压力平衡式填料环的制作方法

本发明涉及往复式压缩机的密封装置领域，尤其涉及填料环领域，具体是指一种压力平衡式填料环。

背景技术：

化工装置加工工艺所需活塞式压缩机的气量一般根据装置所需最大气量来选择压缩机，同时据api618要求活塞式压缩机设计时气量还要按正偏差(3％～5％以内，分子量小的选大值)来确定，再加上装置负荷变化、入口条件改变、机组泄漏等因素，活塞式压缩机气量都会有较大的富余量。为了满足生产需要满足气量要求，我们在各个泄漏点都会装置密封件，其中包括填料密封。

往复式压缩机填料密封环的作用是防止气缸中的高压气体沿着活塞杆方向泄漏，它是压缩机中最重要的零部件之一，也是压缩机最主要的外泄漏途径之一。通常情况下，我们常说的填料密封环是一种动密封环，即只有在压缩机工作时才起密封作用，而压缩机停机时或者其他特殊情况下，它并不能起密封作用。动密封是指作用到填料密封环上的压力随着活塞的往复运动而成明显的周期变化，所以压力也叫脉动压力，如通常的双作用气缸，这种脉动变化的压力是填料密封环密封气体所必需的。填料密封环通常采用具有一定自润滑性的填充聚四氟乙烯、铸型尼龙、金属塑料等材质，气体在压缩机内经过压缩，其温度升高，密封件膨胀，经过长时间的运行，密封件被反复摩擦，密封效果逐渐减弱，需经常更换，属于易损件。

技术实现要素：

本发明其目的就在于提供一种保证往复式压缩机气量、防止工艺气体泄露的压力平衡式填料环。

为了实现上述目的，本发明的压力平衡式填料环具有如下构成：

该压力平衡式填料环，其主要特点是，在一个环状体上集成有径向环和切向环。

较佳地，由环状体的正反面的形状结构的不同实现径向环和切向环的集成。

更佳地，所述的环状体包括四个组件，分别为上组件、左组件、下组件和右组件，依次连接，构成该压力平衡式填料环。

更佳地，所述的四个组件由固定机构实现连接。

更佳地，四个组件的外侧面均设置有凹槽，所述的固定机构包括固定用弹簧，所述的固定用弹簧放置于凹槽中，将四个组件箍成环状。

更佳地，所述的上组件和下组件的形状结构相同，左组件和右组件的形状结构相同，且四个组件进行连接时区分各组件的正反面，由四组件的正面组成该压力平衡式填料环的正面，由四组件的反面组成该压力平衡式填料环的反面。

更佳地，所述的上组件和下组件的反面呈扇环状，且其内环的圆心角与外环的圆心角相等，所述的上组件和下组件的正面呈弓形。

更佳地，所述的左组件和右组件的正面呈扇环状，且内环的圆心角与外环的圆心角相等，所述的左组件和右组件的反面也呈扇环状，且其内环的圆心角小于外环的圆心角。

更佳地，所述的压力平衡式填料环的正面呈完整的圆环状，反面呈一具有贯通内外环的缺口的圆环状。

采用该发明中的压力平衡式填料环，同时具有径向环和切向环，防泄露效果好，且由于只具有一环，其产生的摩擦热小于传统型式的填料环，还能降低活塞杆表面温度，延长了活塞杆的使用寿命，且该压力平衡式填料环所受的压力平衡，减少其磨损，也延长了该密封装置的使用寿命，减少能耗，提高压缩机效率，是泄露量超小的一种新型设计。

附图说明

图1为现有技术中填料环的装配图；

图2为本发明的压力平衡式填料环的装配图；

图3为装配有本发明的压力平衡式填料环的气缸的压缩填料泄露过程；

图4为装配有本发明的压力平衡式填料环的气缸的吸气气体回流过程；

图5为装配本发明的压力平衡式填料环的填料侧视图；

图6为装配本发明的压力平衡式填料环的填料主剖视图；

图7、8均为本发明的压力平衡式填料环爆炸图；

图9、10均为本发明的压力平衡式填料环组装后的结构示意图；

附图标记

1上组件

2下组件

3左组件

4右组件

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

请参阅图7至图10，本发明的压力平衡式填料环具有如下构成：

该压力平衡式填料环，其主要特点是，在一个环状体上集成有径向环和切向环。

在一种较佳的实施方式中，由环状体的正反面的形状结构的不同实现径向环和切向环的集成。

在一种更佳的实施方式中，所述的环状体包括四个组件，分别为上组件1、左组件3、下组件4和右组件2，依次连接，构成该压力平衡式填料环。

在一种更佳的实施方式中，所述的四个组件由固定机构实现连接。

在一种更佳的实施方式中，四个组件的外侧面均设置有凹槽，所述的固定机构包括固定用弹簧，所述的固定用弹簧放置于凹槽中，将四个组件箍成环状。

在一种更佳的实施方式中，所述的上组件1和下组件4的形状结构相同，左组件3和右组件2的形状结构相同，且四个组件进行连接时区分各组件的正反面，由四组件的正面组成该压力平衡式填料环的正面，由四组件的反面组成该压力平衡式填料环的反面。

在一种更佳的实施方式中，所述的上组件1和下组件4的反面呈扇环状，且其内环的圆心角与外环的圆心角相等，所述的上组件1和下组件4的正面呈弓形。

在一种更佳的实施方式中，所述的左组件3和右组件2的正面呈扇环状，且内环的圆心角与外环的圆心角相等，所述的左组件3和右组件2的反面也呈扇环状，且其内环的圆心角小于外环的圆心角。

