挡板密封系统的改进的制作方法

专利名称：挡板密封系统的改进的制作方法
技术领域：
本发明涉及挡板密封系统，该系统适用于穿过壳体内的孔延伸的转动轴的密封。壳体是装有高压流体的泵、压缩机或类似设备的一部分。密封系统包括内侧和外侧机械端面密封，每个密封都设有初级环和配合环。内、外侧密封之间的空间限定一个缓冲腔。缓冲腔内供有缓冲流体。内侧密封把缓冲流体经密封面抽运至密封的高压边。这种密封的一般特性在Sedy的美国专利NO.4，290，611中已有介绍。
本发明的一个目的是上述类型的一种降低或取消对缓冲流体压力的要求、减少潜在排出物的排出和简化缓冲流体供应设备的挡板密封系统。
本发明的另一目的是一种挡板密封系统，其内的内侧密封是双平衡的，因此在压力转换的情况下内密封仍然有效。
本发明的另一目的是一种可在高压应用中工作的挡板密封系统。供高压环境中使用的本发明的挡板密封系统，为防止挠曲装设坚硬的初级环和配合环。高压密封也设有最佳的密封面和隔墙宽度，以使内侧密封形成的压力达到最大值。
本发明还有一个目的是一种挡板密封系统，该挡板密封系统在内侧密封面的外直径上增压，于是利用离心力来防止污染密封面和第二密封。
本发明的另外目的是上述类型的一种挡板密封系统，该挡板密封系统包括在内侧密封面高压侧上形成密闭室的缓冲流体密闭元件。密闭室防止工作流体与第二密封或初级环和第二级环的密封面接触。
其他目的可以从下述的说明、附图和权利要求书中逐渐显示出来。
上述目的通过带有连到被密封设备壳体上的压盖板的密封系统来实现。套筒安装在轴上以便随轴转动。第一静密封呈O-型环形式，安放在套筒和轴之间，防止沿轴产生泄漏。外侧机械端面密封设有连接压盖板的配合环和为了随轴转动而连接套筒的密封帽。密封帽包括座圈和许多配置在座圈和初级环之间的弹簧，推动初级环与配合环相接触。第二密封位于座圈和初级环之间。
挡板密封还包括内侧机械端面密封，至少一部分内侧机械端面密封安装在壳体和转轴之间的环形空间。内侧密封有初级环和固定到压盖板上的座圈。至少部分座圈包围初级环，以便固定它的径向位置，同时允许初级环作轴向运动。第二密封安装在座圈和初级环之间。内侧密封的配合环围绕套筒，并且为了随轴转动将它连到套筒上。静密封放置在套筒和配合环之间，以防套筒和配合环之间产生泄漏。
在内侧密封的配合环和初级环的一侧有相对置的、相对旋转的径向密封面。密封面的外径承受工作流体的压力。
内侧密封安置在外密封的轴向适当位置上，从而限定缓冲腔。内侧密封的配合环里有沟槽，沟槽自缓冲腔延伸部分地越过配合环密封面至无沟槽的隔墙部分。沟槽将缓冲流体抽运跨过密封面进入内侧密封的高压边。
内侧密封的初级环设计成双平衡的，因此在不损失闭合力的情况下可以允许发生压力转换。缓冲流体由一个储存箱中靠重力流入缓冲腔。缓冲流体密闭元件跨越内侧初级和次级环，并与它们接触而确定密闭室，该密封室防止工作流体与内侧密封的密封面或次级密封接触。


图1本发明挡板密封系统的局部剖视立体图;
图2图1密封件沿轴向垂直平面的截面放大图;
图3配合环密封面部分前视图，图中显示螺旋沟槽;
图4挡板密封系统简图，图中说明缓冲流体供应装置;
图5本发明另一实施例的与图2相同的截面图;
图6通过初级环和部分座圈的细节截面示意图，图中说明初级环的双平衡设计方案。为清楚起见，未画出断面线;
图7缓冲密闭元件的细节放大截面图;
图8与图7相同表示另一实施例;
图9与图7相同表示再一个实施例。
图1和图2表示本发明挡板密封系统10。密封系统10对转轴12和壳体14间的环形空间进行密封。轴12穿过壳体14内的孔16。在密封侧面，壳体14中包含图2中标有-压力-的高压流体。密封系统外标有-大气-。所示的具体密封准备采用液态流体，即压力状态下的液体。
将压盖板部件18用螺栓栓接到壳体的外表面。压盖板上有用以与孔16配装的凸台20，以便将压盖板定位。密封垫22防止在孔16和压盖板18之间产生泄漏。
