用于高温高压旋转机械的密封装置制造方法
【专利摘要】用于高温高压旋转机械的密封装置，在穿过高温高压介质区的旋转轴端部设置的由可随旋转轴转动的旋转密封环和与基座定位连接的静止密封环组成的端面密封单元。其中在由第一旋转密封环和第一静止密封环组成的第一端面密封单元的高温高压介质区方向侧，相邻设置有由节流单元组成并同时分别与高温高压介质区和第一端面密封单元密封腔连通、并设有与外设低压单元连通的降压区；第一端面密封单元的密封腔设有带有热交换结构的降温循环通道。该密封装置通过将输送的高温高压介质分别进行降温、降压，从而能适应对高温高压介质的可靠密封，使用寿命长，安全性高，并能实现高温高压介质的零泄漏，可广泛用于石油、化工、核电、军工领域高端设备高温高压工况下的旋转机械设备进行密封。
【专利说明】用于高温高压旋转机械的密封装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于旋转动密封的机械密封装置，适用于高温高压复合工况下的旋转动密封。
【背景技术】
[0002]目前解决高温介质工况的旋转轴密封，通常采用金属波纹管密封，耐受温度可以达到450°C，但同时能承受的压力则有限，最高耐压也不超过6MPa。对于高压介质工况的旋转轴密封，可以采用弹簧式机械密封，目前最高耐受压力可以达到15MPa，但弹簧式密封结构因受其中橡胶件的限制，其耐受温度一般不超过300°C。
[0003]当温度超过300°C、压力超过6MPa，旋转轴的密封是目前一个很难解决的问题。由于受密封技术的制约，导致限制了相关高参数机器设备的应用。以石化行业为例，为适应节能减排要求，通常需采用对油品的加氢精制工艺进行精制，提高油品品质，降低油品中硫、氮等有害物的含量。例如，柴油连续液相加氢工艺中的关键设备之一是高温高压循环泵，其典型工况参数包括:介质:柴油；压力:10.5 MPa ;温度:410°C ;泄漏量性能要求为:内侧密封彡20ml/h，外侧密封彡5ml/h ;最低使用寿命:8000h。针对这类高温高压工况，图1是目前的一种高温高压无润滑密封装置，采用的是耐高温的石墨盘根(15)的叠合使用，通过压盖(18)压紧，使石墨盘根压扁，外圆直径变大，内孔直径变小，填满密封腔实现密封。从进气口注入比物料压力还高的氮气，来阻挡物料泄漏，同时带走部分密封摩擦的热量。该结构因盘根(15)和轴(13)抱得很紧，轴旋转需克服摩擦，损失轴功率。同时摩擦发热大，氮气不能充分带走热量。由于高温摩擦作用，使轴很容易磨坏，磨出间隙后密封不起作用，须在设备运行中多次拧紧压盖(18)上的螺钉(19)，维护困难。因此，该密封结构从本质上来说还是一种填料密封，由于使用寿命短、功率损耗大、维修频率高，因而只适用于转速低、使用寿命要求不长的高温高压设备。
实用新型内容
[0004]针对上述情况，本实用新型提供了一种可适用于高温高压旋转机械的密封装置。
[0005]本实用新型用于高温高压旋转机械的密封装置，同样采用由在穿过高温高压介质区的旋转轴端部设置可随旋转轴转动的旋转密封环和与基座定位连接的静止密封环组成的端面密封单元实现。其基本结构包括:
[0006]——在由第一旋转密封环和第一静止密封环组成的第一端面密封单元的高温高压介质区方向侧，相邻设置有由沿旋转轴间隔静止排布的一对节流单元组成的降压区，降压区可通过该两节流单元同时分别与高温高压介质区和第一端面密封单元密封腔连通，并带有与外设的低压单元连通的调压通道，一般可连接至其前级封闭的低压原料罐等低压设备单元；
[0007]——第一端面密封单元的密封腔设置有带有热交换结构的降温循环通道。
