用于高溫高壓旋轉機械的密封裝置制造方法
【專利摘要】用于高溫高壓旋轉機械的密封裝置，在穿過高溫高壓介質區(qū)的旋轉軸端部設置的由可隨旋轉軸轉動的旋轉密封環(huán)和與基座定位連接的靜止密封環(huán)組成的端面密封單元。其中在由第一旋轉密封環(huán)和第一靜止密封環(huán)組成的第一端面密封單元的高溫高壓介質區(qū)方向側，相鄰設置有由節(jié)流單元組成并同時分別與高溫高壓介質區(qū)和第一端面密封單元密封腔連通、并設有與外設低壓單元連通的降壓區(qū)；第一端面密封單元的密封腔設有帶有熱交換結構的降溫循環(huán)通道。該密封裝置通過將輸送的高溫高壓介質分別進行降溫、降壓，從而能適應對高溫高壓介質的可靠密封，使用壽命長，安全性高，并能實現(xiàn)高溫高壓介質的零泄漏，可廣泛用于石油、化工、核電、軍工領域高端設備高溫高壓工況下的旋轉機械設備進行密封。
【專利說明】用于高溫高壓旋轉機械的密封裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用于旋轉動密封的機械密封裝置，適用于高溫高壓復合工況下的旋轉動密封。

【背景技術】
[0002]目前解決高溫介質工況的旋轉軸密封，通常采用金屬波紋管密封，耐受溫度可以達到450°C，但同時能承受的壓力則有限，最高耐壓也不超過6MPa。對于高壓介質工況的旋轉軸密封，可以采用彈簧式機械密封，目前最高耐受壓力可以達到15MPa，但彈簧式密封結構因受其中橡膠件的限制，其耐受溫度一般不超過300°C。
[0003]當溫度超過300°C、壓力超過6MPa，旋轉軸的密封是目前一個很難解決的問題。由于受密封技術的制約，導致限制了相關高參數(shù)機器設備的應用。以石化行業(yè)為例，為適應節(jié)能減排要求，通常需采用對油品的加氫精制工藝進行精制，提高油品品質，降低油品中硫、氮等有害物的含量。例如，柴油連續(xù)液相加氫工藝中的關鍵設備之一是高溫高壓循環(huán)泵，其典型工況參數(shù)包括:介質:柴油；壓力:10.5 MPa ;溫度:410°C ;泄漏量性能要求為:內側密封彡20ml/h，外側密封彡5ml/h ;最低使用壽命:8000h。針對這類高溫高壓工況，圖1是目前的一種高溫高壓無潤滑密封裝置，采用的是耐高溫的石墨盤根(15)的疊合使用，通過壓蓋(18)壓緊，使石墨盤根壓扁，外圓直徑變大，內孔直徑變小，填滿密封腔實現(xiàn)密封。從進氣口注入比物料壓力還高的氮氣，來阻擋物料泄漏，同時帶走部分密封摩擦的熱量。該結構因盤根(15)和軸(13)抱得很緊，軸旋轉需克服摩擦，損失軸功率。同時摩擦發(fā)熱大，氮氣不能充分帶走熱量。由于高溫摩擦作用，使軸很容易磨壞，磨出間隙后密封不起作用，須在設備運行中多次擰緊壓蓋(18)上的螺釘(19)，維護困難。因此，該密封結構從本質上來說還是一種填料密封，由于使用壽命短、功率損耗大、維修頻率高，因而只適用于轉速低、使用壽命要求不長的高溫高壓設備。
實用新型內容
[0004]針對上述情況，本實用新型提供了一種可適用于高溫高壓旋轉機械的密封裝置。
[0005]本實用新型用于高溫高壓旋轉機械的密封裝置，同樣采用由在穿過高溫高壓介質區(qū)的旋轉軸端部設置可隨旋轉軸轉動的旋轉密封環(huán)和與基座定位連接的靜止密封環(huán)組成的端面密封單元實現(xiàn)。其基本結構包括:
[0006]——在由第一旋轉密封環(huán)和第一靜止密封環(huán)組成的第一端面密封單元的高溫高壓介質區(qū)方向側，相鄰設置有由沿旋轉軸間隔靜止排布的一對節(jié)流單元組成的降壓區(qū)，降壓區(qū)可通過該兩節(jié)流單元同時分別與高溫高壓介質區(qū)和第一端面密封單元密封腔連通，并帶有與外設的低壓單元連通的調壓通道，一般可連接至其前級封閉的低壓原料罐等低壓設備單元；
[0007]——第一端面密封單元的密封腔設置有帶有熱交換結構的降溫循環(huán)通道。
[0008]在上述基本結構的基礎上，為進一步保證和提高密封的安全、可靠性，在第一端面密封單元的軸向外側，優(yōu)選還設置有由第二旋轉密封環(huán)和第二靜止密封環(huán)組成的第二端面密封單元，并在第二端面密封單元的密封腔中設置有密封液循環(huán)通道，所述該密封液循環(huán)通道中設有熱交換單元和儲液單元。
