專利名稱：組合式浮環(huán)密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)軸的密封裝置，特別涉及一種組合式浮環(huán)密封裝置，用于離心式壓縮機等旋轉(zhuǎn)機械的軸端密封裝置。
浮環(huán)密封裝置是離心式壓縮機等旋轉(zhuǎn)機械的一種傳統(tǒng)密封裝置。“化工密封技術(shù)”一書對浮環(huán)密封裝置有詳細的描述(胡國楨等主編，化學工業(yè)出版社，1990.9)。旋轉(zhuǎn)機械內(nèi)部如果是比大氣壓力高的有毒、易燃、易爆等危險性氣體，為防止該被密封氣體沿旋轉(zhuǎn)軸泄漏到大氣中，在旋轉(zhuǎn)機械的機殼與旋轉(zhuǎn)軸之間裝有浮環(huán)密封裝置，該裝置包括中心帶孔的密封腔體，密封腔體置于機殼內(nèi)，旋轉(zhuǎn)軸穿過密封腔體的孔，旋轉(zhuǎn)軸上固定有軸套，軸套上裝有環(huán)狀的內(nèi)、外浮環(huán)，并留有間隙，內(nèi)浮環(huán)位于靠近被密封氣體一側(cè)，外浮環(huán)位于靠近大氣一側(cè)，密封腔體內(nèi)通入高于被密封氣體壓力的密封油。當旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，密封油在軸套與浮環(huán)之間的間隙中形成油膜，該油膜將浮環(huán)浮起，避免與軸套接觸，滿足無磨損。長壽命的要求內(nèi)浮環(huán)的內(nèi)孔壁為一段光滑的壁面，與軸套之間的半徑間隙一般為0.03—0.10mm，該間隙內(nèi)的油膜的壓力高于被密封氣體的壓力，故能阻止被密封氣體沿間隙漏出，從而達到密封的目的。與此同時，油膜內(nèi)的油沿間隙流入被密封氣體一側(cè)，這就是密封油的內(nèi)泄漏，應(yīng)盡量減少密封油的內(nèi)泄漏。而外浮環(huán)與軸套之間的半徑間隙一般為0.10—0.30mm，絕大部分密封油經(jīng)過此間隙返回到密封油箱，同時把油膜內(nèi)摩擦生成的熱量帶走。浮環(huán)密封裝置能夠正常工作的先決條件是進入該裝置的密封油壓力高于被密封氣體的壓力。二者之間的差值，即進入內(nèi)浮環(huán)的密封油壓力與被密封氣體壓力之差稱為油氣壓差，其值一般為0.03—0.06MPa。但是，在實際運行中油氣壓差會有波動，一旦油氣壓差降低為0或負值，即進入內(nèi)浮環(huán)的密封油壓力等于或低于被密封氣體的壓力時，則被密封氣體將沿著內(nèi)浮環(huán)與軸套之間的間隙進入密封腔體，破壞了油膜，則浮環(huán)失去浮動性，與旋轉(zhuǎn)的軸套接觸，形成劇烈的摩擦，產(chǎn)生的熱量將浮環(huán)破壞，造成被密封氣體外泄漏，密封失效，危及生產(chǎn)安全。
本發(fā)明的目的在于提供一種組合式浮環(huán)密封裝置，克服上述浮環(huán)密封裝置的不足，當油氣壓差降低為0或負值時，該組合式浮環(huán)密封裝置仍然能夠正常運行，同時，又能降低密封油的內(nèi)泄漏量。
本明的目的是這樣實現(xiàn)的一種組合式浮環(huán)密封裝置包括密封腔體、端蓋、內(nèi)浮環(huán)、外浮環(huán)、軸套；底部中心有孔的桶狀密封腔體與中心有孔的盤狀端蓋連為一體，置于旋轉(zhuǎn)機械的機殼內(nèi)，旋轉(zhuǎn)機械的旋轉(zhuǎn)軸穿過密封腔體和端蓋的孔，旋轉(zhuǎn)軸上固定有軸套，軸套上裝有環(huán)狀的內(nèi)浮環(huán)和外浮環(huán)，內(nèi)浮環(huán)孔和外浮環(huán)孔與軸套之間均有間隙，內(nèi)浮環(huán)位于靠近被密封氣體的一側(cè)，其一個端面與端蓋的內(nèi)端面同心地相互貼合，外浮環(huán)位于靠近大氣的一側(cè)，其一個端面與密封腔體的內(nèi)端面同心地相互貼合，其特征是該密封裝置內(nèi)具有增壓段、浮升段和防漏段，增壓段位于靠近內(nèi)浮環(huán)的密封油入口側(cè)，防漏段位于內(nèi)浮環(huán)內(nèi)孔的靠近被密封氣體側(cè)，浮升段位于增壓段和防漏段之間。