压盖板上有一组旋塞，分别为上部垂直的和水平的旋塞24和26。内通道28使流体连通旋塞24和26。供缓冲流体的管路从储存箱连到一个旋塞上。在垂直和水平方向上提供以带螺纹的旋塞以便接纳用于具体设备的供应管路的最便利的实际连接件。仅使用一个旋塞而堵住另一个。此外，参见图1和图4，可看出，与上相同的下一组垂直和水平的旋塞29、31设置在压盖板的下半部。同样也使用一个旋塞连通连接储存箱的缓冲流体管路。下面将进一步详述储存箱如何与压盖板相连。
密封系统10有一个包围轴12的长套筒36。套筒从压盖板外延伸至孔16内的充分深的位置处，在该处该套筒终止于一整体凸缘38，凸缘上设置一个座槽以便安放O-型环40。该O-型环防止套筒和轴之间的泄漏。套筒外端设有将开口环42装配在内的沟槽。用多个定位螺钉44把套筒固定在轴上的适当位置。
开口环42夹持住用总号46表示的外侧密封。该外侧密封最好是一个接触的机械端面密封。外侧密封有一个转动的密封帽，它包括由座圈50固定在适当位置的初级密封环48。静O-型环52防止座圈和套筒之间的泄漏。密封帽还包括多个接合在座圈和驱动环56之间的弹簧54。密封帽由O-型环58构成的第二密封总成。
弹簧54推动初级环48接合配合环60表面。由于配合环被多个销子62固定到压盖板上，所以配合环是静止不动的。配合环利用O-型环64与压盖板密封。
内侧密封66与外侧密封46在轴向上隔开一段距离。内、外侧密封66和46与套筒36和压盖板18一起共同限定缓冲腔68。缓冲腔连通压盖板上的通道28，因此缓冲液体可自储存箱供给缓冲腔。
现在参看内侧密封66的细节，它有一个包括扣在压盖板上凸台20上的座圈70的静密封帽。座圈带有推动驱动环74与初级环76接合的多个弹簧72。驱动环有多个接片，接片接合初级环背面的凹槽，以使座圈和初级环可转动地锁紧在一起。第二密封78安装在座圈70和初级环76之间。圆盘80也可以靠座圈的台肩定位，有助于将第二密封安置在适当位置以承受工作压力。
初级环的内径上形成多个轴向通路或沟槽82(图2)。沟槽82便于使缓冲流体通过缓冲腔68流到密封表面。
弹簧72推动初级环76与配合环84接合。配合环利用销子86扣住套筒的凸缘38。静O-型环88防止突缘38和配合环84之间的泄漏。
配合环84的一侧有径向密封面90。配合环另一侧称作背面，在此情况下它包括径向的和锥形的表面92。同样，初级环76一侧有密封表面94，另一侧的背面包括几个径向表面。初级环表面的细节将于下面说明。
图3表示配合环密封面的细节。配合环面90上形成多个螺旋沟槽98。自密封面内径延伸的螺旋沟槽越过部分密封表面。表面无沟槽部分形成由沟槽部分外径到配合环外径延伸的隔墙100。表面宽度等于具有较小表面外径的环(初级环或配合环)的表面的内、外径差值的一半。隔墙宽度等于初级环和螺旋槽外径的差值。图1中密封表面宽度为0.150英寸，隔墙宽为0.050英寸。螺旋槽深度为180微英寸左右。以上数字仅供参考。
沟槽收集来自缓冲腔并对着隔墙100而加速的缓冲流体，因此增大缓冲流体的压力使其达到大于壳体内工作流体的压力。这就防止了从密封高压侧的工作流体到缓冲腔的泄漏。事实上，转动的配合环自较低压的缓冲腔抽运一些缓冲流体到密封的高压侧面。结果造成有小股缓冲流体流到工作流体中。
图4表明怎样提供缓冲流体以补偿由于抽运内侧密封而造成的耗损。图4以简图的形式表示一完整的装置。通过联轴器104使电机102和轴12接合。该轴驱动泵106，该泵包括壳体14和孔16。挡板密封系统10放置在孔中的适当位置。图中表示上水平旋塞26通过管道或管子108连接缓冲流体储存箱30。下水平旋塞31通过管道112也容纳有缓冲流体。储存箱中装有连接自动灌装阀34的浮子32。阀门34连接供缓冲流体的管线(图中未示出)。管线108或112的一个管线装设翅片，有利于散热，而其它管线则是绝热的，以便构成热虹吸作用。热虹吸作用为可供选择的可用来增强重力输送缓冲流体至缓冲腔的特性。