[0009]還可以進一步采用的改進方式包括，在所述的第一端面密封單元的軸向外側，或第二端面密封單元的軸向外側，經間隔設置的第三節(jié)流裝置隔離有一密封保護區(qū)，密封保護區(qū)中設有與隔離保護和降溫系統(tǒng)連通的降溫通道。
[0010]在本實用新型上述形式的密封裝置中，可以單獨或與以任意方式與上述結構相結合采用的進一步優(yōu)選方式，還可包括:
[0011]在所述第一端面密封單元密封腔的帶有熱交換結構的循環(huán)降溫通道中，還可以設置有與補液儲源相連的補液通道，有利于補充循環(huán)過程中因不同原因損失的循環(huán)介質液體。
[0012]為使所述第一端面密封單元密封腔中的液體經所述循環(huán)降溫通道實現(xiàn)循環(huán)，除可以按常規(guī)方式在該循環(huán)降溫通道設置適當形式的泵送設備外，還可以采用的優(yōu)選方式之一，是在所述的第一旋轉密封環(huán)的外周，設置有用于驅動第一端面密封單元密封腔中的液體經所述循環(huán)降溫通道進行循環(huán)的常規(guī)形式的泵效環(huán)。
[0013]在采用上述設置有所述的第二端面密封單元時，在第二端面密封單元密封腔中的密封液循環(huán)通道中，通?？梢栽O置有目前常用形式的泵送設備或泵送單元，推動密封液進行循環(huán)。
[0014]在本實用新型上述的密封裝置中，所述由第一旋轉密封環(huán)和第一靜止密封環(huán)組成的第一端面密封單元，是實現(xiàn)高溫高壓旋轉機械密封的主密封單元。由于在其高溫高壓介質區(qū)的方向側，經沿旋轉軸間隔靜止排布的一對節(jié)流單元相鄰設置有一降壓區(qū)，且通過該兩節(jié)流單元能同時分別與高溫高壓介質區(qū)和第一端面密封單元密封腔連通，并還帶有與外設低壓單元連通的調壓通道，因此高溫高壓介質可進入該降壓區(qū)和第一端面密封單元的密封腔，但通過節(jié)流單元的作用，則可以使進入降壓區(qū)的介質壓力降得較低。通過在調壓通道中設置相應的壓力傳感、檢測等設備及控制閥門，可以實現(xiàn)對降壓區(qū)內的壓力進行監(jiān)測和控制。降壓區(qū)內介質壓力的降低，同時也降低了第一端面密封單元密封腔內的介質壓力。由于降壓區(qū)中的介質在僅降低壓力的情況下會有大量汽化物產生，為避免氣化物進入密封腔對端面密封產生影響，可通過在第一端面密封單元的密封腔中設置的帶有熱交換結構的降溫循環(huán)通道及相應的補液通道，注入適量的液體(優(yōu)選為與泵送介質相同的物料，避免污染泵送介質)，并使密封腔中的壓力適當高于降壓區(qū)的壓力，即可阻止氣化物進入第一端面密封單元的密封腔中，也有利于降低循環(huán)液體的溫度，并向該密封端面提供所需的潤滑介質。
[0015]由于該第一端面密封單元是對分別經降溫、降壓處理后的介質物料進行密封的主密封單元，而當泵軸不旋轉時則無法實現(xiàn)降溫，其密封腔內依然為高溫環(huán)境，因此該第一端面密封單元中的密封，可采用如金屬波紋管密封等目前通常使用的耐高溫密封結構。
[0016]由此可以理解，本實用新型上述結構形式的密封裝置，通過將常規(guī)與密封結構/元件直接接觸的高溫高壓介質物料，先分別進行了降壓和降溫處理后，再進入密封腔與密封結構/元件接觸，從而使其完全能承受、并可靠地實現(xiàn)對降壓、降溫處理后的介質物料進行密封。
[0017]本實用新型上述密封裝置中的所述第二端面密封單元，是在作為主密封的第一端面密封單元基礎上進一步設置的安全密封單元，目的和作用是在主密封損壞時，對所泵送物料進行的第二道阻擋，以避免高溫高壓介質在異常情況下向大氣環(huán)境的泄漏。第二端面密封單元中的密封通?？刹捎每煽啃愿叩母邏簭椈墒矫芊狻Ｆ渲?，第二端面密封單元的密封腔中設置的帶降溫單元和儲液單元的密封液循環(huán)通道，可借助目前常用形式的循環(huán)泵等設備，讓外部儲液單元中的密封液參與循環(huán)，并向密封腔提供一個低于第一端面密封腔的穩(wěn)定壓力，以帶走其密封端面摩擦產生的熱量，同時可對第二端面密封單元提供潤滑液，還能減小作為主密封的第一端面密封單元兩側的壓差，保護主密封。
