混合密封介质的碳环密封系统和方法与流程

【技术领域】

本发明涉及设备内部的密封，特别涉及压缩机的内部密封。

背景技术：

在多效蒸发器中，压缩机机组密封是蒸发性能的重要保证，现有技术压缩机机组密封通常采用浮动油封、以气体为密封介质的碳环密封或机械密封;当压缩机机组为低速转动时，浮动油封和碳环密封中的密封介质容易泄漏而进入蒸发系统中,其中浮动油封泄漏后的油可以污染蒸发器中的水质,碳环密封泄漏后使用的气体介质容易改变蒸发系统中压力而影响蒸发效能;机械密封虽然在压缩机机组低速条件下泄漏少，但是机械密封为接触式密封，使得压缩机运行时震动大，不利于压缩机的长期稳定运行。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种混合密封介质的碳环密封系统和方法,在保证密封效果的前提下，既不污染蒸发器中介质、又不影响蒸发压力，以满足实际蒸发器中压缩机对密封的各项要求，具有结构简单、密封效果好和品质好等优点。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

提供一种混合密封介质的碳环密封系统,应用于包括压缩机的设备上,包括设有第一轴向中心通孔的轴套、设有第二轴向中心通孔的轴封套和至少五个环形的碳环，各碳环都设有第三轴向中心通孔；所述轴封套内部设有与所述碳环同等数量的环形密封腔，每个密封腔内都设有一个碳环;所述轴套的第一轴向中心通孔固定在压缩机的转轴上，所述轴封套的第二轴向中心通孔和各碳环的第三轴向中心通孔都套装在所述轴套上,该轴封套固定在压缩机的壳体上，所述压缩机之转轴的一端为大气压端,该压缩机之转轴的另一端为高压工作介质端;所述轴封套上设有通入密封介质为空气的径向进气管道和通入密封介质为水的径向进水管道，所述径向进气管道和径向进水管道都与所述轴封套的第二轴向中心通孔相连通；所述径向进气管道靠近大气压端，并且所述径向进气管道与大气压端之间至少间隔有两个碳环的密封腔；所述径向进水管道靠近高压工作介质端，并且所述径向进水管道与高压工作介质端之间至少间隔有一个碳环的密封腔；所述径向进气管道和径向进水管道之间至少间隔有两个碳环的密封腔；所述轴套的外圆周表面与所述轴封套之第二轴向中心通孔的内圆周表面具有第一径向间隙。

所述碳环的截面为矩形,对应地，所述轴封套之密封腔的截面也为矩形。

所述碳环的数量为六个，对应地，所述轴封套的密封腔的数量也为六个；所述径向进气管道与大气压端之间间隔有两个碳环的密封腔，所述径向进水管道与高压工作介质端之间间隔有两个碳环的密封腔；所述径向进气管道和径向进水管道之间间隔有两个碳环的密封腔。

所述碳环的数量为七个，对应地，所述轴封套的密封腔的数量也为七个；所述径向进气管道与大气压端之间间隔有三个碳环的密封腔，所述径向进水管道与高压工作介质端之间间隔有两个碳环的密封腔；所述径向进气管道和径向进水管道之间间隔有两个碳环的密封腔。

本发明还提供了一种混合密封介质的碳环密封的方法，应用于包括压缩机的设备上,所述方法包括以下步骤：

设置固定在压缩机之转轴上的轴套，所述压缩机之转轴的一端为大气压端,该压缩机之转轴的另一端为高压工作介质端，

设置轴封套，在该轴封套上设置第二轴向中心通孔和至少五个环形的密封腔，并在每个密封腔内都设置一个环形的碳环，各碳环都设有第三轴向中心通孔；将所述轴封套的第二轴向中心通孔和各碳环的第三轴向中心通孔都套装在所述轴套上,并将该轴封套固定在压缩机的壳体上；