本發(fā)明的優(yōu)點是當油氣壓差下降時，增壓段將進入內(nèi)浮環(huán)的密封油升壓，使浮升段油氣壓差始終保持為正值，浮升段產(chǎn)生穩(wěn)定的浮升力，防止油膜被破壞，擴大安全運行范圍；另外，防漏段阻止密封油向被密封氣體側(cè)泄漏，從而降低密封油內(nèi)泄漏量。
為便于敘述和理解本發(fā)明，作出這樣的規(guī)定1.正常情況下進入內(nèi)浮環(huán)的密封油的壓力高于被密封氣體的壓力，密封油將沿內(nèi)浮環(huán)孔與軸套之間的間隙泄漏到被密封氣體一側(cè)。在本發(fā)明的內(nèi)浮環(huán)孔的內(nèi)表面上有螺旋槽，當螺旋槽的功能是阻止密封油向被密封氣體側(cè)泄漏時，該螺旋槽稱為正向螺旋槽；當螺旋槽的功能是使油氣壓差升高時，該螺旋槽稱為反向螺旋槽。
2.同心地相互對峙并有間隙的二個圓環(huán)面中一個旋轉(zhuǎn)、一個靜止，構(gòu)成離心間隙，間隙中有密封油，當離心間隙的功能是阻止密封油向被密封氣體側(cè)泄漏時，該離心間隙稱為正向離心間隙；當離心間隙的功能是使油氣壓差升高時，該離心間隙稱為反向離心間隙。
3.本發(fā)明所述的“油氣壓差降低為0或負值”中的負值范圍規(guī)定為[0-(-0.03)]MPa。


圖1是一種組合式浮環(huán)密封裝置的縱向剖視圖。
圖2是圖1所示的組合式浮環(huán)密封裝置的壓力分布示意圖。
圖3是另一種組合式浮環(huán)密封裝置的縱向剖視圖。
圖4是圖3所示的組合式浮環(huán)密封裝置的壓力分布示意圖。
圖5是又一種組合式浮環(huán)密封裝置的縱向剖視圖。
圖6是圖5所示的組合式浮環(huán)密封裝置的壓力分布示意圖。
現(xiàn)結(jié)合附圖所表示的實施例進行詳細說明。
一種組合式浮環(huán)密封裝置包括密封腔體、端蓋、內(nèi)浮環(huán)、外浮環(huán)、軸套；底部中心有孔的桶狀密封腔體與中心有孔的盤狀端蓋連為一體，置于旋轉(zhuǎn)機械的機殼內(nèi)，旋轉(zhuǎn)機械的旋轉(zhuǎn)軸穿過密封腔體和端蓋的孔，旋轉(zhuǎn)軸上固定有軸套，軸套上裝有環(huán)狀的內(nèi)浮環(huán)和外浮環(huán)，內(nèi)浮環(huán)孔和外浮環(huán)孔與軸套之間均有間隙，內(nèi)浮環(huán)位于靠近被密封氣體的一側(cè)，其一個端面與端蓋的內(nèi)端面同心地相互貼合，外浮環(huán)位于靠近大氣的一側(cè)，其一個端面與密封腔體的內(nèi)端面同心地相互貼合，其特征是該密封裝置內(nèi)具有增壓段、浮升段和防漏段，增壓段位于靠近內(nèi)浮環(huán)的密封油入口側(cè)，防漏段位于內(nèi)浮環(huán)內(nèi)孔的靠近被密封氣體側(cè)，浮升段位于增壓段和防漏段之間。
圖1是一種組合式浮環(huán)密封裝置的縱向剖視圖。其特征是內(nèi)浮環(huán)孔的內(nèi)表面依次由反向螺旋槽、光滑段和正向螺旋槽組成，三者的內(nèi)徑相同，與等外徑的軸套的外表面相對，并有間隙；其中，反向螺旋槽為增壓段，正向螺旋槽為防漏段，光滑段為浮升段。
該組合式浮環(huán)密封裝置中，底部中心有孔的桶狀密封腔體1與中心有孔的盤狀端蓋2連為一體，置于旋轉(zhuǎn)機械的機殼6內(nèi)，旋轉(zhuǎn)機械的旋轉(zhuǎn)軸7穿過密封腔體1和端蓋2的孔，旋轉(zhuǎn)軸7上固定有軸套5，軸套5上裝有環(huán)狀的內(nèi)浮環(huán)3和外浮環(huán)4，內(nèi)浮環(huán)3的內(nèi)孔和外浮環(huán)4的內(nèi)孔與軸套5之間均有間隙，內(nèi)浮環(huán)3位于靠近被密封氣體8的一側(cè)，內(nèi)浮環(huán)3的一個端面9與端蓋2的內(nèi)端面10同心地相互貼合，外浮環(huán)4位于靠近大氣11的一側(cè)，外浮環(huán)4的一個端面12與密封腔體1的內(nèi)端面13同心地相互貼合。其特征是內(nèi)浮環(huán)3的內(nèi)孔的內(nèi)表面依次由反向螺旋槽14、光滑段15和正向螺旋槽16組成，該三段內(nèi)表面的直徑相同，與等外徑的軸套5的外圓面相對并有間隙，其中，反向螺旋槽14為增壓段，位于靠近內(nèi)浮環(huán)3的密封油入口側(cè)；正向螺旋槽16為防漏段，位于靠近被密封氣體8的一側(cè)。光滑段15為浮升段，位于上述增壓段和防漏段之間。
