專利名稱：壓縮機機械密封及包括該機械密封的離心壓縮機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓縮機的機械密封及包含該機械密封的離心壓縮機。
用于離心壓縮機箱體和軸之間的傳統(tǒng)機械式密封如圖7，其示為傳統(tǒng)機械式密封的剖面圖。
二環(huán)形轉(zhuǎn)動滑塊33通過冷縮裝配法安裝在環(huán)形支撐件32上，每一滑塊33的外端表面36構(gòu)成一滑動表面，并與一與之相對的靜止滑塊34接觸以對轉(zhuǎn)動滑塊33施加一定壓力。轉(zhuǎn)動滑塊33和靜止滑塊34用于防止滑動區(qū)液體從離心壓縮機內(nèi)泄漏出來。轉(zhuǎn)動滑塊33的外徑是一固定值。
為了確定用于冷縮裝配的適當載荷，應(yīng)考慮兩滑塊材料的硬度。滑塊在其滑動表面需要具有小的摩擦。由于常用于腐蝕性氣體作業(yè)，如硫化氫，故滑塊必須耐腐蝕?？傊?，必須具有小的磨損，以使該滑塊至少連續(xù)使用2-3年。
基于以上原因，硬質(zhì)材料如碳化硅適合于制造上述滑塊。但是，碳化硅是脆性材料，當滑塊承受載荷過大時，滑塊表面會產(chǎn)生裂紋。
另一方面，圖7所示傳統(tǒng)機械式密封的滑塊33和支撐件32在冷縮裝配以后，轉(zhuǎn)動滑塊33的外周緣在支撐件32的內(nèi)伸配合部37之棱邊38處被支撐。因此，收縮應(yīng)力作用在轉(zhuǎn)動滑塊33圓周上一非常小的區(qū)域。這將在轉(zhuǎn)動滑塊33和支撐件32的接觸面上導致應(yīng)力集中，并可能在轉(zhuǎn)動滑塊33的外表面產(chǎn)生裂紋。
為了減小應(yīng)力集中，應(yīng)考慮將支撐件32上的配合部37的棱邊38加工成如圖6所示的圓角。
但是，棱邊38的圓角不能防止轉(zhuǎn)動滑塊33沿軸線方向發(fā)生偏移。這里需要進一步考慮由離心力引起的附加徑向應(yīng)力。
離心壓縮機在高速運轉(zhuǎn)時，收縮應(yīng)力將增大。當要求最大冷縮配合載荷不超過某一值時，安裝時的冷縮裝配載荷必須低于一適當值。
因此，所發(fā)生轉(zhuǎn)動滑塊33偏離軸線或滑落，是由于離心壓縮機在運轉(zhuǎn)或安裝時，產(chǎn)生外部沖擊力而滑塊沒有得到足夠的支撐力的緣故。
此外，當上述滑塊用于如下離心壓縮機上，即轉(zhuǎn)速為5000-20000rpm，軸功率為300-800kw，軸直徑為100-200mm，密封壓強為0.5-2MPa時，支撐部分的圓周速度變得很大，支撐件32會由于離心力而發(fā)生彎斜。轉(zhuǎn)動滑塊33因此而沿徑向向外發(fā)生偏移，這一偏移在運轉(zhuǎn)時會減小轉(zhuǎn)動滑塊33和支撐件32間的過盈配合量。
為解決這一問題，需要在冷縮裝配時事先給定一個較大的過盈配合量。
在日本公開實用新型5-3737/1993中，描述了一由陶瓷制成的機械式密封。雖然該密封有一面板，其凸肩是陶瓷制成，但它所說明的僅僅是如何防止異物進入密封區(qū)，并沒有詳細說明怎樣在離心壓縮機上使用。
下述發(fā)明要解決的問題是提供一個能消除前述現(xiàn)有技術(shù)中存在問題的機械式密封，并且具有易于制造、可靠性高的特性。
此外還提供了一使用高速、高可靠性密封的離心壓縮機。
