[发明专利]抑制加压气体从机器内排放的机械密封组件和相关方法

说明书

一种带有可电子控制的托架负载的机械密封组件。组件包含固定到托架且由螺线管驱动的磁环。螺线管可向托架施加轴向力。可控制托架负载以通过部分地或完全地补偿由偏置机构提供的弹簧力来防止或减小缓慢滚转运行状态下主环与配合环之间的摩擦。可进一步控制托架负载以抑制密封件卡死。在实施例中，期望托架负载可由旋转速度确定。在实施例中，托架负载可基于传感器信号来确定。

相关申请

本申请要求享有于2017年5月15日提交的编号为62/506,196的美国临时申请和于2017年12月13日提交的编号为62/598,239的美国临时申请的权益，其中的每个由此通过引用并入本文中。

技术领域

本公开内容涉及机械密封件，特别是配置成密封旋转轴与静态壳体之间的连接的气体润滑的干式密封件，诸如在压缩机中。更特别地，它涉及一种电磁控制的托架，以减小密封面上的磨损。

背景技术

气体润滑的机械面密封件，诸如编号为5,222,743的美国专利和编号为5,496,047的美国专利(其公开内容通过引用并入本文中)中描述的那些，依靠累积在密封面之间的密封气体缓冲以便提供润滑，且从而抑制(inhibit)面之间的接触。在许多应用中，该润滑气体是通过由旋转轴传送的机械能来压缩或处理的过程气体或产物气体。取决于应用，此类密封件可设计成在最多达500巴的压力和最多达30000rpm的速度下操作。

非接触式干运行的机械密封件大体上包含一个或多个密封界面，该一个或多个密封界面由可固定到轴的配合(旋转)环和可固定到壳体的主(静止)环限定。密封界面部分地由布置成朝配合环推动主环的预载弹簧(或其它偏置机构)来保持。当轴不旋转或缓慢旋转时(即，分别在停止或缓慢滚转状态下)，弹簧通常具有足以推动主环与配合环实际接触的力。当轴的旋转速度足够高时，设在配合环中的凹槽产生足以将主环与配合环分离的流体动力，在两个环之间产生间隙，润滑气体可流过该间隙。阈值(或起离)速度取决于密封件设计的各种方面，但此类阈值大体上约200rpm。

在缓慢滚转状态下，流体动力不足以克服由偏置机构提供的弹簧力来分离主环和配合环，主环和配合环然后将抵靠彼此摩擦着旋转。该摩擦可导致过多的热量生成以及过早的密封件磨损。限制缓慢滚转状态下磨损的常规方法包含向密封面施加类金刚石碳(DLC)涂层。然而，DLC涂层需要额外的制造步骤，且可能不是对于所有应用都足够耐用的。

对于机械密封件紧要的另一个领域是卡死(hang-up)。卡死发生于主环变得卡在轴向位置中时，其中托架后的弹簧预载力不足以克服布置在平衡直径处的密封元件与托架之间非常高的摩擦。在密封系统不包含有效的气体调节单元使得污浊的碳氢化合物气体可迁移到气体密封件(其中它可在平衡直径密封元件区域中凝结和累积于托架的滑动表面上，抑制托架和主环的自由移动)的情况下，卡死尤其成问题。这可引起托架和主环卡(或“卡死”)在稳态位置中(导致在启动时大的密封面间隙和在壳加压时作为结果而产生的过多泄漏)或停止位置中(导致面接触和不可接受的面磨损)。

发明内容

本公开内容涉及一种机械密封组件(诸如带有可电磁控制的托架负载的干气密封件)，且包含由环形螺线管驱动的磁环，该磁环布置成调制托架上的轴向力。托架上的轴向力可调制以抵消偏置机构的弹簧负载。在实施例中，轴向力可减小在缓慢滚转运行状态下密封环之间的摩擦。在实施例中，轴向力可调制以防止托架卡死。螺线管可提供磁力来沿轴向推动磁环。磁环可操作地联接到托架，使得磁力操作成抵消偏置机构的预载弹簧力，以防止或减小主环朝密封件的配合环的推动。在实施例中，期望的轴向力可由旋转速度来确定。在实施例中，轴向力可基于传感器输入来确定。因为可控制托架环位置来减小或防止慢速下主环与配合环之间的摩擦接触，在实施例中不需要主环和配合环中的任一者或两者的DLC涂层。