在所述轴封套上还设置通入密封介质为空气的径向进气管道和通入密封介质为水的径向进水管道，所述径向进气管道和径向进水管道都与所述轴封套的第二轴向中心通孔相连通；所述径向进气管道靠近大气压端，并且所述径向进气管道与大气压端之间至少间隔有两个碳环的密封腔；所述径向进水管道靠近高压工作介质端，并且所述径向进水管道与高压工作介质端之间至少间隔有一个碳环的密封腔；所述径向进气管道和径向进水管道之间至少间隔有两个碳环的密封腔；

所述轴套的外圆周表面与所述轴封套之第二轴向中心通孔的内圆周表面具有第一径向间隙；

所述压缩机之转轴转动时，开启控制所述径向进水管道的阀门，使水从所述径向进水管道流入，并调节所述径向进水管道的进水压力，使进水的压力与压缩机之转轴的高压工作介质端处的压力相等；同时开启控制所述径向进气管道的阀门，使空气从所述径向进气管道流入，并调节所述径向进气管道的进气压力与所述径向进水管道的进水压力相等。

调节增大所述径向进水管道的流量，使起密封作用的水也能为压缩机冷却降温。

同现有技术相比较，本发明混合密封介质的碳环密封系统和方法的有益效果在于：

一、本发明采用至少五级的碳环进行密封，并使用了两种密封介质，一种密封介质为水，从径向进水管道流入，另一种密封介质为空气，从径向进气管道流入，这样能保证密封效果；

二、密封介质泄露不会影响整个系统内部的工作介质，密封介质泄露不会造成整个系统内部压力变化；因为在该碳环密封系统的模式下，空气不能进入高压工作介质端，只能从大气压端泄漏，因此不会造成碳环密封系统内部的压力变化；水只能从高压工作介质端泄漏，其泄漏不会污染蒸发系统内部的水质；

三、不需要复杂的密封介质循环装置，结构简单，操作方便；

四、由于包围各碳环的密封介质为液体或气体，有很好的润滑性，因此运行中振动小，有助于延长压缩机等设备的寿命；

五、可以利用充入的水密封介质为压缩机降温，省去单独的水冷降温，简化了操作工艺，节约了设备成本，有助于延长设备寿命。

综上所述，本发明混合密封介质的碳环密封系统和方法,在保证密封效果的前提下，既不污染蒸发器中介质、又不影响蒸发压力，以满足实际蒸发器中压缩机对密封的各项要求，具有结构简单、密封效果好和品质好等优点。

