專(zhuān)利名稱(chēng)：用于工業(yè)氣體渦輪壓縮機(jī)的密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于工業(yè)氣體渦輪壓縮機(jī)的密封裝置，該工業(yè)氣體渦輪壓縮機(jī)用于例如在制造硝酸時(shí)壓縮高腐蝕性氣體。
背景技術(shù)：
通常在按照奧斯特瓦爾德法工作的設(shè)備中實(shí)現(xiàn)制造濃度為50%至76%的硝酸。在此，按照單壓法或雙壓法工作的設(shè)備之間的區(qū)別在于在單壓法中，首先壓縮空氣到中壓(大約5bar)或高壓(大約12bar)，然后混入壓力下的氨氣并催化燃燒該混合物。冷卻后形成的氮氧化物被供以壓縮的二次空氣并被吸收在水溶液中，從而形成硝酸。剩余氣體被凈化、減壓并釋放到大氣中。在雙壓法中，在催化燃燒和隨后的冷卻之后進(jìn)行進(jìn)一步壓縮，以便可以在比燃燒 更高的壓力下進(jìn)行吸收。不僅是通常為空氣的進(jìn)氣的單級(jí)或多級(jí)壓縮、而且還有殘余氣體的減壓通常都是借助渦輪壓縮機(jī)或渦輪膨脹機(jī)實(shí)施的，所述渦輪壓縮機(jī)或渦輪膨脹機(jī)都是以相互功率耦合的方式工作的。在硝酸制造領(lǐng)域內(nèi)使用的工業(yè)氣體渦輪壓縮機(jī)的壓縮機(jī)殼體上，一般在相對(duì)較短的運(yùn)行時(shí)間之后，特別是在分離面上會(huì)出現(xiàn)氣體泄漏，這種氣體泄漏只能通過(guò)重新密封——例如通過(guò)在壓縮機(jī)的分離面上涂抹密封劑——來(lái)暫時(shí)地消除。這種泄漏在壓縮機(jī)殼體的高熱負(fù)荷(殼體入口溫度通常大約為20°C，殼體出口溫度通常大約為300°C)條件下出現(xiàn)。這種高熱負(fù)荷在壓縮機(jī)殼體的分離面上、即在壓縮機(jī)殼體部件密封連接的位置上導(dǎo)致熱翹曲，進(jìn)而導(dǎo)致間隙變大和壓縮機(jī)分離面泄漏。因此，在公知的壓縮機(jī)分離面上，含NO的氣體、即所謂的有害氣體隨著使用年限的增加可以更多地通過(guò)分離面逸出。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于提供一種密封裝置，該密封裝置特別用于制造氨氣時(shí)使用的工業(yè)氣體渦輪壓縮機(jī)的壓縮機(jī)分離面，該密封裝置保證盡可能持久地防止含NO的氣體向外泄漏。上述目的通過(guò)用于一至少兩部分式的容器的密封裝置得以實(shí)現(xiàn)，其中該密封裝置暴露于容器內(nèi)部的氣體壓力(Pi)之下，包括第一分離面，該第一分離面能設(shè)置成與一第二分離面密封接觸，以防止氣體在所述分離面之間從容器內(nèi)部逸出，在所述分離面之一中的位于一第一凹槽中的第一密封件，該第一密封件在該分離面的長(zhǎng)度上并且垂直于所述分離面之間的可能的氣體泄漏的方向延伸，在所述分離面之一中的位于一第二凹槽中的第二密封件，該第二密封件在該分離面的長(zhǎng)度上并且垂直于所述分離面之間的可能的氣體泄漏的方向，以及
設(shè)置在所述第一和第二凹槽之間的第三凹槽，該第三凹槽可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口利用氣體成分進(jìn)行加載。根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施方式，密封裝置此外還包括外部凹槽，該外部凹槽可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口被設(shè)置成處于相對(duì)于環(huán)境壓力減小的壓力下。出人意料的是，在操作測(cè)試的環(huán)境中發(fā)現(xiàn)，借助前述的密封裝置可以明顯減少、直到完全阻止氣體特別是含NO的腐蝕性氣體由渦輪壓縮機(jī)逸出。此外還發(fā)現(xiàn)，可以進(jìn)行多個(gè)啟動(dòng)循環(huán)而未觀察到分離面上的泄漏。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式，所述至少三個(gè)凹槽一即第一、第二、第三和第四凹槽(如果存在的話)——設(shè)置在下分離面上?！坝糜谝恢辽賰刹糠质降娜萜鞯拿芊庋b置，其中該密封裝置暴露于容器內(nèi)部的氣體壓力(Pi )之下”，在本發(fā)明的意義上特別是指，通過(guò)一分離面裝置將壓縮機(jī)殼體的兩個(gè)殼 體部件嚴(yán)密地、即沒(méi)有氣體泄漏或僅有少量氣體泄漏地相對(duì)于彼此密封的密封裝置。由此減少或者完全阻止含NO的有害氣體穿過(guò)壓縮機(jī)分離面裝置而逸出，容器部件在所述壓縮機(jī)分離面裝置上相互抵靠。密封裝置包括第一分離面和第二分離面，這兩個(gè)分離面以未詳細(xì)示出的方式與容器、特別是工業(yè)氣體渦輪壓縮機(jī)的底部或頂部連接。