[发明专利]中间旋转环机械密封装置

说明书

技术领域

本发明属于旋转机器的轴端密封，特别涉及一种中间旋转环机械密封装置，此中间旋转环机械密封装置可用于各种型式的压缩机、膨胀机、分离机、泵、反应釜等旋转类机器的轴端密封。

背景技术

机械密封广泛应用于众多的旋转机械轴端，因其工作状况的复杂性，对机械密封的深入研究将是一个长期、艰巨而又必须不断推进的过程，特别是高速和低速机组轴端密封的稳定性，始终是困扰研究人员的两个难点问题。具体表现在：接触式机械密封在高速状态下密封面间相对转速过高，导致密封面摩擦、磨损、发热、变形等现象严重，密封性能迅速下降，甚至不能正常工作；而非接触式机械密封在低转速状态下端面间流体膜不能生成足够的开启力和刚度，无法保证密封面的正常分离及间隙的稳定性。因此，很有必要研究一种密封面相对转速可调控的机械密封技术，一方面降低高速接触式机械密封端面的相对转速，另一方面提高低速非接触式机械密封端面的相对转速，使不同的机械密封都能够工作在一个合理的转速范围内，从而增加密封的稳定性，延长其使用寿命。

对于高转速接触式机械密封，为了降低密封面摩擦、磨损、发热、变形等严重现象，主要通过有以下一些应对措施：

(1)摩擦副材料研究

常用的摩擦副硬环面材料有：硬质合金、陶瓷、特殊钢、铸造金属这几大类，而其中又以硬质合金和陶瓷类材料使用较多，实用中以碳化硅、氮化硅、碳化钨居多。特别的是，近年来有研究报道金刚石材料在密封中的应用，少数公司已计划开发超纳米晶体金刚石技术密封端面。常用的摩擦副软环面有：碳石墨、铜合金、树脂，其中碳石墨以其良好的自润滑性、耐腐蚀性、易加工性和较好的传热性成为使用率最高的常用的软环面材料。

(2)密封体特别是动、静环散热状况研究

主要采取：选用散热性好的材料、改善密封的冲洗条件、优化设计密封结构等措施。因受密封相关介质流量(冲洗量)大小的限制，多数密封中热量无法通过大幅增加流体流量来带走，而摩擦副因受耐腐蚀、低摩损等其它条件的约束，很难同时找到动静环散热性都非常好的材料配对，因此，此方向的研究只能在一定程度上提高密封的稳定性，难以摆脱高转速的根本性影响

摩擦副材料研究受材料技术的限制，目前尚不能根本改善高速状况密封的稳定性，但其效果随着研究的深入在不断推进。

对于非接触式机械密封，以等槽深螺旋槽和“T”形槽端面密封最为典型。如何增强端面流体动压效应，以增大端面流体膜承载能力和流体膜刚度，从而提升密封运行稳定性，延长使用寿命，拓展密封运用场合是非接触式机械密封研究和未来发展的一个主要方向。而配对的密封端面间的相对旋转速度是影响端面流体膜承载能力和流体膜刚度的一个关键因素，端面流体膜承载能力和流体膜刚度基本跟端面间相对旋转速度呈线性正比关系变化。一直以来由于思维定势的影响和机组条件的限制，并未出现脱离被密封机组转速来寻找合适的密封端面相对旋转速度的研究报道和实用产品，这使一些转速较高和较低机组的轴端密封稳定性和寿命显著降低，特别是低转速机组。目前的研究仍主要集中在密封端面槽型及其参数的优化上。

中国专利02146449.9公开了一种双螺旋角三维螺旋槽端面密封装置，如图1所示。其特征是：螺旋槽的上游即高压侧更宽、下游即低压侧更窄，且螺旋槽的深度从上游即高压侧到下游即低压侧逐渐变浅，从而形成一种三维收敛形螺旋槽。该双螺旋角三维螺旋槽端面密封装置可获得更大的流体膜刚度，但其倾斜的槽底加工非常困难。

中国专利02132978.8公开了一种由角形微槽族组成的螺旋槽端面机械密封，如图2所示。该角形微槽走向与螺旋槽方向一致，该密封端面浅槽结构显得比较复杂，因该角形微槽沿螺旋槽走向分布，且不存在明显的收缩形状，难以大幅提升端面流体膜刚度。

根据目前的密封端面槽型，螺旋槽是一种具有最大流体膜承载能力和流体膜刚度的槽型结构，但对于转速较低的机组，因其过低的端面相对旋转速度，已成影响其端面流体动压效应强弱的瓶颈，端面槽型的优化已难以从根本上改善流体动压的形成。

综上所述原因，设计出一种中间旋转环机械密封装置，该中间旋转环机械密封装置能使不同转速机组密封端面都能获得一个合适的相对旋转速度，从而摆脱被密封机组转速对密封性能的影响，提升较高(低)转速机组密封的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种中间旋转环机械密封装置，该机械密封装置能适应更大转速范围的机组，特别是高(低)转速机组。