[0008]在上述基本结构的基础上，为进一步保证和提高密封的安全、可靠性，在第一端面密封单元的轴向外侧，优选还设置有由第二旋转密封环和第二静止密封环组成的第二端面密封单元，并在第二端面密封单元的密封腔中设置有密封液循环通道，所述该密封液循环通道中设有热交换单元和储液单元。
[0009]还可以进一步采用的改进方式包括，在所述的第一端面密封单元的轴向外侧，或第二端面密封单元的轴向外侧，经间隔设置的第三节流装置隔离有一密封保护区，密封保护区中设有与隔离保护和降温系统连通的降温通道。
[0010]在本实用新型上述形式的密封装置中，可以单独或与以任意方式与上述结构相结合采用的进一步优选方式，还可包括:
[0011]在所述第一端面密封单元密封腔的带有热交换结构的循环降温通道中，还可以设置有与补液储源相连的补液通道，有利于补充循环过程中因不同原因损失的循环介质液体。
[0012]为使所述第一端面密封单元密封腔中的液体经所述循环降温通道实现循环，除可以按常规方式在该循环降温通道设置适当形式的泵送设备外，还可以采用的优选方式之一，是在所述的第一旋转密封环的外周，设置有用于驱动第一端面密封单元密封腔中的液体经所述循环降温通道进行循环的常规形式的泵效环。
[0013]在采用上述设置有所述的第二端面密封单元时，在第二端面密封单元密封腔中的密封液循环通道中，通常可以设置有目前常用形式的泵送设备或泵送单元，推动密封液进行循环。
[0014]在本实用新型上述的密封装置中，所述由第一旋转密封环和第一静止密封环组成的第一端面密封单元，是实现高温高压旋转机械密封的主密封单元。由于在其高温高压介质区的方向侧，经沿旋转轴间隔静止排布的一对节流单元相邻设置有一降压区，且通过该两节流单元能同时分别与高温高压介质区和第一端面密封单元密封腔连通，并还带有与外设低压单元连通的调压通道，因此高温高压介质可进入该降压区和第一端面密封单元的密封腔，但通过节流单元的作用，则可以使进入降压区的介质压力降得较低。通过在调压通道中设置相应的压力传感、检测等设备及控制阀门，可以实现对降压区内的压力进行监测和控制。降压区内介质压力的降低，同时也降低了第一端面密封单元密封腔内的介质压力。由于降压区中的介质在仅降低压力的情况下会有大量汽化物产生，为避免气化物进入密封腔对端面密封产生影响，可通过在第一端面密封单元的密封腔中设置的带有热交换结构的降温循环通道及相应的补液通道，注入适量的液体(优选为与泵送介质相同的物料，避免污染泵送介质)，并使密封腔中的压力适当高于降压区的压力，即可阻止气化物进入第一端面密封单元的密封腔中，也有利于降低循环液体的温度，并向该密封端面提供所需的润滑介质。
[0015]由于该第一端面密封单元是对分别经降温、降压处理后的介质物料进行密封的主密封单元，而当泵轴不旋转时则无法实现降温，其密封腔内依然为高温环境，因此该第一端面密封单元中的密封，可采用如金属波纹管密封等目前通常使用的耐高温密封结构。
[0016]由此可以理解，本实用新型上述结构形式的密封装置，通过将常规与密封结构/元件直接接触的高温高压介质物料，先分别进行了降压和降温处理后，再进入密封腔与密封结构/元件接触，从而使其完全能承受、并可靠地实现对降压、降温处理后的介质物料进行密封。
[0017]本实用新型上述密封装置中的所述第二端面密封单元，是在作为主密封的第一端面密封单元基础上进一步设置的安全密封单元，目的和作用是在主密封损坏时，对所泵送物料进行的第二道阻挡，以避免高温高压介质在异常情况下向大气环境的泄漏。第二端面密封单元中的密封通常可采用可靠性高的高压弹簧式密封。其中，第二端面密封单元的密封腔中设置的带降温单元和储液单元的密封液循环通道，可借助目前常用形式的循环泵等设备，让外部储液单元中的密封液参与循环，并向密封腔提供一个低于第一端面密封腔的稳定压力，以带走其密封端面摩擦产生的热量，同时可对第二端面密封单元提供润滑液，还能减小作为主密封的第一端面密封单元两侧的压差，保护主密封。