為有效減少、甚至完全阻止氣體由壓力下的容器內(nèi)部穿過(guò)分離面而逸出，分離面之一、優(yōu)選是下分離面至少具有第一、第二和第三凹槽。這至少三個(gè)凹槽優(yōu)選在該分離面的長(zhǎng)度上并且垂直于所述分離面之間的可能的氣體泄漏的方向延伸。換言之，所述分離面沿殼體、優(yōu)選是壓縮機(jī)殼體的外圍延伸。根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施方式，第一、第二和第三凹槽相互平行地定向。為了阻止氣體穿過(guò)分離面之間從容器內(nèi)部逸出，在第一凹槽和第二凹槽中設(shè)置第 一密封件和第二密封件。在第一凹槽和第二凹槽之間設(shè)置的第三凹槽可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口利用氣體成分進(jìn)行加載。如果通過(guò)至少一個(gè)開(kāi)口利用氣體成分加載第三凹槽，那么在裝配狀態(tài)下的密封裝置中，在第一密封件和第二密封件之間形成與這兩個(gè)密封件連接的并且處于壓力之下的密封氣室。氣體成分優(yōu)選涉及不活潑氣體/惰性氣體或者不活潑氣體/惰性氣體的混合物，該氣體成分特別優(yōu)選涉及氮?dú)狻８鶕?jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式，第一、第二和第三凹槽設(shè)置成朝向容器內(nèi)部，就是說(shuō)，這些凹槽相對(duì)于分離面的總寬度位于分離面的內(nèi)側(cè)三分之一上。根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明的密封裝置此外還包括外部凹槽，該外部凹槽相對(duì)于第一、第二和第三凹槽朝向分離面外側(cè)，也就是說(shuō)朝向分離面的外邊緣而設(shè)置。該外部凹槽可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口被設(shè)置成處于相對(duì)于環(huán)境壓力減小的壓力下。如果通過(guò)前述密封裝置仍然產(chǎn)生泄漏，那么外部凹槽使得可以通過(guò)抽吸排出逸出的氣體。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式，外部凹槽朝向容器外部設(shè)置，也就是說(shuō)，外部凹槽相對(duì)于分離面的總寬度位于分離面的外側(cè)三分之一上。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式，第一密封件和第二密封件包括聚四氟乙烯(PTFE)0根據(jù)本發(fā)明的一特別優(yōu)選的實(shí)施方式，第一和第二密封件是PTFE (聚四氟乙烯)密封件。也就是說(shuō)，第一和第二密封件由聚四氟乙烯制成。根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式，第一和第二密封件是各自100%由PTFE構(gòu)成的PTFE 繩。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，第一或第二凹槽的容積比第一或第二密封件的體積小10%至30%，優(yōu)選小15%至25%，特別優(yōu)選小20%。所述密封件的體積因此大于凹槽的容積，由此在裝配狀態(tài)下密封件的一部分伸出凹槽，并且伸進(jìn)、或者在相對(duì)較高的溫度下甚至可能流進(jìn)在第一和第二分離面之間已經(jīng)存在的或者由于熱負(fù)荷而產(chǎn)生的翹曲區(qū)域或間隙中。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，所述至少兩部分式的容器涉及用于工業(yè)氣體渦輪壓縮機(jī)的殼體，特別地涉及在制造硝酸時(shí)使用的工業(yè)氣體渦輪壓縮機(jī)的殼體。分離面或殼體部件在此優(yōu)選由奧氏體制成。第一、第二和第三凹槽的尺寸可以在很寬的范圍上變化。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，第一、第二和第三凹槽相互獨(dú)立地具有在I. 5mm至8mm范圍內(nèi)、優(yōu)選在3mm至6mm范圍內(nèi)、特別優(yōu)選為大約4mm的寬度。第一、第二和第三凹槽的深度同樣可以在很寬的范圍上變化，一般在I. 2mm至7mm范圍內(nèi)，優(yōu)選在2mm至5. 5mm范圍內(nèi)，特別優(yōu)選地深度約為3mm。 