在一种更佳的实施方式中，所述的压力平衡式填料环的正面呈完整的圆环状，反面呈一具有贯通内外环的缺口的圆环状。在具体实施过程中，正面最大外径与反面最大外径相等。

在压缩机的往复运行周期内，压缩阶段如图3所示，气缸内的高压气体作用在填料密封环上，在填料密封环前后形成压差，各密封面在气体压差的作用下能够很好的工作，气体逐步泄漏到随后的填料杯槽里并形成类似的密封形式，最终保证整个填料盒的密封效果；在吸气阶段如图6所示，气体通过填料密封环组中压力平衡式填料环的切口回流到气缸，填料杯槽内的气体压力逐渐下降，因此这样就可以保证在下一个压缩过程中，填料密封环的前后又能建立起新的压差，使填料密封环形成三个密封面，起到密封作用。

请参阅图1和图2，压力平衡式填料环是切向环和径向环的结合体，由现有技术中的两环密封变成了现在的一环密封，包含了切向环和径向环两种环的优点，既有在压缩时切向环所拥有的密封作用(正面)，又有在吸气时径向环的回流作用(反面)。

压力平衡式填料环的最大特点是在结构上有很大的改变，该压力平衡式填料环的装配体，由四片分体组合而成，靠最外圈的弹簧衔接为一个整体；在压缩过程中，一共形成三个密封面：第一，上组件1、左组件3、右组件2与下组件4在弹簧力和气体力的作用下紧紧地贴合在一起，这样四片之间就构建了一个密封面，此密封面就阻止了气体的外漏，这也是原切向环的设计及作用；第二，平衡填料的内圈和活塞杆在作用力下也是紧贴合在一起，防止高压气体从活塞杆与填料环间隙中泄漏；第三，压力平衡式填料环的正面与填料盒杯槽侧面形成密封面，再一次阻止气体外泄。

当气缸吸气时(见图4)，气缸侧压力降低，气体从阻流环与填料盒杯槽侧面的轴向间隙中进入压力平衡式填料环反面的切口间隙回流至气缸，且压力平衡式填料环的反面有四个径向切口，这与传统设计径向环的三个切口相比，它更能顺畅的将填料盒内的气体回流，而且此切口在机组运行过程中，填料磨损以后可以进行补偿，继续保证良好的密封效果。压力平衡式填料环由传统的两环变成了一环，在宽度上减小了很多空间，这样就可以减短整个填料组件的安装长度，特别是在高压情况下，这一创新尤为显著，再也不用为了满足安装高压填料而故意增长气缸，这样既缩短了气缸的长度，又缩短了活塞杆的长度，在成本上节约了不少；填料环宽度的减小，直接会带来很多方面的优点，具体的可见后面技术效果内容。

压力平衡式填料环可以达到以下效果：

(1)降低摩擦热。将传统设计的切向环和径向环两环合二为一，减小了摩擦接触面，从而降低了摩擦热。

(2)减小环磨损，延长其使用寿命。传统设计的切向环和径向环由于前后压差的关系，受力有差异，磨损也有差异；而压力平衡式填料环为整体一环，受力均匀，故磨损降低，延长环的使用寿命。

(3)降低活塞杆表面温度，延长其使用寿命。由于二合一的创新设计，减小了摩擦接触面，降低了摩擦热，也同样降低了活塞杆的表面温度，延长了活塞杆的使用寿命。

(4)降低泄漏量。压力平衡式填料环为一环，轴向距离相对于传统设计大大减小了，从而在有限的轴向密封长度上，可以多安装几环，增加有效的密封长度，降低了泄漏量。

(5)减少能耗，提高压缩机效率。摩擦面的减少，从而让能耗也相应减少，达到了提高压缩机效率。

在具体实验过程中，装配有压力平衡式填料环的填料如图5所示，且运行的两台55t活塞力润滑油加氢装置机组，三级排气压力为22mpa，机组在开机运行一段时间后，三级开始出现泄漏现象，拆机检查后发现填料环有磨损，经分析应该是排气压力过高，且压缩介质为易泄漏介质氢气，填料密封环不够所致；现实情况是机组已成型，气缸组件、活塞组件也已成型，再增加气缸长度来满足多安装几组密封填料成本损耗较大，周期也较长，且接筒空间也有限，无法满足填料组件过长的拆装；介于现实情况的约束和节约成本的理念，去解决实际存在的问题，采用压力平衡式填料环这一种新型的密封形式后，如图6所示，安装压力平衡式填料环所需空间比安装传统填料环所需的空间要小1/3，所以原气缸安装填料盒的有限空间被节省下来，多余的空间可再增加两组压力平衡式填料环，达到了不改动原大型组件且增加密封环的目的；经过实际运行结果显示，更换后的密封环效果显著，泄漏问题得到解决，填料内部温度也降低，填料环的寿命也延长了。

采用该发明中的压力平衡式填料环，同时具有径向环和切向环，防泄露效果好，且由于只具有一环，其产生的摩擦热小于传统型式的填料环，还能降低活塞杆表面温度，延长了活塞杆的使用寿命，且该压力平衡式填料环所受的压力平衡，减少其磨损，也延长了该密封装置的使用寿命，减少能耗，提高压缩机效率，是泄露量超小的一种新型设计。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。