[0018]在第二端面密封单元的外侧还进一步设置的可经降温通道与单独外设的隔离保护和降温系统连通的密封保护区，能够在上述结构的基础上，对密封提供进一步安全、可靠的保障。例如，可以由所述的隔离保护和降温系统提供低压水、蒸汽或氮气等，通过降温通道进一步实现隔离氧气、防止泄漏的油类结焦、冲走泄漏物、降低安全密封外侧的温度，对第二端面密封单元进行保护。
[0019]本实用新型上述的密封装置，通过分别对高温、高压介质物料采取了降压、降温及补液等措施，不仅改善了端面密封部位的工况运行条件，而且通过设置的第二端面密封单元的两级密封的组合，满意地适应和解决了对高温高压介质实现了可靠的密封，具有使用寿命长和安全性高的优点，能实现高温高压介质的零泄漏，可广泛适用于石油、化工、核电、军工领域高端设备高温高压工况下的旋转机械设备进行密封。
[0020]以下结合附图所示实施例的【具体实施方式】，对本实用新型的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本实用新型上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本实用新型的范围内。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是目前的一种高温高压无润滑密封装置的结构示意图。
[0022]图2是本实用新型用于高温高压旋转机械的密封装置的结构原理示意图。
[0023]图3是本实用新型密封装置中第一和第二端面密封单元一种具体结构的示意图。
【具体实施方式】
[0024]如图2所示，本实用新型用于高温高压旋转机械的密封装置，包括有在横穿高温高压介质区14的旋转轴13端部，依次相邻设置的两组由可随旋转轴转动的旋转密封环和与基座定位连接的静止密封环组成的端面密封单元。其中:
[0025]——在由第一旋转密封环9和第一静止密封环91组成的金属波纹管密封的第一端面密封单元(即主密封单元)的高温高压介质区方向侧，相邻设置有由沿旋转轴13间隔静止排布的一对节流单元6，7组成的降压区61。该降压区61通过该两节流单元6，7可同时分别与高温高压介质区14和第一端面密封单元密封腔71连通，该降压区61同时还带有与外设的低压单元连通的调压通道1，在调压通道I中还可根据实际情况和需要，设置适当的阀门及压力监测设备。
[0026]——第一端面密封单元的密封腔71设置有带有热交换单元21 (如各类常用的间壁式换热器等)的降温循环通道2，通道中也可根据实际需要设置适当形式的温度、压力检测设备。在该带有热交换结构21的循环降温通道2中，还可设置有与补液储源(可采用与所输送物料相同的介质)相连的补液通道3。为推动密封腔71中的液体经该循环降温通道2进行循环，该第一旋转密封环9的外周可设置有适当形式的泵效环11。
[0027]——在第一端面密封单元的外侧，相邻设置有由第二旋转密封环10和第二静止密封环101组成的高压弹簧式密封的第二端面密封单元(即安全密封单元)。其密封腔12还设置有封液循环通道4，并在封液循环通道4中设有降温单元41 (如各类常用的间壁式换热器等)和如储液罐等形式的常规储液单元42，以及用于推动液体循环的泵送设备或单元43。
[0028]在上述第二端面密封单元(即安全密封单元)的轴向外侧，经间隔设置的第三节流装置8还隔离有一密封保护区81，密封保护区81中设有与隔离保护和降温系统连通的降温通道5。