外部凹槽的尺寸同樣可以在很寬的范圍上變化，通常其寬度在6mm至14mm范圍內(nèi)，優(yōu)選在8mm至12mm范圍內(nèi)，其深度在6mm至20mm范圍內(nèi)，優(yōu)選深度在8mm至16mm范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，第一和第二分離面可以設(shè)置為密封接觸，也就是說(shuō)，分離面通過(guò)連接裝置例如螺紋聯(lián)接件或螺栓的緊固而相互壓靠，由此在與第一密封件和第二密封件的相互作用中獲得近似氣密的密封裝置。此外本發(fā)明還涉及一種用于制造密封裝置的方法，該密封裝置特別用于在制造硝酸時(shí)使用的工業(yè)氣體渦輪壓縮機(jī)，該方法包括下列步驟(a)提供如前所述的密封裝置，(b)擰緊連接裝置，特別是螺紋聯(lián)接件或螺栓，以將所述分離面壓合在一起，(C)利用壓力在2barg至15barg范圍內(nèi)的氣體成分加載第三凹槽,所述壓力優(yōu)選在2barg至15barg范圍內(nèi)，特別優(yōu)選大約為IObarg,以及(d)加熱所述密封裝置到220°C至350°C范圍內(nèi)的溫度，優(yōu)選到250°C至300°C范圍內(nèi)的溫度。在方法步驟(a)中提供如前所述的密封裝置。這就是說(shuō)，提供如前所述的至少兩部分式的容器，其優(yōu)選涉及在制造硝酸時(shí)使用的壓縮機(jī)的壓縮機(jī)殼體。容器的所述至少兩部分通過(guò)包括第一分離面和第二分離面的至少一個(gè)分離面設(shè)置為密封接觸，以防止氣體在所述分離面之間從容器中逸出。在此，在第一和第二分離面之間設(shè)置有在所述分離面之一中的位于一第一凹槽中的第一密封件，該第一密封件在該分離面的長(zhǎng)度上并且垂直于所述分離面之間的可能的氣體泄漏的方向延伸，此外還設(shè)置有在所述分離面之一中的位于一第二凹槽中的第二密封件，該第二密封件在該分離面的長(zhǎng)度上并且垂直于所述分離面之間的可能的氣體泄漏的方向延伸。此外還在第一和第二凹槽之間設(shè)置有第三凹槽，該第三凹槽可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口利用氣體成分進(jìn)行加載。在方法步驟(b)中，在提供所述密封裝置之后，相互夾緊或壓緊第一和第二分離面，以獲得盡可能密封的分離面。在此，夾緊優(yōu)選通過(guò)擰緊連接裝置例如螺紋聯(lián)接件或螺栓而實(shí)現(xiàn)。在隨后的方法步驟(C)中，利用壓力在2barg至15barg范圍內(nèi)的氣體成分加載位于第一和第二凹槽之間的第三凹槽，也就是說(shuō)，在第一和第二密封件之間的區(qū)域內(nèi)施加壓力。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式，氣體成分涉及氮?dú)?。在隨后的方法步驟(d)中，密封裝置被加熱到220°C至350°C范圍內(nèi)的溫度。在此，加熱通常通過(guò)啟動(dòng)渦輪壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)，但是也可以通過(guò)引入熱氣體而進(jìn)行。在加熱密封裝置期間，優(yōu)選在啟動(dòng)壓縮機(jī)期間，該至少兩部分式的容器的部件承受高熱負(fù)荷，由此特別在分離面的范圍內(nèi)導(dǎo)致分離面材料熱翹曲，隨后可能導(dǎo)致分離面上的泄漏。有利地是，在第一和第二密封件之間的中間區(qū)域內(nèi)施加的壓力和溫度的升高會(huì)導(dǎo)致密封件流入啟動(dòng)期間產(chǎn)生的翹曲區(qū)域中，由此在啟動(dòng)壓縮機(jī)時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)密的密封裝置。特別是在使用PTFE密封件時(shí)，在溫度>200°C時(shí)觀察到密封件的流動(dòng)，這種流動(dòng)導(dǎo)致分離面之間的新形成的翹曲區(qū)域的嚴(yán)密密封。由此可以有利地提供一種用于密封至少兩部分式的容器的非常動(dòng)態(tài)的方法。本發(fā)明此外還涉及一種按照前述方法制造的密封裝置。已經(jīng)證明，特別有利的是提供一種密封裝置，其中第一和第二密封件是PTFE密封件，其體積比第一或第二凹槽的容積大10%至30%。由此以特別有利的方式確保在方法步驟 (d)中，即在加熱密封裝置或在啟動(dòng)渦輪壓縮機(jī)期間，PTFE密封件的材料可以流入第一和第二分離面之間的新形成的翹曲區(qū)域。這種流入特別是通過(guò)在兩個(gè)密封件之間發(fā)生的過(guò)壓力而實(shí)現(xiàn)的。在此，特別用到PTFE的在較高溫度下的流動(dòng)特性來(lái)制造密封連接。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式，在方法步驟(e)中，在外部的第四凹槽上施加-0. 04bar至-0. 05bar范圍內(nèi)的負(fù)壓，以通過(guò)抽吸作用排出任何逸出的氣體。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式，與外部凹槽連接的至少一個(gè)開(kāi)口在抽吸側(cè)連接到NO負(fù)壓壓縮機(jī)，通過(guò)該NO負(fù)壓壓縮機(jī)施加所述負(fù)壓。