现在转到图5。用总号114表示另一形式的挡板密封系统。该实施例准备应用于高压高温设备中。图5所示的密封系统可承受工作压力达1400psi，温度可达700°F。在此实施例中，压盖板116用螺栓固定到垫板组件118上，这些另件用螺栓固定到壳体120上。垫板有延伸到壳体孔124中的长形延伸部分122。垫板用O-型环126与壳体密封。垫板也有缓冲流体出口旋塞128，连通流体管道130。压盖板116包括与其相同的旋塞132和管道134。这些零件实际上位于下半个压盖板上，为方便起见用虚线表示。
密封系统包括在轴138周围的，并用定位螺钉142固定的卡圈140紧固在轴上的套筒136。O-型环144将轴和套筒进行密封。
外侧密封包括静配合环146，它扣住在压盖板116的延伸部分。O-型环148把配合环146和压盖板进行密封。
密封帽包括带弹簧152的座圈50，弹簧与圆盘154接触，推动初级环156与配合环146接合。第二密封158夹持在套筒的初级环之间。座圈带有轴运环160，环160使缓冲流体自外缓冲腔161至内缓冲腔163进行循环。这些腔室分别与管道134和130连通。
内侧密封包括扣住在套筒136凸缘的配合环162。配合环的一侧有密封面164。该密封面与图3所示的密封面相似。利用静密封166防止配合环和套筒之间的泄漏。
内侧密封的密封帽包括扣住在垫板组件118的座圈168。弹簧170作用在圆盘172和座圈168上，推动初级环174与配合环162密封接合。第二密封176配置在座圈和初级环之间。初级环上有与配合环的密封面相面对的径向密封面178。初级环也有一个与座圈内凹槽182相接合的吊耳180。
通过管道184将缓冲流体供应至入口旋塞132，管道与储存箱186连接。利用通过管道190和压力调节器192而和储存箱连接的氮瓶188给储存箱加压。缓冲流体通过回程管194从出口旋塞128返回至储存箱。氮瓶增压缓冲流体，该缓冲流体本身又使缓冲腔161、163增压至200psi左右。缓冲压力为推动缓冲流体进入内侧配合环的螺旋沟槽中所需。即使运用了增压缓冲流体，缓冲流体和工作流体的压差还可在1200psi级数。业已发现，为增大缓冲流体压力达到该压力值，需要有一个与过去所用的密封表面不同的表面结构。特别发现在工作流体是原油、NGL(液态天然气)或乙烯，缓冲流体在200psi下凝缩，轴速约3550rpm的条件下，表面宽度为0.312英寸，隔墙宽为0.093英寸时，能产生为从缓冲腔抽运缓冲流体进入工作流体中所需要的压力。
图5密封的另一特性是内侧密封的初级环和配合环均使用高强度的材料制成。如衩级环可采用碳化钨，配合环用碳化硅。碳化硅的弹性模量是56×106psi，而碳化钨是89×106psi。因此这些材料在工作压力下能抗挠曲。为便于比较，碳-石墨(通常用作密封环材料)的模量可达1.8至4或4×106psi左右。如果密封环使用了低模量的材料，则环将产生变形，变形破坏密封表面的平行度。而密封表面必须要保持平行度以便如所要求那样工作。为此目的，等级或数量大于普通碳的弹性模量的某种材料称为高弹性模量材料。
应注意，图1和图5实施例的安排是密封环直径外侧存在工作压力。这种情况称为O.D.增压密封。虽然表明并最好选用O.D.增压，但应理解本发明可采用I.D.增压装置。O.D.增压的优点是转动密封元件在工作流体上产生的离心力由密封表面抛射出流体。这有助于防止密封表面的污染，特别是防止由工作流体内所带的颗粒物的污染。
如上所述，图1和图5实施例的内侧密封是双平衡的。这种安排的意义和重要性结合图6进行解释。图6表示初级环和座圈的几个细节。初级环上有由轴向凸耳196和径向台肩198限定的台座。也有带有表面200和202的槽口。槽口安放着座圈70的端部。