【附图说明】

图1是本发明混合密封介质的碳环密封系统实施例一之正投影简易剖视示意图；

图2是本发明所述碳环密封系统实施例一之轴封套的正投影剖视示意图；

图3是本发明所述碳环密封系统实施例一之碳环的正投影剖视示意图；

图4是本发明所述碳环密封系统实施例二的正投影简易剖视示意图；

图5是本发明所述碳环密封系统实施例三的正投影简易剖视示意图。

【具体实施方式】

下面结合各附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1至图5,一种混合密封介质的碳环密封系统,应用于包括压缩机的设备上,所述混合密封介质的碳环密封系统包括设有第一轴向中心通孔（未标出）的轴套11、设有第二轴向中心通孔129的轴封套12和至少五个环形的碳环13，各碳环13都设有第三轴向中心通孔139，碳环13采用石墨制成，碳环13又称为石墨密封环；所述轴封套12内部设有与所述碳环13同等数量的环形密封腔121，每个密封腔121内都设有一个碳环13;所述轴套11的第一轴向中心通孔固定在压缩机的转轴99上，所述轴封套12的第二轴向中心通孔129和各碳环13的第三轴向中心通孔139都套装在所述轴套11上,该轴封套12固定在压缩机的壳体（未画出）上，所述压缩机之转轴99的一端为大气压端,该压缩机之转轴99的另一端为高压工作介质端，在图1、图3和图5中，压缩机之转轴99的左端为大气压端,该压缩机之转轴99的右端为高压工作介质端;所述轴封套12上设有通入密封介质为空气的径向进气管道14和通入密封介质为水的径向进水管道15，所述径向进气管道14和径向进水管道15都与所述轴封套12的第二轴向中心通孔129相连通；所述径向进气管道14靠近大气压端，并且所述径向进气管道14与大气压端之间至少间隔有两个碳环13的密封腔121；所述径向进水管道15靠近高压工作介质端，并且所述径向进水管道15与高压工作介质端之间至少间隔有一个碳环13的密封腔121；所述径向进气管道14和径向进水管道15之间至少间隔有两个碳环13的密封腔121；所述轴套11的外圆周表面与所述轴封套12之第二轴向中心通孔129的内圆周表面具有第一径向间隙19，也就是说所述轴封套12之第二轴向中心通孔129的内径大于所述轴套11的外径。所述碳环13的宽度c2略小于所述轴封套12之密封腔121的宽度c1，所述碳环13的径向高度d3略小于所述轴封套12之密封腔121的径向高度d1,所述碳环13之第三轴向中心通孔139的内径d2略大于所述轴套11的外径,实际上，工作时，在水或空气的浮力作用下各碳环13在对应的密封腔121内是浮动的；所述轴套11的外圆周表面与各碳环13之第三轴向中心通孔139的内圆周表面具有第二径向间隙，该第二径向间隙小于第一径向间隙19。

本发明碳环密封系统使用了两种密封介质，一种密封介质为水，从径向进水管道15流入，另一种密封介质为空气，从径向进气管道14流入。所述压缩机之转轴99转动时，开启控制所述径向进水管道15的阀门，使水从所述径向进水管道15流入，并调节所述径向进水管道15的进水压力，使进水的压力与压缩机之转轴99的高压工作介质端处的压力相等，由于整个碳环密封系统内部结构带来的阻力，此时位于轴封套12之第二轴向中心通孔129靠近高压工作介质端的水压力应略高于压缩机之转轴99的高压工作介质端处的压力；与此同时，开启控制所述径向进气管道14的阀门，使空气从所述径向进气管道14流入，并调节所述径向进气管道14的进气压力与所述径向进水管道15的进水压力相等，这样可以保证进气与进水在它们的碳环之间的压力平衡，在图1、图3和图5中的两个箭头相对处，也就是位于所述径向进气管道14和径向进水管道15之间的第一径向间隙19大约中间部位，空气与水相遇，由于压力相等，在该处处于平衡状态，使水、气泄露量达到最小；此时，所述径向进水管道15与高压工作介质端之间的碳环13被水包围在水的浮力作用下浮动，而所述径向进气管道14与大气压端之间的各碳环13被空气包围在空气的浮力作用下浮动；所述径向进气管道14和径向进水管道15之间的各碳环13，靠近径向进气管道14的碳环13被空气包围是在空气的浮力作用下浮动，靠近径向进水管道15的碳环13被水包围是在水的浮力作用下浮动。在该碳环密封系统的模式下，空气不能进入高压工作介质端，只能从大气压端泄漏，因此不会造成碳环密封系统内部的压力变化；水只能从高压工作介质端泄漏，其泄漏不会污染蒸发系统内部的水质。同时，由于压缩机内部本身可以用水冷却降温，因此只需要调节增大所述径向进水管道15的流量，使起密封作用的水也能为压缩机冷却降温，可以省去单独的水冷降温，简化操作工艺，节约了设备成本。

图1、图3和图5中，标号为98的是将轴封套12固定在压缩机之壳体上的螺丝，标号a表示空气从径向进气管道14流入,标号b表示水从径向进水管道15流入。图2中，标号为122的是轴封套12上的第一径向孔，标号为123的是轴封套12上的第二径向孔，所述第一径向孔122和第二径向孔123都与所述轴封套12的第二轴向中心通孔129相贯通，径向进气管道14从第一径向孔122插入并固定，径向进水管道15从第二径向孔123插入并固定；标号为124的是供螺丝98插入的螺丝通孔。