下述示例和附圖用于闡明本發(fā)明。其中圖I示出分離面2的俯視圖，圖2示出分離面2的俯視圖，圖3示出根據(jù)本發(fā)明的密封裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖I和圖2示出工業(yè)氣體渦輪壓縮機(jī)的殼體底部11的分離面2?？梢钥吹降谝幻芊饧?和第二密封件6，在這兩個(gè)密封件之間設(shè)置有可以利用氮?dú)饧虞d的第三凹槽8。此外還示出了外部凹槽10，可通過(guò)該外部凹槽經(jīng)由開(kāi)口 20排出可能出現(xiàn)的含NO的有害氣體。此外可以看到用于接納連接元件18、例如螺栓19的開(kāi)口。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的密封裝置的示意圖。該密封裝置位于工業(yè)氣體渦輪壓縮機(jī)13的殼體底部11和殼體頂部12之間，該工業(yè)氣體渦輪壓縮機(jī)例如在制造硝酸時(shí)使用。此處示出了具有第一分離面2和第二分離面3的密封裝置。在這兩個(gè)分離面3、2之間有一個(gè)間隙開(kāi)口 14，在運(yùn)行工業(yè)氣體渦輪壓縮機(jī)期間，含NO的工業(yè)氣體可能通過(guò)該間隙開(kāi)口由工業(yè)氣體側(cè)15流向大氣16。為了避免這種情況，在第一凹槽5和第二凹槽7中分別設(shè)置第一和第二密封件4、6，并且對(duì)這兩個(gè)密封件4、6之間的中間區(qū)域通過(guò)第三凹槽8利用大約IObarg的壓力下的氮?dú)?7進(jìn)行加載。如圖3的示意圖中所示，在第一密封件4和第二密封件6之間的中間區(qū)域內(nèi)的氮?dú)膺^(guò)壓力導(dǎo)致由第一凹槽7伸出的第二密封件6的密封件材料流入已經(jīng)存在的或產(chǎn)生的翹曲區(qū)域中并因此導(dǎo)致壓縮機(jī)分離面的密封。由第一凹槽5伸出的第一密封件4的密封件材料在此用于制造第一密封件4和第二密封件6之間的盡可能閉合的空間。如圖3所示，間隙開(kāi)口 14根據(jù)期望朝向工業(yè)氣體側(cè)15開(kāi)口，因?yàn)橛糜谶B接分離面2、3的螺栓(未示出)通常設(shè)置成朝向大氣側(cè)。此外圖3中還示出了外部凹槽10，該外部凹槽使得能夠通過(guò)抽吸作用排出穿過(guò)第二密封件6的任何氣體。流入的氮?dú)馀c溫度之間的相互作用會(huì)通過(guò)第二密封件6的材料的向已經(jīng)存在的或產(chǎn)生的泄露或翹曲區(qū)域中的流入而動(dòng)態(tài)地密封所述泄漏或翹曲區(qū)域；在啟動(dòng)壓縮機(jī)時(shí)，所述溫度由大約20°C直接升高到高達(dá)300°C。附圖標(biāo)記列表
I 容器2分離面(底部)3分離面(頂部)4第一密封件5第一凹槽6第二密封件7第二凹槽8第三凹槽9用于氮?dú)獾拈_(kāi)口10外部凹槽11殼體底部12殼體頂部13工業(yè)氣體渦輪壓縮機(jī)14間隙開(kāi)口15工業(yè)氣體側(cè)16大氣側(cè)17 氣氣，IObarg18螺紋孔19螺栓/聯(lián)接螺栓20位于外部凹槽中的用于通過(guò)抽吸作用進(jìn)行排出的開(kāi)口
權(quán)利要求
1.用于至少兩部分式的容器(I)的密封裝置，其中該密封裝置暴露于容器內(nèi)部的氣體壓力(Pi)之下，包括第一分離面(2)，該第一分離面能設(shè)置成與一第二分離面(3)密封接觸，以防止氣體在所述分離面之間從容器(I)中逸出， 在所述分離面(2，3)之一中的位于一第一凹槽(5)中的第一密封件(4)，該第一密封件在該分離面的長(zhǎng)度上并且垂直于所述分離面(2，3)之間的可能的氣體泄漏的方向延伸， 在所述分離面(2，3 )之一中的位于一第二凹槽(7 )中的第二密封件(6 )，該第二密封件在該分離面的長(zhǎng)度上并且垂直于所述分離面(2，3)之間的可能的氣體泄漏的方向延伸，以及 設(shè)置在所述第一和第二凹槽(5，7)之間的第三凹槽(8)，該第三凹槽可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口(9)利用氣體成分進(jìn)行加載。