压缩机高压无油填料密封结构的制作方法

本发明涉及密封领域及压缩机领域，特别是涉及一种压缩机高压无油填料密封结构。

背景技术：

在大、中型往复压缩机中，填料密封是用来密封轴侧气缸内高压气体，以防止和减小气体通过活塞杆与气缸间隙向外泄漏。工作过程中，填料密封元件承受密封压差和摩擦表面的热负荷。在高压无油润滑压缩机中，巨大的密封压差和极高的工作温度等不利因素，严重影响密封元件的性能和寿命。因此，高压无油填料密封技术一直是制约无油润滑压缩机长效平稳运行的瓶颈。

现有技术中，压缩机的无油润滑通过采用自润滑材料实现，常用的自润滑材料如填充聚四氟乙烯，在高温高压下会发生“冷流”(冷流是指塑料在高温高压条件变软流入低压侧的填料与活塞杆间缝隙中形成飞边的现象)而损坏。填料密封件，因其密封的一侧总是大气状态，即它所承受的压差仅取决于气缸内的排气压力，所以在高压压缩机中密封压差极大。

而现有填料函密封的冷却措施，大多数都在填函盒上通冷却水，不能直接冷却摩擦面，散热效果差。因此，高压无油填料密封环要承受极高的机械负荷和热负荷，实际工况极其恶劣，填料在短时间内迅速磨损并产生严重的冷流现象，使用寿命极短，严重影响压缩机的可靠性。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种压缩机高压无油填料密封结构，用于解决现有技术中密封元件承受极大密封压差而冷流失效的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种压缩机高压无油填料密封结构，用于密封气缸座与活塞杆的间隙，压缩机高压无油填料密封结构包括：

填料压盖，

和所述填料压盖同轴设置前端填料盒，所述前端填料盒靠近气缸；

位于所述填料压盖和所述前端填料盒之间的填料盒组，所述活塞杆依次穿过所述填料压盖、填料盒组和前端填料盒；

所述填料盒组内设有多组套在所述活塞杆上的密封环组，所述填料盒组内还设有缓冲腔，所述气缸进气管的气通过引压管引入所述缓冲腔。

可选的，所述缓冲腔为圆环形。

可选的，所述密封环组包括阻气环；

所述阻气环设有至少两个径向切口，所述阻气环外侧环向上设有用于容纳预紧弹簧的弹簧槽；

所述阻气环内侧环向上设有压力平衡槽。

可选的，所述径向缺口有三个。

可选的，所述密封环组还包括阻流环，在一组所述密封环组中，所述阻流环位于所述填料压盖一侧，所述阻气环位于所述前端填料盒一侧。

可选的，所述密封环组还包括密封环，在一组所述密封环组中，所述密封环位于所述阻气环和所述阻流环之间。

可选的，所述填料压盖和所述填料盒上设有冷却水路。

可选的，所述冷却水路包括进水管路和与所述进水管路连通的散热管路，所述进水管路为直路且轴向设置，所述进水管路的进水口设置在所述填料压盖上，所述进水管路与所述散热管路在靠近所述前端填料盒处连通，所述散热管路的出水口设置在所述填料压盖上。

可选的，所述各填料盒中的冷却水路包括由轴向到径向的转折，且在接近活塞杆处设置环形流道。

如上所述，本发明的压缩机高压无油填料密封结构，至少具有以下有益效果：

采用在密封部分设置缓冲腔并在其中引入气缸进气(常温气体)的设计，将现有填料结构直接密封排气压力的情况，优化为将密封压差分为多段，以两段为例，一段为从气缸侧的第一段密封环组密封排气压力与进气压力的压差，另一段密封环组密封进气压力与大气的压差，这样减小了各密封环组的工作负荷，且各密封段分别作用，有利于改善传统结构各环压差分布不均的情况，对气缸内压力超过10mpa的工况，本方案能够有效减少密封压差，从而延长使用寿命。采用在阻气环内圆工作面上设置压力平衡槽的设计，可以平衡掉部分背压，降低了密封元件工作面上承受的平均压力，从而使密封元件与活塞杆间的摩擦和磨损减小，摩擦热也相应减少。采用改进的填料盒结构，冷却水通道更接近摩擦部位，冷却效果更好。

附图说明

图1显示为本发明的高压无油填料密封结构的示意图。

图2显示为本发明的阻气环一种实施方式的示意图。(有可能存在没有压力平衡槽但是有缓冲腔的技术组合出现)