[0018]在第二端面密封單元的外側還進一步設置的可經降溫通道與單獨外設的隔離保護和降溫系統(tǒng)連通的密封保護區(qū)，能夠在上述結構的基礎上，對密封提供進一步安全、可靠的保障。例如，可以由所述的隔離保護和降溫系統(tǒng)提供低壓水、蒸汽或氮氣等，通過降溫通道進一步實現(xiàn)隔離氧氣、防止泄漏的油類結焦、沖走泄漏物、降低安全密封外側的溫度，對第二端面密封單元進行保護。
[0019]本實用新型上述的密封裝置，通過分別對高溫、高壓介質物料采取了降壓、降溫及補液等措施，不僅改善了端面密封部位的工況運行條件，而且通過設置的第二端面密封單元的兩級密封的組合，滿意地適應和解決了對高溫高壓介質實現(xiàn)了可靠的密封，具有使用壽命長和安全性高的優(yōu)點，能實現(xiàn)高溫高壓介質的零泄漏，可廣泛適用于石油、化工、核電、軍工領域高端設備高溫高壓工況下的旋轉機械設備進行密封。
[0020]以下結合附圖所示實施例的【具體實施方式】，對本實用新型的上述內容再作進一步的詳細說明。但不應將此理解為本實用新型上述主題的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本實用新型上述技術思想情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包括在本實用新型的范圍內。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是目前的一種高溫高壓無潤滑密封裝置的結構示意圖。
[0022]圖2是本實用新型用于高溫高壓旋轉機械的密封裝置的結構原理示意圖。
[0023]圖3是本實用新型密封裝置中第一和第二端面密封單元一種具體結構的示意圖。

【具體實施方式】
[0024]如圖2所示，本實用新型用于高溫高壓旋轉機械的密封裝置，包括有在橫穿高溫高壓介質區(qū)14的旋轉軸13端部，依次相鄰設置的兩組由可隨旋轉軸轉動的旋轉密封環(huán)和與基座定位連接的靜止密封環(huán)組成的端面密封單元。其中:
[0025]——在由第一旋轉密封環(huán)9和第一靜止密封環(huán)91組成的金屬波紋管密封的第一端面密封單元(即主密封單元)的高溫高壓介質區(qū)方向側，相鄰設置有由沿旋轉軸13間隔靜止排布的一對節(jié)流單元6，7組成的降壓區(qū)61。該降壓區(qū)61通過該兩節(jié)流單元6，7可同時分別與高溫高壓介質區(qū)14和第一端面密封單元密封腔71連通，該降壓區(qū)61同時還帶有與外設的低壓單元連通的調壓通道1，在調壓通道I中還可根據實際情況和需要，設置適當?shù)拈y門及壓力監(jiān)測設備。
[0026]——第一端面密封單元的密封腔71設置有帶有熱交換單元21 (如各類常用的間壁式換熱器等)的降溫循環(huán)通道2，通道中也可根據實際需要設置適當形式的溫度、壓力檢測設備。在該帶有熱交換結構21的循環(huán)降溫通道2中，還可設置有與補液儲源(可采用與所輸送物料相同的介質)相連的補液通道3。為推動密封腔71中的液體經該循環(huán)降溫通道2進行循環(huán)，該第一旋轉密封環(huán)9的外周可設置有適當形式的泵效環(huán)11。
[0027]——在第一端面密封單元的外側，相鄰設置有由第二旋轉密封環(huán)10和第二靜止密封環(huán)101組成的高壓彈簧式密封的第二端面密封單元(即安全密封單元)。其密封腔12還設置有封液循環(huán)通道4，并在封液循環(huán)通道4中設有降溫單元41 (如各類常用的間壁式換熱器等)和如儲液罐等形式的常規(guī)儲液單元42，以及用于推動液體循環(huán)的泵送設備或單元43。
[0028]在上述第二端面密封單元(即安全密封單元)的軸向外側，經間隔設置的第三節(jié)流裝置8還隔離有一密封保護區(qū)81，密封保護區(qū)81中設有與隔離保護和降溫系統(tǒng)連通的降溫通道5。
[0029]圖2是一個典型的可用于柴油液相加氫主循環(huán)泵的密封裝置結構(主要展示第一和第二端面密封單元的結構)。高溫高壓區(qū)中為輸送的400°C、10MPa且含硫化氫和溶氫的高溫高壓柴油，其通過節(jié)流單元6和進入降壓區(qū)61，通過由調壓閥控制的調壓通道I引出一部分至外界的低壓柴油罐區(qū)。經節(jié)流單元6和調壓通道，可將降壓區(qū)61中的壓力降至2.6MPa，同時部分柴油、溶氫、硫化氫也將以氣態(tài)存在降壓區(qū)中。
