[发明专利]密封高压燃气的螺旋槽密封系统

说明书

本发明涉及限制沿穿过诸如涡轮机或压缩机壳体的轴周围的流体漏的密封装置，尤其涉及到高压燃气的密封装置。

在本发明之前，密封诸如超过1200磅/吋²表压的高压氢气的各种气体的机械式密封装置，都属于一种采用二间隔端面的机械式密封装置。该系统属于“湿”接触式的，它必须由二间隔机械式密封装置之间被泵送的缓冲器液体来冷却和润滑。用于循环缓冲器液体（频繁地润滑）的系统包括各种泵、冷却器和储贮器，这就增加了结构的复杂性和费用。此外，各种机械式密封装置，即使具有复杂的支承系统，工作时间也很短。为了更换密封装置，该系统须要完全关闭。

机械式端面干工作气体密封装置可在无润滑情况下工作。在颁发给Josef    Sedy的并转让给现在的受让人的美国专利US-4，212，475中，表示和叙述了该密封装置，在这里是作为对比文件而引入的。

另一种密封装置采用美国专利US-4，212，475的学说创制一种在高压下输送诸如液化轻碳氢化合物的液体的设备中的密封装置。该型密封装置形成了对处于具有US-4，212，475中所述的螺旋沟槽的这类密封组件的密封面间的被密封流体进行切剪加热。

本发明的一个目的是要提供一种干气体端面密封装置，它特别适用于在例如超过1800磅/吋²表压的极高压力下输送各种轻气体的设备中，并且通过降低或分隔跨在二个或多个该种密封装置的压力来实现，而无须外部压力控制装置。由本发明人在这里所提出的解决方案是一连串各具一对密封面的组件，其中的一个密封面为螺旋沟槽型，横跨于其间有一可推算（计算）比例的压力降，它是通过改变每一组件中的密封面的几何参数（即沟槽尺寸）而获得的。因此，例如横跨在二个或多个分离组件上的压力降可被分配成大致相等比例，从而在无须外部控制器的情况下减轻了密封应力或过载。

本发明的另一目的是使压力下降或分隔，能简单地通过采用仅沟槽深度或密封坝宽度尺寸不同而断面大体相同的螺旋槽密封环很容易和廉价地来实现，问题只是蚀刻一些相似断面环来提供连续的压降级。可以有少至二个组件，可以有一前一后的三个，四个或甚至五个。

本发明针对特别适用于运输极高压力气体的压缩机的端面机械式密封系统。这是通过采用一种最好具有分别装于轴上及与压缩机或泵相关的壳体上的一个高压上游组件和一个中间组件及一个下游组件的密封装置来实现的。然而，本发明的原理可被引用到仅有二个组件的端面密封装置。每一密封组件具有一个固定于壳体上的主环和另一固定于轴上的配合环。这些环具有相反的径向延伸面，其中一个具有若干径向指向的、自其某一园周延伸的沿园周间隔的螺旋泵送沟槽。按照槽尺寸观点来看，暴露于最高压力的上游组件的沟槽有一予定的槽节流认为是最好的，而各下游组件的槽的尺寸大于上游组件的槽尺寸，因而收到较小节流效果。

在一种优选的结构形式中，通过添加下游组件的槽深度来实现减少节流。

图1是体现本发明的一个优选实施例的壳体和轴的轴向剖视图;

图2是本发明优选实施例的其中一个密封环的部分侧视图。

图1表示一个按本发明优选实施例制造的密封装置，以数字10来总体表示。该密封装置是用来密封在泵、压缩机或透平壳体中极高压力下的气体，例如超过约1800磅/吋²的氢气。虽然本发明在提到氢气时不时地被说成是液体，然而应当明瞭，通过适当改变和调节该系统来满足密封流体的基本参数也能输送极高压力下的其它气体或液体。

以12表示填料箱或壳体，它包围这些密封装置并提供轴通道14。轴16自壳体12内的高压腔18经轴通道伸到以19表示的大气中。

壳体内的密封装置组件是一种螺旋槽型轴向间隔机械式端面密封装置的串联结构，各自具有分别固定于壳体12和轴16的置对的环部。这些密封装置大体为在上面提到的US-4，213，475中所表示和叙述的那种。这些串联密封装置组件包括一个处于高压腔18内的上游或内密封组件20，至少一个中间密封组件22，并最好包括第三个下游或外密封组件24，后二者分别处于壳体内的环室21和23内。