图3显示为本发明的阻气环另一种实施方式的示意图。

图4显示为本发明的冷却水循环流程的示意图。

图5显示为本发明的填料盒的第一组件的示意图。

图6显示为本发明的填料盒的第二组件的示意图。

图7显示为本发明的填料盒的第三组件的示意图。

图8显示为本发明的压力分布线示意图。

图9显示为传统密封机构的压力分布线示意图。

元件标号说明

1填料压盖

2前端填料盒

3填料盒组

4活塞杆

5密封环组

51阻气环

511径向切口

6缓冲腔

52密封环

53阻流环

31第一组件

32第二组件

33第三组件

34台阶沉孔

513预紧弹簧

512弹簧槽

514压力平衡槽

7冷却水路

71进水管路

72散热管路

35直孔

36弧形内孔

8引压管

54密封腔

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图8。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以下各个实施例仅是为了举例说明。各个实施例之间，可以进行组合，其不仅仅限于以下单个实施例展现的内容。

本实施例中，请参阅图1和图2，本发明提供一种高压无油填料密封结构包括：填料压盖1、和所述填料压盖1同轴设置前端填料盒2、及位于所述填料压盖1和所述前端填料盒2之间的填料盒组3，所述前端填料盒2靠近气缸；所述活塞杆4依次穿过所述填料压盖1、填料盒组3和前端填料盒2；所述填料盒组3内设有多组套在所述活塞杆4上的密封环组5，密封环组5包括阻气环51，所述阻气环51设有至少两个径向切口511，所述填料盒组3内还设有缓冲腔6，所述缓冲腔6可以为圆环形，所述气缸进气管的气通过引压管8引入所述缓冲腔6。

通过将气缸进气管的气引入到缓冲腔6，将现有填料结构直接密封排气压力的情况，优化为将密封压差分为如图1所示的两段，一段为从气缸侧的第一段密封环组5密封排气压力与进气压力的压差(在图1中的右侧到缓冲腔6为第一段)，另一段密封环组5密封进气压力与大气的压差(在图1中左侧到缓冲腔6为另一段)，这样减小了各段密封环组5的工作负荷，且各密封段分别作用，有利于改善传统结构各环压差分布不均的情况。

本实施例中，请参阅图1和图2，本发明提供一种高压无油填料密封结构，包括：填料压盖1、和所述填料压盖1同轴设置前端填料盒2、及位于所述填料压盖1和所述前端填料盒2之间的填料盒组3，所述前端填料盒2靠近气缸；所述活塞杆4依次穿过所述填料压盖1、填料盒组3和前端填料盒2；所述填料盒组3内设有多组套在所述活塞杆4上的密封环组5，密封环组5包括阻气环51，所述阻气环51设有至少两个径向切口511，所述填料盒组3内还设有缓冲腔6，所述缓冲腔6可以为圆环形，所述气缸进气管的气通过引压管8引入所述缓冲腔6。通过将气缸进气管的气引入到缓冲腔6，将现有填料结构直接密封排气压力的情况，优化为将密封压差分为如图1所示的两段，一段为从气缸侧的第一段密封环组5密封排气压力与进气压力的压差，另一段密封环组5密封进气压力与大气的压差，这样减小了各密封组5的工作负荷，且各密封段分别作用，有利于改善传统结构各环压差分布不均的情况，对气缸内压力超过10mpa的工况，本方案能够有效减少密封压差，从而延长使用寿命。

密封环52多为填充聚四氟乙烯，在高温高压下会发生“冷流”(冷流是指塑料在高温高压条件变软流入低压侧的填料与活塞杆间缝隙中形成飞边的现象)而损坏。但是由于本方案采用了缓冲腔6中引入气缸进气的设计，使得在轴向上的压差被分为了若干段，使得密封环52处的密封压差减少，在轴向上的各组密封环组5之间的压差分布更加均匀，从而减少或者避免密封环52发生冷流的情况。

本实施例中，请参阅图1，所述密封环组5还包括阻流环53，在一组所述密封环组5中，所述阻流环53位于所述填料压盖1一侧，所述阻气环51位于所述前端填料盒2一侧。

本实施例中，请参阅图1，所述密封环组5还包括密封环52，在一组所述密封环组5中，所述密封环52位于所述阻气环51和所述阻流环53之间。密封环52多为填充聚四氟乙烯，当为填充聚四氟乙烯时，本方案的缓冲腔6中引入气缸进气的设计能够起到有效降低密封压差的效果，从而减少或者避免在高温高压下发生“冷流”。

本实施例中，具体的填料盒组3结构可以参阅图1、图5至图7，填料盒组3包括多个第一组件31、多个第二组件32、及一个第三组件33，第一组件31、第二组件32和第三组件33均为套在活塞杆4上的圆盘结构，第一组件31与第二组件32交替布置，各第一组件31和第二组件32均设有台阶沉孔34，第一组件31右侧与第二组件32左侧配合形成一个小室，所需小室数由密封压差及活塞杆直径确定，将密封环52、阻气环51和阻流环53设置于一个小室内构成一组密封环组5。