初级环前面包括密封表面94和前中性表面204。初级环背面包括台肩198及202和后中性表面206。后中性表面206是与前中性表面204对置的背面上的一部分，即虚线207上面的那部分。这些表面称为“中性的”的原因，正如下面将要说明的那样，因为这些表面在平衡计算中相互抵消。虚线207也限定了中性表面206和凸耳196之间的小表面208。
座圈70有由径向台肩210和轴向表面212所限定的槽口。
座圈和初级环上的这些不同部分限定了一系列的直径，其中包括初级环表面的外侧直径D，内平衡增压直径B，外平衡增压直径b，和密封表面的内径d。
密封平衡涉及到由于工作流体压力产生在初级环上的轴向力。这些力和弹簧力一起，确定了初级环和配合环紧密配合的紧密度，因此，控制他们之间的间隙，该间隙本身在确定总密封性能上也是一个重要因素。工作流体压力作用到初级环的两侧面。由于压力作用在初级环的前、背面，所以他们的面积比值成为关键的问题。因此，密封平衡定义成承受使初级环紧靠配合环的力的初级环的面积对承受使初级环和配合环之间的间隙打开的力的初级环面积的比例。简言之，密封平衡等于闭合面积除以打开面积。
具体参看图6，一压力梯度作用在密封面94上，使密封间隙打开。这样，打开的静面积就是密封面94，为π(D2-d2)/4。
闭合面积取决于密封是外增压还是内增压。首先考虑内增压情况，工作压力施加到字母A的面积上。全部工作压力加在前中性表面204、后中性表面206和表面208上。内压力也促使第二密封78靠上径向台肩198，于是有效作用是在一表面上达到轴向表面212的极限。中性表面204和206上作用的力在相反方向上起作用，彼此有效地抵消。因此，闭合面积成为内加压平衡直径B和内密封表面直径d之间的面积。于是闭合面积等于π(B2-d2)/4。所以对于内增压来说，平衡等于B2-d2/D2-d2。该比值选定为0.8左右。一般来说，具有小于1的平衡的密封是已平衡的，而具有大于1平衡的密封是不平衡的或超平衡的。
考虑到外增压或O.D.增压密封情况，工作压力作用在图6中B指示的位置。压力使O-型环78移动靠上轴向台肩210，于是压力作用在表面198和202上。所以外增压的闭合面积成为π(D2-b2)/4。打开的静面积仍然相同，即π(D2-d2)/4。因此，对O.D.增压的平衡值是(D2-b2)/(D2-d2)。该值也选为0.8左右。这样，对内、外增压平衡来说是一样的。这就是说是双平衡的初级环。
应注意在此情况下，造成双平衡的实际安排是，内、外平衡直径B、b对称于初级环密封表面94的中心线C。其结果是内增压闭合面积大致等于外增压闭合面积。因此，两种情况的平衡图当然是一样的，所述的密封是双平衡的。双平衡时，不论初级环看作内压力还是外压力，密封是同样平衡的。这个问题很重要，因为如果由于某种原因，内密封停止抽运时，它仍然起到接触密封的作用。在如图5所示具有一些缓冲压力的装置中，双平衡密封也能经得住压力的转换。那就是图5的密封通常期望有来自工作流体的O.D.增压。如果由于某种原因，工作流体压力降至缓冲腔的压力以下，密封成为内增压式。如果密封非双平衡的，则在发生这种压力转换时会将该密封冲击开。
现在转到发明的另一方面，图7-9表示位于密封面增压边的、限定密封室的密封装置的三个实例。密闭室内存留跨过密封表面抽运的缓冲流体，同时防止工作流体进入密闭室。这个问题很重要，因为在图1和图5所示的推板式密封中，工作流体暴露在第二密封。在第二密封O-型环区域内固化的流体最后能限制初级环的运动，因表面悬开导致密封泄漏。为防止这种情况尽管提供内冲洗工艺，但进行这项工作要求昂贵的设备。这导致需在工作流体中增加流率在每分钟1至2加仑之内的冲洗流体。在多数情况下，这种生成物稀释率是不允许的。图7-9的密闭装置解决了这个问题。图7-9中，和图1和2中的零件比较而有微小修改的或没有修改的零件取与之相同的数字表示。