解決前述問題的用于壓縮機的機械式密封，包括一固定在轉(zhuǎn)軸上并與之一起轉(zhuǎn)動的支撐件，一由硬質(zhì)材料制成的并用冷縮裝配法安裝在該支撐件上的環(huán)形轉(zhuǎn)動滑塊；一在所述轉(zhuǎn)動滑塊端面上施加壓力的靜止滑塊，其中，所述轉(zhuǎn)動滑塊上包括至少一個圓周凹槽，該凹槽是由于其外徑比轉(zhuǎn)動滑塊圓周上其他部分小而形成，同時前述支撐件包括一與所述圓周凹槽嚙合的內(nèi)伸配合部。
該配合部至少一個棱邊倒成圓角更為有利。
當該機械式密封用于如下離心壓縮機上，即轉(zhuǎn)軸直徑為100-200mm，轉(zhuǎn)速為5000-20000rpm，軸功率為300-800kw，密封壓強為0.5-2MPa時，所述圓周凹槽底部的外徑應(yīng)以小于圓周其他部分外徑0.01-0.1mm為好，且(或者)前述配合部的圓棱邊應(yīng)有0.05-0.2mm的曲率半徑為好。
在一擇優(yōu)結(jié)構(gòu)中，前述轉(zhuǎn)動滑塊具有一增大了的傳熱面積。
所述轉(zhuǎn)動滑塊宜于用碳化硅制造。
本發(fā)明涉及的機械式密封具有可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單的特點，因而易于制造。
離心壓縮機以轉(zhuǎn)速5000-20000rpm，密封壓強0.52MPa，轉(zhuǎn)軸外徑100-200mm工作時，應(yīng)采用本發(fā)明提供的機械式密封，以獲得高的可靠性。
本發(fā)明的其他目的，優(yōu)點和新的特點在以下結(jié)合附圖詳細說明以后將會很清楚。


圖1為本發(fā)明所述離心壓縮機的軸向剖面圖。
圖2為用于圖1所示離心壓縮機上機械式密封的軸向剖面圖。
圖3為本發(fā)明所述機械式密封第一種實施例主要部分的剖面圖。
圖4為本發(fā)明所述機械式密封第二種實施例主要部分的剖面圖。
圖5為本發(fā)明所述機械式密封第三種實施例主要部分的剖面圖。
圖6所示為支撐件配合部有圓形倒角棱邊的機械式密封。
圖7為傳統(tǒng)機械式密封主要部分的剖面圖。
多級離心壓縮機如圖1所示，包括一裝有轉(zhuǎn)軸2的箱體1，轉(zhuǎn)軸2由軸承7a、7b支撐。箱體1內(nèi)有一吸入口4和一排出口5。在吸入口4和排出口5之間有幾個葉輪安裝在轉(zhuǎn)軸2上并與之一起轉(zhuǎn)動。
在靠近吸入口最外端的葉輪3a和相應(yīng)軸承7a之間安裝一機械式密封6a，以防止液體從軸2和箱體1間的空隙泄漏出去。
在靠近排出口最外端的葉輪3b和相應(yīng)軸承7b之間安裝另一個機械式密封6b。
機械式密封的整體結(jié)構(gòu)為圖2的機械式密封6a所示。機械式密封6a包括二環(huán)形轉(zhuǎn)動滑塊13，該轉(zhuǎn)動滑塊13由一固定在轉(zhuǎn)軸2上的轉(zhuǎn)動支撐件12安裝在轉(zhuǎn)軸2上。
二轉(zhuǎn)動滑塊13和支撐件12與軸2一起轉(zhuǎn)動。
機械式密封6a還包括一靜止的滑塊14，由彈簧15在相應(yīng)轉(zhuǎn)動滑塊13的端面施加適當壓力。壓縮機內(nèi)部的氣體因此而不能從轉(zhuǎn)動滑塊13與相應(yīng)靜止滑塊14接觸的滑動區(qū)17泄漏出去。
圖3表示一機械式密封用于離心壓縮機上的具體情況，該離心壓縮機轉(zhuǎn)速為5000-20000rpm，軸功率為300-800kw，軸直徑為100-200mm，密封壓強為0.5-2MPa。