本实施例中，请参阅图3，所述阻气环51设有至少两个径向切口511，具体可以是如图3中的三个径向缺口，所述阻气环51外侧环向上设有用于容纳预紧弹簧513的弹簧槽512；所述阻气环51内侧环向上设有压力平衡槽514。在阻气环51上设置了压力平衡槽514，通过环的径向切口511，将密封腔54与压力平衡槽514连通，则密封腔54中的高压气体由径向切口511泄漏入压力平衡槽514中，从而改变了密封元件工作面上的压力分布情况。用在阻气环51内圆工作面上设置压力平衡槽514的设计，可以平衡掉部分背压，降低了密封元件工作面上承受的平均压力，从而使密封元件与活塞杆间的摩擦和磨损减小，摩擦热也相应减少。

本实施例中，请参阅图1，所述填料压盖1和所述填料盒组3上设有冷却水路7。及时导走摩擦热，保证工作温度不超标。

本实施例中，请参阅图1和图4，所述冷却水路7包括进水管路71和与所述进水管路71连通的散热管路72，所述进水管路71为直路且轴向设置，所述进水管路71的进水口设置在所述填料压盖1上，所述进水管路在靠近所述前端填料盒2处与散热管路72连通，所述散热管路72的出水口设置在所述填料压盖1上。由于靠近气缸的一侧温度较高，通过将冷却水先通过直管结构的进水管路通入到温度较高的位置，此时冷却水温度较低，能够对温度较高的位置达到更好的冷却效果，然后再按照散热管路72的流向，从内而外流动以冷却各摩擦部位，散热管路72可以为螺旋或者环形设置，在图4中可以看到，其是在填料盒组3上成两个弧状的管路然后再到填料压盖1位置汇合为一个管路出水，填料盒组3中冷却水环绕着活塞杆与密封元件摩擦部位流动，离摩擦热产生位置更近，散热效果更好。

本实施例中，具体的填料盒组3结构可以参阅图1、图5至图7，填料盒组3包括多个第一组件31、多个第二组件32、及一个第三组件33，第一组件31、第二组件32和第三组件33均为套在活塞杆4上的圆盘结构，在第一组件31、第二组件32和第三组件33上均轴向对应开设有直孔35，第一组件31、第二组件32和第三组件33叠加时，各个直孔35能够连通形成进水管路71；第一组件31在环向上对称设有一组互相不连通的弧形内孔36，弧形内孔36的进水口在一个端面上，弧形内孔36的出水口在另一个端面上，在第二组件32上设有和第一组件31类似的弧形内孔36，第二组件32的弧形内孔36的出水口和第一组件31的进水口对应，各个第二组件32的弧形内孔36之间连接结构类似，将进水口和出水口对应即可，此处不再赘述；第三组件33上也设有两个弧形内孔36，两个弧形内孔36的各自的出水口均设置在靠近第二组件32的一侧；整个冷却流程为，冷却水从填料压盖1流入到第一组件31、第二组件32、第三组件33的轴向直孔35进入到第三组件33的弧形内孔36内，然后从第三组件33的弧形内孔36进入到第二组件32的弧形内孔36再进入到第一组件31的弧形内孔36，再由填料压盖1流出，如此往复，实现冷却。

本实施例中，请参阅图1和图4，所述各填料盒中的冷却水路包括由轴向到径向的转折，且在接近活塞杆处设置环形流道。即弧形内孔36的进水位置和出水位置均是有一端径向设置的，即弧形内孔36是靠近活塞杆4的外壁上。

请参阅图8，该结构在工作时，来自气缸侧的高压气体通过阻气环51的径向切口511泄漏入压力平衡槽514中，使密封环52工作面的受力情况发生改变，具体受力情况如图8所示。假设密封元件前高压侧压力为p1，环后压力为p3，密封元件与环槽之间的压力为p2，压力平衡槽514开设在阻气环51的工作表面中央且设槽的宽度为阻气环51高度的密封元件内表面虽然紧贴在活塞杆上，但二者之间依然有间隙，它的一端作用有压力p1，另一端作用有压力p3，而且认为压力沿环高是直线分布的，所以其平均值为因此密封元件作用在活塞杆上的平均压力为式中di为密封元件内径，do为密封元件外径。若忽略密封元件厚度的影响，并近似的认为p2＝p1，则传统填料结构密封元件的受力如图9所示，在相同的假设及简化下，传统密封元件作用于活塞杆上的平均压力为因为证明本发明设置压力平衡槽514确实可以减小密封元件内表面比压，从而减轻工作中的摩擦及磨损，降低摩擦热的产生。即传统的压力分布是直线型，而本方案的压力变化是折线型的。在图8和图9中的左侧为高压侧。

综上所述，本发明采用在密封部分设置缓冲腔6并在其中引入气缸进气的设计，将现有填料结构直接密封排气压力的情况，优化为将密封压差分为多段，以两段为例，一段为从气缸侧的第一段密封环组5密封排气压力与进气压力的压差，另一段密封环组5密封进气压力与大气的压差，这样减小了各密封环组5的工作负荷，且各密封段分别作用，有利于改善传统结构各环压差分布不均的情况，对气缸内压力超过10mpa的工况，本方案能够有效减少密封压差，从而延长使用寿命。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。