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的密封裝置，還包括一外部凹槽(10)，該外部凹槽可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口被設(shè)置成處于相對(duì)于環(huán)境壓力減小的壓力下。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的密封裝置，其中，所述第一和第二密封件(4，6)是PTFE密封件。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一權(quán)利要求所述的密封裝置，其中，第一或第二凹槽(5，7)的容積比第一或第二密封件(4，6)的容積小10%至30%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一權(quán)利要求所述的密封裝置，其中，所述至少兩部分式的容器(I)是用于工業(yè)氣體渦輪壓縮機(jī)的殼體。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一權(quán)利要求所述的密封裝置，其中，所述第一和第二密封件(4，6)是 PTFE 繩。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一權(quán)利要求所述的密封裝置，其中，所述第一、第二和第三凹槽(5，7，8)相互獨(dú)立地具有在I. 5mm至8mm范圍內(nèi)的寬度和在I. 2mm至7mm范圍內(nèi)的深度。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7中任一權(quán)利要求所述的密封裝置，其中，所述外部凹槽(10)具有在6mm至14mm范圍內(nèi)的寬度和在6mm至20mm范圍內(nèi)的深度。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任一權(quán)利要求所述的密封裝置，其中，所述分離面(2，3)可以通過(guò)至少一個(gè)螺紋聯(lián)接件密封壓合在一起。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至Θ中任一權(quán)利要求所述的密封裝置，其中，所述分離面由奧氏體制成。
11.用于制造密封裝置的方法，包括下列步驟 (a)提供根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一權(quán)利要求所述的密封裝置， (b)擰緊螺紋聯(lián)接件以將所述分離面壓合在一起， (C)利用壓力在2barg至15barg范圍內(nèi)的氣體成分加載所述第三凹槽，以及 Cd)加熱所述密封裝置到220°C至350°C范圍內(nèi)的溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第三凹槽在步驟(c)中利用氮?dú)饧虞d。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其中，在步驟(e)中，向所述外部凹槽施加在-O. 04bar至-O. 05bar范圍內(nèi)的負(fù)壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求11、12或13所述的方法，其中，在啟動(dòng)工業(yè)氣體渦輪壓縮機(jī)期間加熱所述密封裝置。
15.按照權(quán)利要求11至14中任一權(quán)利要求所述的方法制成的密封裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于工業(yè)氣體渦輪壓縮機(jī)的密封裝置，該工業(yè)氣體渦輪壓縮機(jī)例如在制造硝酸時(shí)用于壓縮高腐蝕性氣體，該密封裝置包括第一分離面，該第一分離面能設(shè)置成與一第二分離面密封接觸，以防止氣體穿過(guò)所述分離面之間從容器內(nèi)部逸出；在所述分離面之一中的位于一第一凹槽中的第一密封件，該第一密封件在該分離面的長(zhǎng)度上并且垂直于所述分離面之間的可能的氣體泄漏的方向延伸；在所述分離面之一中的位于一第二凹槽中的第二密封件，該第二密封件在該分離面的長(zhǎng)度上并且垂直于所述分離面之間的可能的氣體泄漏的方向延伸；以及設(shè)置在第一和第二凹槽之間的第三凹槽，該第三凹槽可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口利用氣體成分進(jìn)行加載。
文檔編號(hào)B01J3/03GK102711976SQ201080061940
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者G·卡烏里斯, R·倫茨, T·勞布舍爾, U·克呂格爾, U·本茨 申請(qǐng)人:巴斯夫歐洲公司