图7中的密闭装置包括用总标号214表示的机壳或壳体。壳体214包含大致呈圆柱形的主体部分216，它的一端整体连到密封垫218上。密封垫218夹在压盖板18和壳体14之间。它可取代图1中的密封垫22。壳体214的另一端是与套筒的转动凸缘38滑动接合的唇密封220。壳体214、套筒凸缘38、配合环84、初级环76和座圈70一起确定一个密闭室222。唇密封220呈一角度的，以便限制从密封的工作流体边泄漏到密闭室222中。使经过密封表面抽运至密闭室222的缓冲流体可从密闭室流过唇密封进入密封的高压边。壳体214最好由聚四氟乙烯制成。
图8表示另一实施例，其中的密闭装置包括一改型的座圈70A。座圈设置跨过密封的延伸部分224。延伸部分224有装着挠性密封226的支座，挠性密封226与转动套筒的凸缘38接触，确定密闭室228。
图9表示另一实施例，它采用压配到座圈70上的、基本是柱形的连接器230。改型的套筒凸缘38A有螺纹台肩232，套环234装在台肩上。套环234把唇密封236夹持在凸缘38A的一端。连接器230和密封件236限定密闭室238。
图7-9中实施例的任一密闭装置都形成密闭室，因此洁静的缓冲流体围绕在第二密封的O-型环周围。密闭室有足够小的容积，因此密封抽运速率能充满密闭室而不需要外部充灌。当容许缓冲流体流过时，唇密封起到密封生成物压力的止回阀的作用。一旦泵或其他设备开始工作，密闭室充满来自密封面的抽运物。当密闭室压力克服工作压力和唇密封阻力时，缓冲流体通过唇漏入工作流体中。这就使生成物远离O-型环第二密封区域，并连续地动态操作状态下润滑唇密封。唇密封将用O.D.压力静态地启动以防生成物侵入。
虽然上面已描述发明的最佳形式，但认为只要不脱离下述的权利要求范围，便可对本发明可进行修改。
1中的密封垫22。壳体214的另一端是与套筒的转动凸缘38滑动衔接的唇密封220。壳体214、套筒凸缘38、配合环84、初级环76和座圈70一起确定一个密闭室222。唇密封220是有角度的，以便限制密封的工作流体泄漏到密闭室222中。使经过密封表面抽运至密闭室222的缓冲流体从密闭室流过唇密封进入密封的高压边。壳体214最好由聚四氟乙烯制作。
图8表示另一实施例，其中的密闭装置包括一改型的座圈70A。座圈设置跨过密封面的延伸部分224。延伸部分224有装在挠性密封226上的支座。挠性密封226与转动套筒的凸缘38接触。228指定为密闭室。
图9表示另一实施例。它采用压配到座圈70上的、基本是柱形的连接器230。改型的套筒凸缘38A有螺纹台肩232，套环234装在台肩上。套环234把唇密封236夹持在凸缘38A的一端。连接器230和密封件236限定密闭室238。
图7-9中实施例的任一密闭装置都形成密闭室，因此洁静的缓冲流体围绕在第二密封的O-型环周围。密闭室有足够小的容积，因此密封抽运速率能充满密闭室而不需要外部充灌。当缓冲流体流过时，唇密封起到产生压力的止回阀的作用。一旦泵或其他设备开始工作，密闭室充满达到抽运量。当密闭室压力克服工作压力和唇密封阻力时，缓冲流体通过唇漏入工作流体。这就远离O-型环第二密封地区，并使唇密封连续在动态操作状态下润滑。唇密封用O.D压力静态操纵以防产物侵入。
虽然上面已描述发明的最佳形式，但只要不脱离下述的权利要求范围，认为对发明可进行修改。
权利要求
1.密封壳体和穿过壳体内的孔延伸的转轴之间形成的环形空间的密封系统，壳体包含高压流体，其特征是密封系统包括可连到壳体上的压盖板；外侧机械端面密封具有连接压盖板的第一部分和用以与轴一起转动的可连接的第二部分；内侧机械端面密封至少其一部分安装在环形空间内，密封具有初级环和配合环，所安装的其中一个环用以与轴一起转动，另一环固定地连接到压盖板上，配合环和初级环的一侧都有对置的、径向密封面，另一侧有背面，初级环的密封面和背面是这样安排的，即初级环是双平衡的，内侧密封位于外侧密封的轴向适当位置，以限定一个缓冲腔；内侧密封上安设用以将流体从所述的缓冲腔向内侧密封的高压边抽运的装置，以抵抗来自所述的高压边的流体泄漏。