正、反向螺旋槽就是在內(nèi)浮環(huán)3內(nèi)孔的內(nèi)表面上的兩段螺旋槽，二者的旋向相反，由于密封油具有粘性，當軸套隨旋轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)時，螺旋槽對其槽內(nèi)的密封油具有泵汲作用。從密封腔體1的進油口17處通入壓力高于被密封氣體壓力的密封油，當旋轉(zhuǎn)軸7帶動軸套5轉(zhuǎn)動時，正、反向螺旋槽都是朝向光滑段15的方向泵汲密封油，設(shè)進入內(nèi)浮環(huán)的密封油的壓力為Pa，被密封氣體的壓力為Pe，參見圖2，該圖為圖1所示的組合式浮環(huán)密封裝置的壓力分布示意圖。橫座標表示內(nèi)浮環(huán)3的內(nèi)孔的座標，它由三段組成，依次為反向螺旋槽14、光滑段15和正向螺旋槽16，縱座標表示上述三段內(nèi)表面處的密封油壓力。
正常情況下密封油進入內(nèi)浮環(huán)3的油氣壓差ΔPa＝Pa－Pe＝0.05MPa，其中Pa為密封油進入內(nèi)浮環(huán)3的壓力，Pe為被密封氣體的壓力，(參見圖2)。密封油進入內(nèi)浮環(huán)3處以a點表示，反向螺旋槽14為增壓段，在設(shè)計上使反向螺旋槽14將進入內(nèi)浮環(huán)的密封油升壓0.05MPa，達到圖2中的b點，該點b表示反向螺旋槽14與光滑段15的交界處，則光滑段的油氣壓差為ΔPb＝Pb－Pe＝0.05＋0.05＝0.10MPa，其中Pb為光滑段的密封油壓力；由于光滑段15與軸套5之間有間隙，密封油在間隙中形成油楔，將內(nèi)浮環(huán)3浮起，使內(nèi)浮環(huán)3與軸套5自動對中，始終保持有間隙，避免與旋轉(zhuǎn)的軸套5接觸，這與現(xiàn)有的浮環(huán)密封裝置中的內(nèi)浮環(huán)的作用相同；同時，由于間隙中密封油的壓力高于被密封氣體的壓力，防止被密封氣體進入該間隙，保證密封裝置安全運行。而防漏段—正向螺旋槽16則將流出光滑段15的密封油向光滑段15的方向泵汲，防止密封油泄漏，并且正向螺旋槽16的長度大于反向螺旋槽14的長度，完全能平衡上述的ΔPb＝0.10MPa的油氣壓差。圖2中的c點，該點表示正向螺旋槽16與光滑段15的交界處；圖2中的d點為正向螺旋槽16中油氣壓差為零的一點，e點則為正向螺旋槽16的端點，由于在設(shè)計上使正向螺旋槽16的實際長度ce段大于平衡油氣壓差ΔPb所需要的最低長度cd段，因此，從理論上講，密封油的內(nèi)泄漏量為零。壓力分布見圖2的曲線abcde。
當進入內(nèi)浮環(huán)3的密封油壓力下降0.05MPa，即進入內(nèi)浮環(huán)3的密封油的壓力Pa′等于被密封氣體的壓力Pe時(圖2中的a′、e點)，密封油進入內(nèi)浮環(huán)3的油氣壓差ΔPa′＝Pa′－Pe＝0MPa，由于增壓段—反向螺旋槽14將進入內(nèi)浮環(huán)的密封油升壓0.05MPa(圖2中的b′點)，則光滑段15的油氣壓差為ΔPb′＝Pb′－Pe＝0＋0.05＝0.05MPa，由于光滑段15與軸套5之間有間隙，密封油在間隙中形成油楔，將內(nèi)浮環(huán)3浮起，避免與旋轉(zhuǎn)的軸套5接觸，同時，由于間隙中密封油的壓力高于被密封氣體的壓力，防止被密封氣體進入該間隙，保證密封裝置安全運行。由此可見，當密封進油的壓力與被密封氣體的壓力之差ΔPa′降為零時，該密封裝置仍能安全運行。而防漏段—正向螺旋槽16則將流出光滑段15的密封油向光滑段15的方向泵汲，防止密封油泄漏，并且正向螺旋槽16的長度大于反向螺旋槽14的長度，完全能平衡上述的ΔPb′＝0.05MPa的油氣壓差(圖2中的c′點)，因此密封油的內(nèi)泄漏量減少，從理論上講，密封油的內(nèi)泄漏量為零。壓力分布見圖2的曲線a′b′c′d′e。