参照图1至图5，所述碳环13的截面为矩形,对应地，所述轴封套12之密封腔121的截面也为矩形。

参照图1，所述碳环13的数量为五个，对应地，所述轴封套12的密封腔121的数量也为五个；所述径向进气管道14与大气压端之间间隔有两个碳环13的密封腔121，所述径向进水管道15与高压工作介质端之间间隔有一个碳环13的密封腔121；所述径向进气管道14和径向进水管道15之间间隔有两个碳环13的密封腔121。在该图1中,从左往右计数,第一个碳环13和第二个碳环13是在所述径向进气管道14与大气压端之间的碳环，因此该第一个碳环13和第二个碳环13被空气包围在空气的浮力作用下浮动；第三个碳环13是在所述径向进气管道14和径向进水管道15之间的碳环，并且该第三个碳环13是靠近径向进气管道14的碳环，因此该第三个碳环13被空气包围是在空气的浮力作用下浮动；第四个碳环13也是在所述径向进气管道14和径向进水管道15之间的碳环，但是该第四个碳环13是靠近径向进水管道15的碳环，因此该第四个碳环13被水包围是在水的浮力作用下浮动；第五个碳环13是在所述径向进水管道15与高压工作介质端之间的碳环，因此该第五个碳环13被水包围在水的浮力作用下浮动。在图1中的两个箭头相对处，也就是第三个碳环13和第四个碳环13之间的大约中间部位，空气与水相遇，由于压力相等，在该处处于平衡状态，使水、气泄露量达到最小。

参照图4，所述碳环13的数量为六个，对应地，所述轴封套12的密封腔121的数量也为六个；所述径向进气管道14与大气压端之间间隔有两个碳环13的密封腔121，所述径向进水管道15与高压工作介质端之间间隔有两个碳环13的密封腔121；所述径向进气管道14和径向进水管道15之间间隔有两个碳环13的密封腔121。在该图4中,从左往右计数,第一个碳环13和第二个碳环13是在所述径向进气管道14与大气压端之间的碳环，因此该第一个碳环13和第二个碳环13被空气包围在空气的浮力作用下浮动；第三个碳环13是在所述径向进气管道14和径向进水管道15之间的碳环，并且该第三个碳环13是靠近径向进气管道14的碳环，因此该第三个碳环13被空气包围是在空气的浮力作用下浮动；第四个碳环13也是在所述径向进气管道14和径向进水管道15之间的碳环，但是该第四个碳环13是靠近径向进水管道15的碳环，因此该第四个碳环13被水包围是在水的浮力作用下浮动；第五个碳环13和第六个碳环13是在所述径向进水管道15与高压工作介质端之间的碳环，因此该第五个碳环13和第六个碳环13被水包围在水的浮力作用下浮动。在图4中的两个箭头相对处，也就是第三个碳环13和第四个碳环13之间的大约中间部位，空气与水相遇，由于压力相等，在该处处于平衡状态，使水、气泄露量达到最小。

参见图5，所述碳环13的数量为七个，对应地，所述轴封套12的密封腔121的数量也为七个；所述径向进气管道14与大气压端之间间隔有三个碳环13的密封腔121，所述径向进水管道15与高压工作介质端之间间隔有两个碳环13的密封腔121；所述径向进气管道14和径向进水管道15之间间隔有两个碳环13的密封腔121。在该图5中,从左往右计数,第一个碳环13、第二个碳环13和第三个碳环13是在所述径向进气管道14与大气压端之间的碳环，因此该第一个碳环13、第二个碳环13和第三个碳环13被空气包围在空气的浮力作用下浮动；第四个碳环13是在所述径向进气管道14和径向进水管道15之间的碳环，并且该第四个碳环13是靠近径向进气管道14的碳环，因此该第四个碳环13被空气包围是在空气的浮力作用下浮动；第五个碳环13也是在所述径向进气管道14和径向进水管道15之间的碳环，但是该第五个碳环13是靠近径向进水管道15的碳环，因此该第五个碳环13被水包围是在水的浮力作用下浮动；第六个碳环13和第七个碳环13是在所述径向进水管道15与高压工作介质端之间的碳环，因此该第六个碳环13和第七个碳环13被水包围在水的浮力作用下浮动。在图5中的两个箭头相对处，也就是第四个碳环13和第五个碳环13之间的大约中间部位，空气与水相遇，由于压力相等，在该处处于平衡状态，使水、气泄露量达到最小。

