[發明專利]一種可調控型離心壓縮機平衡盤密封

有效

• 申請號: 201410178298.5
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN104019051B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 李雙喜;張秋翔;蔡紀寧;金朝旭
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: F04D29/08
• 分類號: F04D29/08;F04D29/66
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 紀佳

技術領域

本發明是一種適用于離心壓縮機平衡盤的可調控型密封，其主要作用是實現壓縮機平衡盤軸端密封，并替代傳統平衡盤裝置實現軸向力平衡，應用領域可擴展到汽輪機、燃氣輪機和渦輪泵等旋轉機械。

背景技術

離心壓縮機作為大型的動力裝置，廣泛應用于合成氨等石化行業。壓縮機投入成本高，能耗大，其運行的穩定性和效率的高低直接影響著整條生產線的可靠性，因而是諸多石化流程產業的核心設備。壓縮機在壓縮氣體時，由于多級葉輪的壓差累積會產生一定的軸向力。目前，大部分軸向力主要通過平衡盤來平衡，小部分靠止推軸承來平衡。

傳統的壓縮機平衡盤氣體密封，主要通過迷宮密封來實現。但是迷宮密封泄漏量大，造成壓縮機運行成本越來越高，影響著整套裝置的效率。

干氣密封的出現大大降低了離心壓縮機平衡盤密封的泄漏量。高金吉院士和王維民博士在《離心壓縮機軸向力調控與平衡盤密封改進研究》一文中提出采用動壓式氣膜端面密封和迷宮密封組合的方式作為新型平衡盤密封，提高了整套壓縮機的生產效率。但是，普通干氣密封主要適用于某一特定的工況，尤其在實際運轉中啟停的時候，由于動壓效應的消失，密封端面摩擦產生大量熱，嚴重影響密封的穩定性和壽命。

同時，由于外界條件的干擾，平衡盤兩端勢必出現壓力波動。在波動較大的情況下，壓縮機軸向力不平衡，容易造成止推軸承的損壞，導致整條生產線的停運，造成巨大的經濟損失。

基于以上情況，必須尋求一種應用于離心壓縮機平衡盤的可調控型氣體端面密封裝置，以解決平衡盤密封泄漏量大的問題，同時解決因為軸向力不平衡而造成壓縮機不能正常運轉的問題。

發明內容

本發明的目的在于發明一種用于離心壓縮機平衡盤的可調控型氣體端面密封裝置，有效解決密封泄漏量大的問題，實現主動調控密封膜壓和氣膜剛度的目標，取得平衡盤密封在工作參數波動的工況下靜壓啟動，動壓運轉的效果。同時，通過在線調節密封兩側壓差，實現離心壓縮機軸向力的自主平衡。

為實現以上技術目的，本發明的方案為：一種可調控型離心壓縮機平衡盤密封，包括動環座13、調控型靜環座14、動環15和調控型靜環16，其中所述動環座13位于離心壓縮機末級葉輪2出口側，固定在轉軸1上，隨軸旋轉；所述調控型靜環座14鑲裝于離心壓縮機末級葉輪2后的機體5上；所述動環15緊固于動環座13，與調控型靜環16之間形成可調控的隔離氣膜；所述調控型靜環16浮裝于調控型靜環座14，調控型靜環16與調控型靜環座14之間有彈簧10連接；所述鎖緊環11安裝在轉軸1末端，與轉軸1通過螺紋緊固。

所述可調控型密封安裝在離心壓縮機機體5內部末級葉輪2后的平衡盤位置，利用調控氣形成厚度和開啟力可調控的隔離氣膜，實現離心壓縮機平衡盤密封和軸向力平衡。

所述調控氣取自離心壓縮機出口氣體的一路，經升壓、冷卻、過濾和調壓后進入調控氣流入孔B；所述調控氣流入孔B設置于機體5上，并且通過氣路連接到調控型靜環座14內部；所述調控氣經調控型靜環座14內部的調控氣流通通道a和調控型靜環16內部的調控氣流通通道b進入動環15和調控型靜環16端面之間，形成可調控的隔離氣膜，最后泄漏到密封環內外徑。

所述隔離氣膜具有調控氣壓P_s、離心壓縮機出口氣壓P_o和離心壓縮機平衡腔氣壓P_i三種氣壓邊界，調控氣壓P_s大于離心壓縮機出口氣壓P_o，離心壓縮機出口氣壓P_o大于離心壓縮機平衡腔氣壓P_i；氣膜具有一定剛度，實現隔離密封，并且氣膜密封參數與調控氣壓P_s相關聯。

所述密封與離心壓縮機末級葉輪2接觸側氣壓高于密封與鎖緊環11接觸側氣壓，兩側壓差可平衡軸向力。平衡力計算式F＝ΔP×ΔA，其中ΔP是密封兩側壓差ΔP＝P_o-P_i；ΔA是平衡面積，當調控型靜環開有背壓通道d時，ΔA＝π(R_p²-r²)，R_p是密封的平衡直徑，r是轉軸1的直徑，當調控型靜環未開背壓通道d時，ΔA＝π(R_o²-r²)，R_o是密封動環15的外直徑。