[发明专利]一种浮环密封装置

说明书

发明属于旋转轴的密封，特别涉及一种浮环密封装置。主要用于石油化工等行业的透平，离心压缩机等流体机械的轴端密封。

浮环密封装置是透平、离心压缩机等流体机械使用的一种传统密封产品，如“化工密封技术”一书(化学工业出版社1990年9月第一版)P422-P499所述(参见图1)，流体机械的机壳1-7和旋转轴1-8之间构成安装密封装置的空间，密封腔体1-6置于该空间内，旋转轴穿过密封腔体的中心，二者之间有间隙，其他零件装在密封腔体1-6内，旋转轴1-8上固定有轴套1-1，轴套外圆面上装有内浮环1-2、外浮环1-3，内浮环位于靠近被密封介质侧1-4，该被密封介质为具有一定压力的危险性气体，密封装置的作用就是防止该气体泄漏；外浮环位于靠近大气侧1-5，轴套外圆面与内、外浮环的内孔之间均留有间隙，密封腔体1-6内充入密封油，如箭头所示。密封油的压力高于被密封介质1-4的压力，其差值称为油气压差，当旋转轴1-8旋转时，压力高的密封油必将沿着轴套与内浮环之间较小的间隙A流向压力低的被密封介质侧1-4，阻止被密封介质经过此间隙向大气侧泄漏，达到密封的目的；与此同时，根据流体润滑理论的雷诺方程，密封油在上述间隙A内产生油膜，并具有浮升力，将内浮环浮起，避免旋转轴与内浮环的内孔接触，延长零件的寿命；而密封油沿着上述间隙A流向被密封介质侧，这就是内泄漏，应当尽力减少。绝大部分密封油沿着轴套1-1与外浮环1-3之间较大的间隙B流向大气侧，返回到油箱，循环使用。浮环密封的主要优点是：它属于非接触式密封，寿命长，可靠性高，适用于高速、高压工况。其主要缺点是：密封油向被密封介质一侧的泄漏较大，即内泄漏较大，污油回收系统复杂，并存在密封油污染被密封介质或者被密封介质污染密封油的可能性。

为了解决内泄漏大的问题，许多技术改革和专利技术相继问世，如中国专利98201564.X。这些技术是将浮环密封技术与螺旋密封(也称粘性密封)技术结合在一起，将原本是光滑的内浮环2-1的内孔壁面分成两段：一段为原来的光滑内孔壁面2-2；另一段则将光滑内孔壁面加工成多头螺纹2-3。参见图2，该图只画出了内浮环的局部剖视图。当旋转轴2-4旋转时，密封油在上述光滑内孔壁面2-2与轴套之间的间隙A内产生油膜，并具有浮升力，将内浮环2-1浮起，该段为浮升段；另一段内孔壁面上的多头螺纹2-3则将上述间隙中泄漏出来的密封油朝反向推压，克服油气压差造成的泄漏，从而减少内泄漏，该段为防漏段。

上述减少内泄漏的措施是在密封油压力高于被密封介质压力的前提下才能达到相应的目的，即油气压差为正值。但是，流体机械在运行中可能出现密封油压力低于被密封介质压力的不正常情况，油气压差为负值。这时，被密封介质会沿着上述间隙反向流入密封腔内，间隙内的油膜被破坏，内浮环的内孔与轴套外圆面接触，高速旋转产生的摩擦热将密封零件破坏，造成密封装置失效。为克服该缺点，中国专利00262138.X，又在上述减少内泄漏措施的基础上将原本是光滑的内浮环的内孔壁面分成三段：一段为反向多头螺纹3-1、一段为原来的光滑内孔壁面3-2、另一段则为多头螺纹3-3。参见图3，该图只画出了内浮环的局部剖视图。当旋转轴3-4旋转时，第一段的反向多头螺纹3-1是将密封油的压力提高，足以弥补流体机械在运行中可能出现密封油压力低于被密封介质压力的不正常情况，保证密封油压力高于被密封介质的压力，油气压差为正值，密封装置得以正常运行，该段为升压段。第二段为原来的光滑内孔壁面3-2，其作用仍然是将内浮环浮起，该段为浮升段。第三段的多头螺纹3-3的作用还是将上述间隙中泄漏出来的密封油朝反向推压，克服油气压差造成的泄漏，以减少内泄漏，该段为防漏段，它的多头螺纹的旋向与第一段的反向多头螺纹的旋向相反，而且，第三段的多头螺纹轴向长度比第一段的反向多头螺纹长，足以克服油气压差和第一段的反向多头螺纹提高的压力，起到既减少内泄漏又防止密封油压力降低时造成的事故。

上述减少内泄漏的措施，虽然能起到其作用，但有一个明显的问题是：由于防漏段多头螺纹对从浮升段泄漏出来的密封油的推压作用，使密封油积存在轴套与内浮环之间的间隙内，间隙内的密封油粘度较大，当轴套随旋转轴高速旋转时，轴套与密封油之间产生大量的摩擦热，尽管采取增加传热、加大密封油的循环量等措施，但是，间隙内的密封油产生大量的热仍然威胁着密封装置的安全运行。

本发明的目的是：当流体机械运转时，减少轴套与内浮环之间的间隙内积存的密封油产生的摩擦热量，降低内浮环的温度，提高密封装置运行的安全性。