一適當?shù)碾x心壓縮機實例具有如下參數(shù)，即轉(zhuǎn)速為9990rpm，軸功率為6670kw，密封處軸直徑為140mm，密封壓強為0.7MPa。
轉(zhuǎn)動滑塊13用硬質(zhì)材料如碳化硅制造為好。這樣使得滑動表面16上的摩擦小，對腐蝕性氣體如硫化氫的耐腐蝕性好，同時磨損小，以使該密封能至少連續(xù)使用2-3年。
支撐件12由不銹鋼制成，該件包括一用冷縮裝配法固定在軸2上的內(nèi)圈20和一同軸的外圈21。內(nèi)圈20和外圈21由一徑向薄板22連接。
在外圈21的至少一個軸端上，一徑向內(nèi)伸的配合部23沿外圈21的內(nèi)圓周延伸。該配合部23包括一位于二徑向側(cè)面25、26之間的圓柱形端面24。
轉(zhuǎn)動滑塊13布置在配合部23和內(nèi)圈20之間，以使其另一端面緊靠連接板22。
在轉(zhuǎn)動滑塊13與配合部23的圓柱形端面24相對的表面上，轉(zhuǎn)動滑塊13的外徑沿軸向減小0.01-0.1mm，以圖3所示的減小大約0.05mm較為合適，使得在轉(zhuǎn)動滑塊13的圓周面上形成一凹槽27，該凹槽的二側(cè)面均予倒角。這樣，即使轉(zhuǎn)動滑塊13用碳化硅制造，該槽也比較容易加工。
所述凹槽27的寬度比所述配合部23的寬度稍大。該配合部與凹槽27嚙合，使得圓柱形端面24與凹槽27的底部接觸，這時預(yù)定的收縮應(yīng)力作用于該接觸面上。
所述配合部23的二棱邊29均以0.05-0.2mm或取較合適的0.1mm的半徑倒成圓角，以使配合部臺23與凹槽27的倒角側(cè)面不會發(fā)生干涉。
按本發(fā)明所述，配合部23與槽27嚙合可獲得上述壓縮機上對轉(zhuǎn)動滑塊13足夠的支撐力，而不用在冷縮裝配轉(zhuǎn)動支撐件12和轉(zhuǎn)動滑塊13時增加冷縮裝配載荷。
另外，配合部23的二棱邊倒成圓角后，轉(zhuǎn)動滑塊13和支撐件12之間表面上的收縮應(yīng)力集中得以防止。
圖4所示實施例與圖3所示實施例不同，該實施例中槽27延伸到轉(zhuǎn)動滑塊13與靜止滑塊14相對的端面處。因此靠近靜止滑塊14的一端，凹槽27不受到側(cè)面限制。
如果轉(zhuǎn)動滑塊13由碳化硅制成，則圖4所示實施例中的轉(zhuǎn)動滑塊13比圖3所示實施例中的轉(zhuǎn)動滑塊13更易于加工。無論怎樣，圖4所示結(jié)構(gòu)能更好地防止轉(zhuǎn)動滑塊13滑落。但是由于凹槽只有一個凸肩，因而對防止轉(zhuǎn)動滑塊的偏移時不如圖3所示結(jié)構(gòu)有效。
在圖5所示機械式密封實施例中，配合部23的圓柱形端面24上沿徑向向內(nèi)伸出一環(huán)形凸臺28，其寬度小于圓柱形端面24的寬度。凹槽27的寬度與該凸臺28的寬度大致相同。所述凸臺28與凹槽27嚙合，使得收縮應(yīng)力作用在該凸臺28與凹槽27底部的接觸面上。
為了增加傳熱面積，凸臺28和凹槽27的形式有多種。這涉及到對滑動表面更好的冷卻以獲得更好的密封作用。