2.按照权利要求1所述的密封系统，其特征是还包括安装在轴上用以与轴一起转动的套筒，内、外侧密封的转动部分固定连接到套筒上。
3.按照权利要求2的密封系统，其特征是还包括座圈，至少部分座圈包围初级环，以固定其径向位置，同时允许初级环产生轴向运动，第二密封安置在座圈和初级环背面之间。
4.按照权利要求3的密封系统，其特征是还包括配置在座圈和初级环之间的多个弹簧，弹簧将初级环向配合环推动。
5.按照权利要求1的密封系统，其特征是还包括座圈，至少部分座圈包围初级环，以固定其径向位置，同时允许初级环作轴向运动。
6.按照权利要求5的密封系统，还包括具有在初级环背面形成的轴向凸耳和径向台肩的第一台座，第二台座具有与所述的第一台座对置的座圈内形成的轴向凸耳和径向台肩，所述的轴向凸耳的直径围绕初级环密封面的中心线对称安置，第二密封配置在所述的轴向凸耳之间。
7.按照权利要求1的密封系统，其特征是在最靠近缓冲腔的内侧密封环内设置轴向沟槽，为从所述环的背面至密封面增强缓冲流体的流动。
8.按照权利要求1的密封系统，其特征是还包括缓冲流体储存箱，储存箱位于所述壳体外，其标高大于缓冲腔，并与缓冲腔用流体连通，因此在重力输送的情况下，由储存箱供给缓冲流体。
9.按照权利要求8的密封系统，其特征是还包括连接储存箱并可连到流体供给管路的浮球阀，当其中的缓冲流体达到予定的高度时，能自动地再注入储存箱。
10.按照权利要求8的密封系统，其特征是储存箱和缓冲腔之间流体的连通，包括形成热环路的入口管和出口管。
11.按照权利要求10的密封系统，其特征是入口管安装有翅片，出口管绝热以加强热虹吸效果。
12.按照权利要求1的密封系统，其特征是初级环由碳化钨制成，配合环由碳化硅制成。
13.按照权利要求1的密封系统，其特征是初级环和配合环密封面之一的高压边，具有圆周隔墙及多个螺旋沟槽从隔墙到低压缓冲腔延伸，用以将流体从缓冲腔抽运进入密封的高压边。
14.按照权利要求13的密封系统，其特征是初级环表面宽度约0.312英寸，隔墙宽度约0.093英寸。
15.密封壳体和穿过壳体内的孔延伸的转轴之间形成的环形空间的密封系统，壳体包含高压流体，其特征是密封系统包括可连到壳体上的压盖板;外侧机械端面密封具有连接压盖板的第一部分和用以与轴一起转动的可连接的第二部分;内侧机械端面密封至少其一部分安装在环形空间内，密封具有配合环和初级环，所安装的其中一个环用以与轴一起转动，另一环固定连接到压盖板上，内侧密封位于外侧密封的轴向适当位置，以限定一个缓冲腔;内侧密封上安装用以将流体从所述的缓冲腔向内侧密封的高压边抽运的装置，以抵抗来自所述的高压边的流体泄漏，缓冲流体储存箱，储存箱位于所述壳体外，其标高大于缓冲腔，并与缓冲腔用流体连通，因此在重力输送的情况下，由储存箱供给缓冲流体。
16.按照权利要求15的密封系统，其特征是还包括浮球阀，阀连到储存箱并可连接流体供给管路，以便当其中的缓冲流体达到予定高度时，能自动地再流入储存箱。
17.按照权利要求15的密封系统，其特征是储存箱和缓冲腔之间流体的连通，包括形成热环路的入口管和出口管。
18.按照权利要求17的密封系统，其特征是入口管安装有冷却翅片，出口管绝热以加强热虹吸效果。
19.密封壳体和穿过壳体内的孔延伸的转轴之间的环形空间的密封系统，壳体包含高压流体，其特征是密封系统包括可连到壳体上的压盖板;外侧机械端面密封具有连接压盖板的第一部分和用以与轴一起转动的可连接的第二部分;内侧机械端面密封至少其一部分安装在环形空间内，密封具有配合环和初级环，所安装的其中一个环用以与轴一起转动，另一环固定地连接到压盖板上，内侧密封位于外侧密封的轴向适当位置，以限定一个缓冲腔;内侧密封上安设用以将流体从所述的缓冲腔向内侧密封的高压边抽运的装置，以抵抗来自所述的高压边的流体泄漏;缓冲流体储存箱位于所述壳体外，与缓冲腔流体连通，因此从储存箱供给缓冲流体;增压所述储存箱的装置;可转动地连到缓冲腔内的轴上的抽运装置，用以循环储存箱和缓冲腔之间的缓冲流体。