[0029]图2是一个典型的可用于柴油液相加氢主循环泵的密封装置结构(主要展示第一和第二端面密封单元的结构)。高温高压区中为输送的400°C、10MPa且含硫化氢和溶氢的高温高压柴油，其通过节流单元6和进入降压区61，通过由调压阀控制的调压通道I引出一部分至外界的低压柴油罐区。经节流单元6和调压通道，可将降压区61中的压力降至2.6MPa，同时部分柴油、溶氢、硫化氢也将以气态存在降压区中。
[0030]将由原料油泵抽出的120°C、3MPa的柴油分出适量部分经补液通道3 (途中未示出)和调温通道2源源不断的注入主端面密封腔71，由于其压力高于降压腔的压力，注入的柴油阻挡了气相成分进入密封腔。密封腔的液体通过调温通道2、泵效环11和热虹吸效应，不断进入调温通道2并经热交换结构21冷却和循环，使密封腔液体稳定在260°C、3MPa以下，为机械密封提供了一个良好的运行环境。
[0031]在主密封单元外侧设置有安全密封单元。安全密封单元密封腔中的封液循环通道4用原料油泵分出的120°C、3MPa的柴油，通过减压阀将密封腔12的压力降至0.8Mpa，为安全密封提供润滑液，同时带走密封摩擦产生的热量，再留回常规储液单元42。
[0032]主密封单元如有少量泄漏，可一并进入安全密封单元的封液循环通道4中，不会进入大气中。主密封失效时，安全密封可继续起作用，同时其密封腔的压力升高，可通过在封液循环通道4中设置的压力变送器等传感设备传出报警信号，通知停车检修设备。
【权利要求】
1.用于高温高压旋转机械的密封装置，包括在穿过高温高压介质区(14)的旋转轴(13)端部设置的由可随旋转轴转动的旋转密封环和与基座定位连接的静止密封环组成的端面密封单元，其特征是: —在由第一旋转密封环(9)和第一静止密封环(91)组成的第一端面密封单元的高温高压介质区方向侧，相邻设置有由沿旋转轴(13)间隔静止排布的一对节流单元(6，7)组成的降压区(61)，降压区(61)可通过该两节流单元(6，7)同时分别与高温高压介质区(14)和第一端面密封单元密封腔(71)连通，并带有与外设的低压单元连通的调压通道(I); ——第一端面密封单元的密封腔(71)设置有带有热交换结构(21)的降温循环通道(2)。
2.如权利要求1所述的密封装置，其特征是在第一端面密封单元的轴向外侧，设置有由第二旋转密封环(10)和第二静止密封环(101)组成的第二端面密封单元，在第二端面密封单元的密封腔(12)设置有密封液循环通道(4)，并在密封液循环通道(4)中设有热交换单元(41)和储液单元(42)。
3.如权利要求1所述的密封装置，其特征是在第一端面密封单元的轴向外侧，经间隔设置的第三节流装置(8)隔离有一密封保护区(81)，密封保护区(81)中设有与隔离保护和降温系统连通的降温通道(5 )。
4.如权利要求2所述的密封装置，其特征是在第二端面密封单元的轴向外侧，经间隔设置的第三节流装置(8)隔离有一密封保护区(81)，密封保护区(81)中设有与隔离保护和降温系统连通的降温通道(5 )。
5.如权利要求1至4之一所述的密封装置，其特征是在所述第一端面密封单元密封腔(71)的带有热交换结构(21)的循环降温通道(2)中，设置有与补液储源相连的补液通道(3)。
6.如权利要求1至4之一所述的密封装置，其特征是在所述第一端面密封单元中第一旋转密封环(9)的外周，设置有用于驱动第一端面密封单元密封腔(71)中的液体经所述循环降温通道(2 )进行循环的泵效环(11)。
7.如权利要求2或4所述的密封装置，其特征是在所述在第二端面密封单元密封腔(12)中的密封液循环通道(4)中设置有泵送单元(43)。
【文档编号】F16J15/16GK204226640SQ201420464871
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】张有华, 王威, 伍娜, 朱晓波, 任俊明, 周昌奎, 侯晓东 申请人:四川日机密封件股份有限公司