當進入內(nèi)浮環(huán)3的密封油的壓力Pa″小于被密封氣體的壓力Pe(圖2中的a″.e點)，例如，ΔPa″＝Pa″－Pe＝(-0.02)MPa，出現(xiàn)了負的油氣壓差時，由于增壓段—反向螺旋槽14將進入的密封油升壓0.05MPa(圖2中的b″點)，光滑段15的油氣壓差為ΔPb″＝Pb″－Pe＝(-0.02)＋0.05＝0.03MPa，仍為正的油氣壓差；由于光滑段15與軸套5之間有間隙，密封油在間隙中形成油楔，將內(nèi)浮環(huán)3浮起，避免與旋轉(zhuǎn)的軸套5接觸，同時，由于間隙中密封油的壓力高于被密封氣體的壓力，防止被密封氣體進入該間隙，保證密封裝置安全運行。此時，該密封裝置還是處于安全運行范圍。而防漏段—正向螺旋槽16則將流出光滑段15的密封油向光滑段15的方向泵汲，防止密封油泄漏，并且正向螺旋槽16的長度大于反向螺旋槽14的長度，完全能平衡上述的ΔPb″＝0.03MPa的油氣壓差(圖2中的c″點)，因此密封油的內(nèi)泄漏量減少，從理論上講，密封油的內(nèi)泄漏量為零。壓力分布見圖2的曲線a″b″c″d″e。
一般，反向螺旋槽14的軸向長度為4—20mm，正向螺旋槽16的軸向長度是反向螺旋槽14的軸向長度的二至五倍。
正、反向螺旋槽都是多頭螺紋，螺紋頭數(shù)2—60個。最佳范圍10—30個。
螺旋槽的螺旋角一般為2°—30°，最佳范圍為5°—20°。
綜上所述，該組合式浮環(huán)密封裝置是浮環(huán)密封與螺旋密封的組合，它兼有二者的優(yōu)點浮環(huán)密封的自動對中作用以及螺旋密封的泵汲作用，提高了密封裝置對油氣壓差波動的適應(yīng)性，擴大了安全工作范圍，并且可使密封油的內(nèi)泄漏量降低。
圖3是另一種組合式浮環(huán)密封裝置的縱向剖視圖。其特征是軸套上有圓柱形的凸臺結(jié)構(gòu)，該凸臺的一個端面與一個靜止零件的一個端面相對，并有間隙，構(gòu)成反向離心間隙，該反向離心間隙為增壓段；內(nèi)浮環(huán)孔的內(nèi)表面由光滑段和正向螺旋槽組成，光滑段的內(nèi)徑大于正向螺旋槽的內(nèi)徑，二者之間用圓環(huán)面相連，形成內(nèi)孔臺階，該臺階與上述軸套的凸臺的另一個端面相對，并有間隙，構(gòu)成正向離心間隙，該正向離心間隙為防漏段的一部分；內(nèi)浮環(huán)孔的內(nèi)表面上的正向螺旋槽則為防漏段的另一部分；內(nèi)浮環(huán)孔的內(nèi)表面上的光滑段與上述軸套凸臺的外圓面相對并有間隙，為浮升段。
該組合式浮環(huán)密封裝置中，中心有孔的桶狀密封腔體21與中心有孔的盤狀端蓋22連為一體，置于旋轉(zhuǎn)機械的殼體26內(nèi)，旋轉(zhuǎn)機械的旋轉(zhuǎn)軸27穿過密封腔體21和端蓋22的孔，旋轉(zhuǎn)軸27上固定有軸套25，軸套25上裝有環(huán)狀的內(nèi)浮環(huán)23和外浮環(huán)24，內(nèi)浮環(huán)23的內(nèi)孔和外浮環(huán)24的內(nèi)孔與軸套25之間均有間隙，內(nèi)浮環(huán)23位于靠近被密封氣體28的一側(cè)，內(nèi)浮環(huán)23的一個端面29與端蓋22的內(nèi)端面30同心地相互貼合，外浮環(huán)24位于靠近大氣31的一側(cè)，外浮環(huán)24的一個端面32與密封腔體21的內(nèi)端面33同心地相互貼合。該密封的特征是軸套25上有圓柱形凸臺結(jié)構(gòu)36，該凸臺36的一個端面37與一個靜止零件彈簧座38的一個端面39同心地相對，并有間隙，構(gòu)成反向離心間隙40，該反向離心間隙40為增壓段；內(nèi)浮環(huán)23的內(nèi)孔的內(nèi)表面依次由光滑段34、正向螺旋槽35組成，其中正向螺旋槽35位于靠近被密封氣體28的一側(cè)；光滑段34的直徑大于正向螺旋槽35的直徑，兩者之間用圓環(huán)面相連，構(gòu)成內(nèi)孔臺階42，該臺階42與上述軸套25上的凸臺結(jié)構(gòu)36的另一個端面41相對，并有間隙，構(gòu)成正向離心間隙43，該正向離心間隙43為防漏段的一部分；靠近被密封氣體側(cè)的內(nèi)浮環(huán)23的內(nèi)表面上的正向螺旋槽35為防漏段的另一部分；內(nèi)浮環(huán)23內(nèi)孔上的光滑段34與上述軸套凸臺36的外圓面44相對，并有間隙，為浮升段。