20.按照权利要求19的密封系统，其特征是初级环由碳化钨制成，配合环由碳化硅制成。
21.按照权利要求20的密封系统，其特征是在配合环和初级环一侧有对置的径向密封表面，另一侧有背面，初级环的密封面和背面的安排使初级环是双平衡的。
22.按照权利要求19的密封系统，其特征是在配合环和初级环一侧有对置的径向密封表面，另一侧有背面，初级环的密封面和背面的安排使初级环是双平衡的。
23.按照权利要求19的密封系统，其特征是在初级环和配合环的密封面之中的一个面的高压边，具有圆周隔墙及多个从隔墙到低压缓冲腔延伸的螺旋沟槽，以便将流体由缓冲腔抽运到密封的高压边。
24.按照权利要求23的密封系统，其特征是初级环表面宽约0.312英寸，隔墙宽约0.093英寸。
25.密封壳体和穿过壳体内的孔延伸的转轴之间形成的环形空间的密封系统，其特征是壳体内包含至少达300psi的压力流体，密封系统还包括可连到壳体上的压盖板;外侧机械端面密封具有连接压盖板的第一部分和用以与轴一起转动的可连接的第二部分;内侧机械端面密封至少其一部分安装在环形空间内，内侧密封位于外侧密封的轴向适当位置，以限定一个缓冲腔，内侧密封设有配合环和初级环，所安装的其中一个环用以与轴一起转动，另一环固定连接到压盖板上，初级环和配合环由具有高弹性模量的材料制成;内侧密封上安装用以将流体从所述的缓冲腔向内侧密封的高压边抽运的装置，以抵抗来自所述的高压边的流体泄漏。
26.按照权利要求25的密封系统，其特征是在配合环和初级环的一侧有对置的径向密封表面，另一侧有背面，初级环的密封面和背面的安排使初级环是双平衡的。
27.按照权利要求25的密封系统，其特征是初级环和配合环密封面之中的一个面的高压边，具有圆周隔墙，另外密封面上有多个从隔墙到低压缓冲腔延伸的螺旋沟槽，以便将流体由缓冲腔抽运到密封的高压边。
28.按照权利要求27的密封系统，其特征是初级环表面宽约0.312英寸，隔墙宽约0.093英寸。
29.密封壳体和穿过壳体内的孔延伸的转轴之间形成的环形空间的密封系统，壳体包含高压流体，其特征是密封系统包括可连接壳体的压盖板;安装在轴上以便和轴转动的套筒;套筒和轴之间的第一静密封，防止二者之间的泄漏;外侧机械端面密封具有连到压盖板的第一部分和用以随轴转动而连接套筒的第二部分;内侧机械端面密封至少有一部分安装在环形空间中，内侧密封包括初级环;固定到压盖板上，至少部分包围初级环的座圈，以固定初级环的径向位置同时使初级环能作轴向运动;配置在座圈和初级环之间的第二密封;配合环包围套筒并连接套筒用以随轴转动;套筒和配合环之间安设静密封，以便防止两者之间的泄漏;在配合环和初级环的一侧，安设对置的、相对转动的径向密封面，密封面的外直径承受壳体内的流体压力;内侧密封位于外侧密封的轴向适当位置，以限定一个缓冲腔;由内侧密封承载的用以将流体从所述的缓冲腔向内侧密封的内侧高压边抽运的装置，以抵抗来自所述的高压边的流体泄漏。
30.按照权利要求29的密封系统，其特征是在初级环和配合环密封面的对侧有背面，初级环的密封面和背面的设置使初级环是双平衡的。
31.按照权利要求30的密封系统，其特征是还包括，第一台座装有在初级环背面构成的轴向凸耳和径向台肩，第二台座具有与第一座台对置的座圈内形成的轴向凸耳和径向台肩，所述的轴向凸耳的直径围绕初级环密封面的中心线对称，第二密封配置在所述的轴向凸耳之间。
32.按照权利要求29的密封系统，其特征是在初级环内构成轴向沟槽，增强缓冲流体从初级环背面至密封表面的流动。
33.按照权利要求29的密封系统，其特征是还包括缓冲流体储存箱，储存箱位于所述壳体外，其标高大于缓冲腔，并用流体与缓冲腔连通，因此在重力输送的情况下，由储存箱供给缓冲流体。
