热或磨损。

发明内容

公开了一种干式运行机械密封件设计，其能够在低速和高速运行时长时间保持密封面直接接触而不包括剥离特征，并且当密封件以高轴速运行时不会对密封面造成过度发热或磨损。