正、反向離心間隙就是由相對排列并有間隙的二個同心圓環(huán)面構(gòu)成，其中一個旋轉(zhuǎn)、一個靜止，其間隙中充有密封油，當一個圓環(huán)面旋轉(zhuǎn)時，由于密封油有粘性，帶動密封油旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心力，進而轉(zhuǎn)化為壓力。從密封腔體21的進油口45處通入密封油，當旋轉(zhuǎn)軸27帶動軸套25轉(zhuǎn)動時，正、反向離心間隙和正向螺旋槽都是朝著光滑段34的方向泵汲密封油。進入內(nèi)浮環(huán)23的密封油的壓力為Pa，被密封氣體的壓力為Pf，參見圖4，該圖為圖3所示的組合式浮環(huán)密封裝置的壓力分布示意圖。橫座標表示內(nèi)浮環(huán)孔的內(nèi)表面的坐標，它的起點為反向離心間隙40，與其相連的為光滑段34，光滑段34的末端為正向離心間隙43，與其相連的為正向螺旋槽35；縱座標表示內(nèi)浮環(huán)孔的內(nèi)表面處密封油壓力。
正常情況下密封油進入內(nèi)浮環(huán)23的油氣壓差ΔPa＝Pa－Pf＝0.05MPa(圖4中的a、f點)，設(shè)端面37與39之間的反向離心間隙40構(gòu)成的增壓段將密封油升壓0.05MPa(圖4中的b點)，則光滑段34的油氣壓差為ΔPb＝Pb－Pf＝0.05＋0.05＝0.10MPa，由于光滑段34與軸套凸臺36的外圓面44相對并有間隙，密封油在此間隙中形成油楔，將浮環(huán)浮起，使內(nèi)浮環(huán)23與軸套25自動對中，始終保持有間隙，避免與旋轉(zhuǎn)的軸套25接觸，這與現(xiàn)有的浮環(huán)密封裝置中的內(nèi)浮環(huán)的作用相同；同時，由于間隙中密封油壓力高于被密封氣體壓力，防止被密封氣體進入該間隙中，保證了內(nèi)浮環(huán)的安全運行。正向離心間隙43和正向螺旋槽35構(gòu)成的防漏段一起將流出內(nèi)浮環(huán)光滑段34的密封油朝向光滑段34的方向泵汲，在設(shè)計上能完全平衡光滑段34的油氣壓差ΔPb(圖4中的b點)。圖中(Pc-Pd)為正向離心間隙43中的壓力降低，(Pd-Pe)為正向螺旋槽35中的壓力降低，圖中的e點為正向螺旋槽35中油氣壓差為零的一點，f點為正向螺旋槽35的端點，由于在設(shè)計上使正向螺旋槽35的實際長度df段大于平衡油氣壓差(Pd-Pe)所需要的最低長度de段，因此從理論上講密封油的內(nèi)泄漏量為零。壓力分布見圖4的曲線abcdef。
當進入內(nèi)浮環(huán)23的密封油壓力下降0.05MPa，即進入內(nèi)浮環(huán)23的密封油的壓力Pa′等于被密封氣體的壓力Pf時(圖4中的a′.f點)，密封油進入內(nèi)浮環(huán)23的油氣壓差ΔPa′＝Pa′－Pf＝0MPa，但由于反向離心間隙40構(gòu)成的增壓段將密封油升壓0.05MPa(圖4中的b′點)，則光滑段34的油氣壓差為ΔPb′＝Pb′－Pf＝0＋0.05＝0.05MPa，由于光滑段34與軸套凸臺36的外圓面44相對并有間隙，密封油在此間隙中形成油楔，將浮環(huán)浮起，使內(nèi)浮環(huán)23與軸套25自動對中，始終保持有間隙，避免與旋轉(zhuǎn)的軸套25接觸，這與現(xiàn)有的浮環(huán)密封裝置中內(nèi)浮環(huán)的作用相同；同時，由于間隙中密封油壓力高于被密封氣體壓力，防止被密封氣體進入該間隙中，保證了內(nèi)浮環(huán)的安全運行。正向離心間隙43和正向螺旋槽35構(gòu)成的防漏段一起將流出內(nèi)浮環(huán)光滑段34的密封油朝向光滑34的方向泵汲，在設(shè)計上能完全平衡光滑段34的油氣壓差ΔPb′(圖4中的b′點)。因此從理論上講密封油的內(nèi)泄漏量為零。此時該密封裝置處于安全運行范圍。壓力分布見圖4的曲線a′b′c′d′ef。