34.按照权利要求33的密封系统，其特征是还包括连接储存箱并可连到流体供给管路的浮球阀，当其中的缓冲流体达到予定高度时，能自动地再流入储存箱。
35.按照权利要求33的密封系统，其特征是储存箱和缓冲腔之间的流体连通，包括形成热环路的入口管和出口管。
36.按照权利要求35的密封系统，其特征是入口管安装有冷却翅片，出口管绝热以加强热虹吸效果。
37.按照权利要求29的密封系统，其特征是初级环由碳化钨制成，配合环由碳化硅制成。
38.按照权利要求29的密封系统，其特征是初级环或配合环密封面之一的高压边，具有圆周隔墙及多个从隔墙至低压缓冲腔延伸的螺旋沟槽，用以将流体从缓冲腔抽运进入密封的高压边。
39.按照权利要求38的密封系统，其特征是初级环表面宽度约0.312英寸，隔墙宽度约0.093英寸。
40.密封壳体和穿过壳体内的孔延伸的转轴之间形成的环形空间的密封系统，壳体包含高压流体，其特征是密封系统包括可连接壳体的压盖板;外侧机械端面密封具有连接压盖板的第一部分和用以与轴一起转动的可连接的第二部分;内侧机械端面密封至少其一部分安装在环形空间内，密封具有配合环和初级环，第一安装装置用以与所述环之一连接使之随轴转动，第二安装装置使另一个环以非转动的关系连到压盖板上，在配合环和初级环的一侧有对置的、径向的密封面，内侧密封位于外侧密封的轴向适当位置，以限定一个缓冲腔;密闭装置的一端可滑动地连接至少所述的一个环或第一安装装置中之一，密闭装置的另一端连接至少所述的另一环或第二安装装置中之一，密封装置越过密封面，在内侧密封的高压边由该密封面隔开一定距离，从而限定密闭室;承载在内侧密封上用以将流体从所述的缓冲腔向密闭室抽运的装置，以抵抗来自壳体高压边的流体泄漏。
41.按照权利要求40的密封系统，其特征是密闭装置包括于所述装置和所述一个环或第一安装装置交界处设有唇密封。
42.按照权利要求40的密封系统，其特征是第二安装装置包括座圈，它至少有一部分包围初级环，以便固定初级环的径向位置，同时还可使初级环作轴向运动。
43.按照权利要求42的密封系统，其特征是密封装置包括一外壳，其一端部上有一垫圈位在压盖板和壳体之间;在其另一端上有唇密封与所述的一个环或第一安装装置接合。
44.按照权利要求43的密封系统，其特征是唇密封呈一角度，因此限制了从密封高压边到密闭室的泄漏，同时允许缓冲流体从密闭室进入高压边。
45.按照权利要求42的密封系统，其特征是密封装置包括聚四氟乙烯材料的圆柱体，它连接座圈并有与转动环接触的唇部。
46.按照权利要求40的密封系统，其特征是第二安装装置包括座圈，座圈至少有一部分包围初级环，以固定初级环的径向位置，同时允许初级环作轴向运动，密封装置包括延长部分，该部分连接座圈，跨过密封面并装设挠性密封件，它接合所述的一个环或第一安装装置。
47.按照权利要求42的密封系统，其特征是密封装置包括压配在座圈上的大致呈圆柱形的连接器，及由一个环或第一安装装置之一承载一唇密封，唇密封可滑动接合到连接器上。
全文摘要
密封壳体和穿过壳体内的孔延伸的转轴之间的环形空间的挡板密封系统。密封系统具有内、外侧机械端面密封。内侧密封面设置螺旋沟槽，用以将缓冲流体从两密封之间的缓冲腔抽运向内侧密封的高压边。内侧密封的初级环可为双平衡的。高压应用时，缓冲流体被增压，外侧密封中可包括抽运环以循环缓冲流体。高压应用时也需要两个坚硬的密封环和最佳隔墙和密封面宽度。通过重力运输管路连接的储存箱将缓冲流体供应至密封系统。缓冲流体密闭装置可连到密封的高压边以防止工作流体污染密封面或第二密封。
文档编号F16J15/34GK1056925SQ91102219
公开日1991年12月11日 申请日期1991年3月12日 优先权日1990年3月12日
发明者道格拉斯·J·沃尔登, 理查德·霍桑纳, 詹姆斯·P·内策尔 申请人:约翰起重机有限公司