[0030]將由原料油泵抽出的120°C、3MPa的柴油分出適量部分經補液通道3 (途中未示出)和調溫通道2源源不斷的注入主端面密封腔71，由于其壓力高于降壓腔的壓力，注入的柴油阻擋了氣相成分進入密封腔。密封腔的液體通過調溫通道2、泵效環(huán)11和熱虹吸效應，不斷進入調溫通道2并經熱交換結構21冷卻和循環(huán)，使密封腔液體穩(wěn)定在260°C、3MPa以下，為機械密封提供了一個良好的運行環(huán)境。
[0031]在主密封單元外側設置有安全密封單元。安全密封單元密封腔中的封液循環(huán)通道4用原料油泵分出的120°C、3MPa的柴油，通過減壓閥將密封腔12的壓力降至0.8Mpa，為安全密封提供潤滑液，同時帶走密封摩擦產生的熱量，再留回常規(guī)儲液單元42。
[0032]主密封單元如有少量泄漏，可一并進入安全密封單元的封液循環(huán)通道4中，不會進入大氣中。主密封失效時，安全密封可繼續(xù)起作用，同時其密封腔的壓力升高，可通過在封液循環(huán)通道4中設置的壓力變送器等傳感設備傳出報警信號，通知停車檢修設備。
【權利要求】
1.用于高溫高壓旋轉機械的密封裝置，包括在穿過高溫高壓介質區(qū)(14)的旋轉軸(13)端部設置的由可隨旋轉軸轉動的旋轉密封環(huán)和與基座定位連接的靜止密封環(huán)組成的端面密封單元，其特征是: —在由第一旋轉密封環(huán)(9)和第一靜止密封環(huán)(91)組成的第一端面密封單元的高溫高壓介質區(qū)方向側，相鄰設置有由沿旋轉軸(13)間隔靜止排布的一對節(jié)流單元(6，7)組成的降壓區(qū)(61)，降壓區(qū)(61)可通過該兩節(jié)流單元(6，7)同時分別與高溫高壓介質區(qū)(14)和第一端面密封單元密封腔(71)連通，并帶有與外設的低壓單元連通的調壓通道(I); ——第一端面密封單元的密封腔(71)設置有帶有熱交換結構(21)的降溫循環(huán)通道(2)。
2.如權利要求1所述的密封裝置，其特征是在第一端面密封單元的軸向外側，設置有由第二旋轉密封環(huán)(10)和第二靜止密封環(huán)(101)組成的第二端面密封單元，在第二端面密封單元的密封腔(12)設置有密封液循環(huán)通道(4)，并在密封液循環(huán)通道(4)中設有熱交換單元(41)和儲液單元(42)。
3.如權利要求1所述的密封裝置，其特征是在第一端面密封單元的軸向外側，經間隔設置的第三節(jié)流裝置(8)隔離有一密封保護區(qū)(81)，密封保護區(qū)(81)中設有與隔離保護和降溫系統(tǒng)連通的降溫通道(5 )。
4.如權利要求2所述的密封裝置，其特征是在第二端面密封單元的軸向外側，經間隔設置的第三節(jié)流裝置(8)隔離有一密封保護區(qū)(81)，密封保護區(qū)(81)中設有與隔離保護和降溫系統(tǒng)連通的降溫通道(5 )。
5.如權利要求1至4之一所述的密封裝置，其特征是在所述第一端面密封單元密封腔(71)的帶有熱交換結構(21)的循環(huán)降溫通道(2)中，設置有與補液儲源相連的補液通道(3)。
6.如權利要求1至4之一所述的密封裝置，其特征是在所述第一端面密封單元中第一旋轉密封環(huán)(9)的外周，設置有用于驅動第一端面密封單元密封腔(71)中的液體經所述循環(huán)降溫通道(2 )進行循環(huán)的泵效環(huán)(11)。
7.如權利要求2或4所述的密封裝置，其特征是在所述在第二端面密封單元密封腔(12)中的密封液循環(huán)通道(4)中設置有泵送單元(43)。
【文檔編號】F16J15/16GK204226640SQ201420464871
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年8月18日 優(yōu)先權日:2014年8月18日
【發(fā)明者】張有華, 王威, 伍娜, 朱曉波, 任俊明, 周昌奎, 侯曉東 申請人:四川日機密封件股份有限公司