當進入內(nèi)浮環(huán)23的密封油的壓力下降0.07MPa，即進入內(nèi)浮環(huán)23的密封油的壓力Pa″低于被密封氣體的壓力Pf時(圖4中的a″.f點)，即ΔPa″＝Pa″－Pf＝(-0.02)MPa，出現(xiàn)了負的油氣壓差，但由于反向離心間隙40構(gòu)成的增壓段將進入內(nèi)浮環(huán)的密封油升壓0.05 MPa，因此，在光滑段34密封油的壓力為Pb″(圖4中的b″點)，光滑段34的油氣壓差為ΔPb″＝Pb″－Pf＝0.05-0.02＝0.03MPa，由于光滑段34與軸套凸臺36的外圓面44相對并有間隙，密封油在此間隙中形成油楔，將浮環(huán)浮起，避免與旋轉(zhuǎn)的軸套25接觸，同時，由于間隙中密封油壓力高于被密封氣體壓力，防止被密封氣體進入該間隙中，保證了內(nèi)浮環(huán)的安全運行。該密封裝置還是處于安全運行范圍。正向離心間隙43和正向螺旋槽35構(gòu)成的防漏段一起將流出內(nèi)浮環(huán)光滑段34的密封油朝向光滑段34的方向泵汲，在設(shè)計上能完全平衡光滑段34的油氣壓差ΔPb″(圖4中的b″點)，因此從理論上講密封油的內(nèi)泄漏量為零。壓力分布見圖4的曲線a″b″c″d″ef。
綜上所述，該組合式浮環(huán)密封裝置是浮環(huán)密封與離心密封和螺旋密封的組合，它兼有三者的優(yōu)點浮環(huán)密封的自動對中作用以及離心密封和螺旋密封的泵汲作用，本發(fā)明提高了密封裝置對油氣壓差波動的適應(yīng)性，擴大了安全工作范圍并且可使密封油的內(nèi)泄漏量降低。
正、反向離心間隙的半徑長度為3—20mm，最佳范圍5—10mm，二個圓環(huán)面之間的軸向距離0.3—5mm，最佳范圍0.5—3mm。
圖5是又一種組合式浮環(huán)密封裝置的縱向剖視圖。其特征是內(nèi)浮環(huán)孔的內(nèi)表面由反向螺旋槽、光滑段和正向螺旋槽組成；其中，反向螺旋槽為增壓段；反向螺旋槽與光滑段的內(nèi)徑相同，而光滑段的內(nèi)徑大于正向螺旋槽的內(nèi)徑，二者之間用圓環(huán)面相連，形成內(nèi)孔臺階；軸套上有圓柱形的凸臺結(jié)構(gòu)，該凸臺的一個端面與上述內(nèi)孔臺階相對，并有間隙，構(gòu)成正向離心間隙，該正向離心間隙為防漏段的一部分；內(nèi)浮環(huán)孔的內(nèi)表面上的正向螺旋槽則為防漏段的另一部分；內(nèi)浮環(huán)孔的內(nèi)表面上的光滑段與上述軸套凸臺的外圓面相對并有間隙，為浮升段。
該組合式浮環(huán)密封裝置中，中心有孔的桶狀密封腔體51與中心有孔的盤狀端蓋52連為一體，置于旋轉(zhuǎn)機械的殼體56內(nèi)，旋轉(zhuǎn)機械的旋轉(zhuǎn)軸57穿過密封腔體51和端蓋52的孔，旋轉(zhuǎn)軸57上固定有軸套55，軸套55上裝有環(huán)狀的內(nèi)浮環(huán)53和外浮環(huán)54，內(nèi)浮環(huán)53的內(nèi)孔和外浮環(huán)54的內(nèi)孔與軸套55之間均有間隙，內(nèi)浮環(huán)53位于靠近被密封氣體58的一側(cè)，內(nèi)浮環(huán)53的一個端面59與端蓋52的內(nèi)端面60同心地相互貼合，外浮環(huán)54位于靠近大氣61的一側(cè)，外浮環(huán)54的一個端面62與密封腔體51的內(nèi)端面63同心地相互貼合，其特征是內(nèi)浮環(huán)53的內(nèi)孔的內(nèi)表面包括反向螺旋槽64、光滑段65、和正向螺旋槽66，其中，反向螺旋槽64為增壓段，反向螺旋槽64與光滑段65的內(nèi)徑相同，而光滑段65的內(nèi)徑大于正向螺旋槽66的內(nèi)徑，二者之間用圓環(huán)面相連，形成內(nèi)孔臺階67；軸套55上有圓柱形的凸臺結(jié)構(gòu)68，該凸臺的一個端面69與上述內(nèi)孔臺階67相對，并有間隙，構(gòu)成正向離心間隙70，該正向離心間隙70為防漏段的一部分，內(nèi)浮環(huán)53的內(nèi)孔的內(nèi)表面上的正向螺旋槽66則為防漏段的另一部分；內(nèi)浮環(huán)53的內(nèi)孔的內(nèi)表面上的光滑段65與上述軸套凸臺68的外圓面71相對，并有間隙，為浮升段。