雖然本發(fā)明已經(jīng)被詳細地描述和舉例說明了，但確實應(yīng)明白，上述說明和實施例僅是對本發(fā)明的說明而非是對本發(fā)明的限制。本發(fā)明的宗旨和范圍僅受其后所附權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一用于壓縮機的機械式密封，包括一固定在轉(zhuǎn)軸上并與之一起轉(zhuǎn)動的支撐件；一用硬質(zhì)材料制成的環(huán)形轉(zhuǎn)動滑塊，并以冷縮裝配法安裝在所述支撐件上；同時一靜止滑塊對該轉(zhuǎn)動滑塊的一端面施加壓力；其中，所述轉(zhuǎn)動滑塊還包括至少一個圓周凹槽，該凹槽是由于其外徑比轉(zhuǎn)動滑塊圓周上其余部分小而形成；以及其中所述支撐件還包括一與所述圓周凹槽嚙合的內(nèi)伸配合部。
2.如權(quán)利要求1的機械式密封，其中所述配合部至少一棱邊是圓倒角的。
3.如權(quán)利要求1的機械式密封，其中所述轉(zhuǎn)動滑塊具有一增大了的傳熱面積。
4.如權(quán)利要求1的機械式密封，其中所述轉(zhuǎn)動滑塊用碳化硅制造。
5.一用于如下離心壓縮機的機械式密封，即轉(zhuǎn)軸直徑為100-200mm，轉(zhuǎn)速為5000-20000rpm，軸功率為200-800kw以及密封壓強為0.5-2Mpa時，該機械式密封包括一安裝在轉(zhuǎn)軸上并與之一起轉(zhuǎn)動的支撐件；一用硬質(zhì)材料制成的環(huán)形轉(zhuǎn)動滑塊，并以冷縮裝配法安裝在所述支撐件上；同時一靜止滑塊對該轉(zhuǎn)動滑塊的一端面施加壓力；其中所述轉(zhuǎn)動滑塊還包括至少一個圓周凹槽，該凹槽是由于其外徑比轉(zhuǎn)動滑塊圓周上其他部分小而形成；所述支撐件還包括一與所述圓周凹槽嚙合的內(nèi)伸配合部；以及該圓周凹槽底部的外徑比圓周上其他部分外徑小0.01-0.1mm。
6.如權(quán)利要求5的機械式密封，其中所述配合部的圓棱邊具有0.05-0.2mm的半徑。
7.如權(quán)利要求5的機械式密封，其中所述轉(zhuǎn)動滑塊具有一增大了的傳熱面積。
8.如權(quán)利要求5的機械式密封，其中所述轉(zhuǎn)動滑塊由碳化硅制成。
9.一工作時轉(zhuǎn)速為5000-20000rpm，密封壓強為0.5-2Mpa的離心壓縮機包括外徑為100-200mm的轉(zhuǎn)軸。-固定在所述轉(zhuǎn)軸上并與之一起轉(zhuǎn)動的支撐件；-用硬質(zhì)材料制成的環(huán)形轉(zhuǎn)動滑塊，并以冷縮裝配法安裝在所述支撐件上；同時一靜止滑塊對所述轉(zhuǎn)動滑塊的一端面施加壓力；其中所述轉(zhuǎn)動滑塊還包括至少一個圓周凹槽，該凹槽是由于其外徑比轉(zhuǎn)動滑塊圓周上其他部分小而形成；以及所述支撐件還包括一與所述圓周凹槽嚙合的內(nèi)伸配合部。
全文摘要
用于壓縮機的該機械式密封，包括一固定在轉(zhuǎn)軸上的支撐件，一用硬質(zhì)材料制成的環(huán)形轉(zhuǎn)動滑塊，并冷縮裝配法安裝在所述支撐件上，同時一靜止滑塊對該轉(zhuǎn)動滑塊一端面施加壓力。為了防止收縮應(yīng)力造成的破壞和所述轉(zhuǎn)動滑塊的偏移，所述轉(zhuǎn)動滑塊包括至少一個圓周凹槽，該凹槽是由于其外徑比轉(zhuǎn)動滑塊圓周上其他部分小而形成，同時所述支撐件包括一與該凹槽嚙合的內(nèi)伸配合部。
文檔編號F04D29/08GK1155040SQ9612180
公開日1997年7月23日 申請日期1996年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月27日
發(fā)明者伊藤篤志, 山崎浩志 申請人:株式會社日立制作所