[發明專利]抑制加壓氣體從機器內排放的機械密封組件和相關方法

有效

• 申請號: 201880032330.5
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN110770483B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: R.魯永
• 申請（專利權）人: 約翰起重機英國有限公司
• 主分類號: F16J15/34
• 分類號: F16J15/34
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 危凱權;陳浩然

一種帶有可電子控制的托架負載的機械密封組件。組件包含固定到托架且由螺線管驅動的磁環。螺線管可向托架施加軸向力。可控制托架負載以通過部分地或完全地補償由偏置機構提供的彈簧力來防止或減小緩慢滾轉運行狀態下主環與配合環之間的摩擦。可進一步控制托架負載以抑制密封件卡死。在實施例中，期望托架負載可由旋轉速度確定。在實施例中，托架負載可基于傳感器信號來確定。

相關申請

本申請要求享有于2017年5月15日提交的編號為62/506,196的美國臨時申請和于2017年12月13日提交的編號為62/598,239的美國臨時申請的權益，其中的每個由此通過引用并入本文中。

技術領域

本公開內容涉及機械密封件，特別是配置成密封旋轉軸與靜態殼體之間的連接的氣體潤滑的干式密封件，諸如在壓縮機中。更特別地，它涉及一種電磁控制的托架，以減小密封面上的磨損。

背景技術

氣體潤滑的機械面密封件，諸如編號為5,222,743的美國專利和編號為5,496,047的美國專利(其公開內容通過引用并入本文中)中描述的那些，依靠累積在密封面之間的密封氣體緩沖以便提供潤滑，且從而抑制(inhibit)面之間的接觸。在許多應用中，該潤滑氣體是通過由旋轉軸傳送的機械能來壓縮或處理的過程氣體或產物氣體。取決于應用，此類密封件可設計成在最多達500巴的壓力和最多達30000rpm的速度下操作。

非接觸式干運行的機械密封件大體上包含一個或多個密封界面，該一個或多個密封界面由可固定到軸的配合(旋轉)環和可固定到殼體的主(靜止)環限定。密封界面部分地由布置成朝配合環推動主環的預載彈簧(或其它偏置機構)來保持。當軸不旋轉或緩慢旋轉時(即，分別在停止或緩慢滾轉狀態下)，彈簧通常具有足以推動主環與配合環實際接觸的力。當軸的旋轉速度足夠高時，設在配合環中的凹槽產生足以將主環與配合環分離的流體動力，在兩個環之間產生間隙，潤滑氣體可流過該間隙。閾值(或起離)速度取決于密封件設計的各種方面，但此類閾值大體上約200rpm。

在緩慢滾轉狀態下，流體動力不足以克服由偏置機構提供的彈簧力來分離主環和配合環，主環和配合環然后將抵靠彼此摩擦著旋轉。該摩擦可導致過多的熱量生成以及過早的密封件磨損。限制緩慢滾轉狀態下磨損的常規方法包含向密封面施加類金剛石碳(DLC)涂層。然而，DLC涂層需要額外的制造步驟，且可能不是對于所有應用都足夠耐用的。

對于機械密封件緊要的另一個領域是卡死(hang-up)。卡死發生于主環變得卡在軸向位置中時，其中托架后的彈簧預載力不足以克服布置在平衡直徑處的密封元件與托架之間非常高的摩擦。在密封系統不包含有效的氣體調節單元使得污濁的碳氫化合物氣體可遷移到氣體密封件(其中它可在平衡直徑密封元件區域中凝結和累積于托架的滑動表面上，抑制托架和主環的自由移動)的情況下，卡死尤其成問題。這可引起托架和主環卡(或“卡死”)在穩態位置中(導致在啟動時大的密封面間隙和在殼加壓時作為結果而產生的過多泄漏)或停止位置中(導致面接觸和不可接受的面磨損)。

發明內容

本公開內容涉及一種機械密封組件(諸如帶有可電磁控制的托架負載的干氣密封件)，且包含由環形螺線管驅動的磁環，該磁環布置成調制托架上的軸向力。托架上的軸向力可調制以抵消偏置機構的彈簧負載。在實施例中，軸向力可減小在緩慢滾轉運行狀態下密封環之間的摩擦。在實施例中，軸向力可調制以防止托架卡死。螺線管可提供磁力來沿軸向推動磁環。磁環可操作地聯接到托架，使得磁力操作成抵消偏置機構的預載彈簧力，以防止或減小主環朝密封件的配合環的推動。在實施例中，期望的軸向力可由旋轉速度來確定。在實施例中，軸向力可基于傳感器輸入來確定。因為可控制托架環位置來減小或防止慢速下主環與配合環之間的摩擦接觸，在實施例中不需要主環和配合環中的任一者或兩者的DLC涂層。