本實施例中包含有反向螺旋槽64，它能將進入內(nèi)浮環(huán)53的密封油升壓，例如升壓0.05MPa，光滑段65與軸套凸臺68的外圓面71相對，并有間隙，密封油在此間隙中形成油楔，將浮環(huán)浮起，使內(nèi)浮環(huán)53與軸套55自動對中，始終保持有間隙，避免與旋轉(zhuǎn)的軸套55接觸，這與現(xiàn)有的浮環(huán)密封裝置中的內(nèi)浮環(huán)的作用相同；同時，由于間隙中密封油壓力高于被密封氣體壓力，防止被密封氣體進入該間隙中，保證了內(nèi)浮環(huán)的安全運行。正向離心間隙70和正向螺旋槽66構(gòu)成的防漏段一起將流出內(nèi)浮環(huán)光滑段65的密封油朝向光滑段65的方向泵汲，在設(shè)計上能完全平衡光滑段65的油氣壓差ΔPb(圖4中的b點)，圖中(Pc-Pd)為正向離心間隙70中的壓力降低，(Pd-Pe)為正向螺旋槽66中的壓力降低，圖中的e點為正向螺旋槽66中油氣壓差為零的一點，f點為正向螺旋槽66的端點，由于在設(shè)計上使正向螺旋槽66的實際長度df段大于平衡油氣壓差(Pd-Pe)所需要的最低長度de段，因此從理論上講密封油的內(nèi)泄漏量為零。
正常情況下密封油進入內(nèi)浮環(huán)53的油氣壓差ΔPa＝Pa－Pf＝0.05MPa(圖6中的a、f點)，光滑段65的油氣壓差ΔPb＝Pb－Pf＝0.05＋0.05＝0.10Mpa，內(nèi)浮環(huán)53的內(nèi)孔的內(nèi)表面上各處的壓力分布見曲線abcdef。
當進入內(nèi)浮環(huán)53的密封油壓力下降0.05MPa，即進入內(nèi)浮環(huán)53的密封油的壓力Pa′等于被密封氣體的壓力Pf時(圖6中的a′、f點)，密封油進入內(nèi)浮環(huán)53的油氣壓差ΔPa′＝Pa′－Pf＝0MPa，由于增壓段—反向螺旋槽64將進入內(nèi)浮環(huán)的密封油升壓0.05MPa(圖2中的b′點)，則光滑段65的油氣壓差為ΔPb′＝Pb′－Pf＝0＋0.05＝0.05MPa，為正的油氣壓差，保證了內(nèi)浮環(huán)的安全運行。內(nèi)浮環(huán)53的內(nèi)孔的內(nèi)表面上各處的壓力分布見圖6中的曲線a′b′c′d′ef。
當進入內(nèi)浮環(huán)53的密封油的壓力Pa″小于被密封氣體的壓力時(圖2中的a″.f點)，例如，ΔPa″＝Pa″－Pf＝(-0.02)MPa，出現(xiàn)了負的油氣壓差時，由于增壓段—反向螺旋槽64將進入的密封油升壓0.05MPa(圖2中的b″點)，則光滑段65的油氣壓差為ΔPb″＝Pb″－Pf＝(-0.02)＋0.05＝0.03MPa，仍為正的油氣壓差，保證了內(nèi)浮環(huán)的安全運行。內(nèi)浮環(huán)53的內(nèi)孔的內(nèi)表面上各處的壓力分布見圖6中的曲線a″b″c″d″ef。
綜上所述，該組合式浮環(huán)密封裝置是浮環(huán)密封與離心密封和螺旋密封的組合，它兼有三者的優(yōu)點浮環(huán)密封的自動對中作用以及離心密封和螺旋密封的泵汲作用，本發(fā)明提高了密封裝置對油氣壓差波動的適應(yīng)性，擴大了安全工作范圍，并且可使密封油的內(nèi)泄漏量降低。
上述各實施例中，根據(jù)結(jié)構(gòu)的需要，密封腔體和端蓋的位置可以對調(diào)，例如圖1中的1和2、圖3中的21和22、圖5中的51和52的位置可以對調(diào)。
通過上述諸實施例可見，當油氣壓差降低為0或負值時，本發(fā)明的組合式浮環(huán)密封裝置仍能正常運行，擴大了運行范圍，并且可使密封油的內(nèi)泄漏量降低。本發(fā)明適用于以有毒、易燃、易爆等危險性氣體為工作氣體的離心式壓縮機、透平等旋轉(zhuǎn)機械的軸端密封。