参见图1至图5，本发明还提供了一种混合密封介质的碳环密封的方法,应用于包括压缩机的设备上,所述方法包括以下步骤：

设置固定在压缩机之转轴99上的轴套11，所述压缩机之转轴99的一端为大气压端,该压缩机之转轴99的另一端为高压工作介质端，在图1、图3和图5中，压缩机之转轴99的左端为大气压端,该压缩机之转轴99的右端为高压工作介质端；

设置轴封套12，在该轴封套12上设置第二轴向中心通孔129和至少五个环形的密封腔121，并在每个密封腔121内都设置一个环形的碳环13，各碳环13都设有第三轴向中心通孔139；将所述轴封套12的第二轴向中心通孔129和各碳环13的第三轴向中心通孔139都套装在所述轴套11上,并将该轴封套12固定在压缩机的壳体上；

在所述轴封套12上还设置通入密封介质为空气的径向进气管道14和通入密封介质为水的径向进水管道15，所述径向进气管道14和径向进水管道15都与所述轴封套12的第二轴向中心通孔129相连通；所述径向进气管道14靠近大气压端，并且所述径向进气管道14与大气压端之间至少间隔有两个碳环13的密封腔121；所述径向进水管道15靠近高压工作介质端，并且所述径向进水管道15与高压工作介质端之间至少间隔有一个碳环13的密封腔121；所述径向进气管道14和径向进水管道15之间至少间隔有两个碳环13的密封腔121；

所述轴套11的外圆周表面与所述轴封套12之第二轴向中心通孔129的内圆周表面具有第一径向间隙19；

所述压缩机之转轴99转动时，开启控制所述径向进水管道15的阀门，使水从所述径向进水管道15流入，并调节所述径向进水管道15的进水压力，使进水的压力与压缩机之转轴99的高压工作介质端处的压力相等，由于整个碳环密封系统内部结构带来的阻力，此时位于轴封套12之第二轴向中心通孔129靠近高压工作介质端的水压力应略高于压缩机之转轴99的高压工作介质端处的压力；同时开启控制所述径向进气管道14的阀门，使空气从所述径向进气管道14流入，并调节所述径向进气管道14的进气压力与所述径向进水管道15的进水压力相等，这样可以保证进气与进水在它们的碳环之间的压力平衡，使水、气泄露量达到最小；此时，所述径向进水管道15与高压工作介质端之间的碳环13被水包围在水的浮力作用下浮动，而所述径向进气管道14与大气压端之间的各碳环13被空气包围在空气的浮力作用下浮动；所述径向进气管道14和径向进水管道15之间的各碳环13，靠近径向进气管道14的碳环13被空气包围是在空气的浮力作用下浮动，靠近径向进水管道15的碳环13被水包围是在水的浮力作用下浮动。在该碳环密封系统的模式下，空气不能进入高压工作介质端，只能从大气压端泄漏，因此不会造成碳环密封系统内部的压力变化；水只能从高压工作介质端泄漏，其泄漏不会污染蒸发系统内部的水质。

同时，由于压缩机内部本身可以用水冷却降温，因此只需要调节增大所述径向进水管道15的流量，使起密封作用的水也能为压缩机冷却降温，可以省去单独的水冷降温，简化操作工艺，节约了设备成本。

本发明的各附图中，只画出了五级、六级和七级的碳环密封，实际操作中可根据泄露要求来增加密封的级数，调节使用气、水浮动的级数，密封的级数越多，密封效果越好，泄露量越少。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制;应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围;因此,凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。