權(quán)利要求1.一種組合式浮環(huán)密封裝置包括密封腔體、端蓋、內(nèi)浮環(huán)、外浮環(huán)、軸套；底部中心有孔的桶狀密封腔體與中心有孔的盤狀端蓋連為一體，置于旋轉(zhuǎn)機械的機殼內(nèi)，旋轉(zhuǎn)機械的旋轉(zhuǎn)軸穿過密封腔體和端蓋的孔，旋轉(zhuǎn)軸上固定有軸套，軸套上裝有環(huán)狀的內(nèi)浮環(huán)和外浮環(huán)，內(nèi)浮環(huán)孔和外浮環(huán)孔與軸套之間均有間隙，內(nèi)浮環(huán)位于靠近被密封氣體的一側(cè)，其一個端面與端蓋的內(nèi)端面同心地相互貼合，外浮環(huán)位于靠近大氣的一側(cè)，其一個端面與密封腔體的內(nèi)端面同心地相互貼合，其特征是該密封裝置內(nèi)具有增壓段、浮升段和防漏段，增壓段位于靠近內(nèi)浮環(huán)的密封油入口側(cè)，防漏段位于內(nèi)浮環(huán)內(nèi)孔的靠近被密封氣體側(cè)，浮升段位于增壓段和防漏段之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式浮環(huán)密封裝置，其特征是內(nèi)浮環(huán)孔的內(nèi)表面依次由反向螺旋槽、光滑段和正向螺旋槽組成，三者的內(nèi)徑相同，與等外徑的軸套外表面相對并有間隙其中，反向螺旋槽為增壓段，正向螺旋槽為防漏段，光滑段為浮升段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式浮環(huán)密封裝置，其特征是軸套上有圓柱形的凸臺結(jié)構(gòu)，該凸臺的一個端面與一個靜止零件的一個端面相對，并有間隙，構(gòu)成反向離心間隙，該反向離心間隙為增壓段；內(nèi)浮環(huán)孔的內(nèi)表面由光滑段和正向螺旋槽組成，光滑段的內(nèi)徑大于正向螺旋槽的內(nèi)徑，二者之間用圓環(huán)面相連，形成內(nèi)孔臺階，該臺階與上述軸套的凸臺的另一個端面相對，并有間隙，構(gòu)成正向離心間隙，該正向離心間隙為防漏段的一部分內(nèi)浮環(huán)孔的內(nèi)表面上的正向螺旋槽則為防漏段的另一部分；內(nèi)浮環(huán)孔的內(nèi)表面上的光滑段與上述軸套凸臺的外圓面相對并有間隙，為浮升段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式浮環(huán)密封裝置，其特征是內(nèi)浮環(huán)孔的內(nèi)表面依次由反向螺旋槽、光滑段和正向螺旋槽組成；其中，反向螺旋槽為增壓段；反向螺旋槽與光滑段的內(nèi)徑相同，而光滑段的內(nèi)徑大于正向螺旋槽的內(nèi)徑，二者之間用圓環(huán)面相連，形成內(nèi)孔臺階；軸套上有圓柱形的凸臺結(jié)構(gòu)，該凸臺的一個端面與上述內(nèi)孔臺階相對，并有間隙，構(gòu)成正向離心間隙，該正向離心間隙為防漏段的一部分；內(nèi)浮環(huán)孔的內(nèi)表面上的正向螺旋槽則為防漏段的另一部分；內(nèi)浮環(huán)孔的內(nèi)表面上的光滑段與上述軸套凸臺的外圓面相對并有間隙，為浮升段。
專利摘要一種組合式浮環(huán)密封裝置包括密封腔體、端蓋、內(nèi)浮環(huán)、外浮環(huán)、軸套;其特征是:該密封裝置內(nèi)具有增壓段、浮升段和防漏段,增壓段位于靠近內(nèi)浮環(huán)的密封油入口側(cè),防漏段位于內(nèi)浮環(huán)內(nèi)孔的靠近被密封氣體側(cè),浮升段位于增壓段和防漏段之間。本實用新型能提高浮環(huán)密封裝置對油氣壓差的適應(yīng)性,擴大安全運行范圍,并可降低密封油的內(nèi)泄漏量。適用于以有毒、易燃、易爆等危險性氣體為工作氣體的離心式壓縮機等旋轉(zhuǎn)機械的軸端密封。
文檔編號F04D29/10GK2471985SQ00262138
公開日2002年1月16日 申請日期2000年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月16日
發(fā)明者王玉明 申請人:王玉明