專利名稱：具有軸向偏移的可磨耗密封件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
示例性實(shí)施例大體上涉及壓縮機(jī)密封件，并且更具體而言，涉及用于減少泄漏的具有軸向偏移的可磨耗密封件的提供。
背景技術(shù)：
壓縮機(jī)是一種通過使用機(jī)械能增加諸如氣體的可壓縮流體的壓力的機(jī)器。壓縮機(jī)被用于多種不同的應(yīng)用和大量的工業(yè)過程中，包括發(fā)電、天然氣液化和其它過程。在用于這樣的過程和過程設(shè)備中的各種壓縮機(jī)中，存在著所謂的離心壓縮機(jī)，其中，機(jī)械能例如通過旋轉(zhuǎn)離心葉輪而以離心加速的方式作用于輸入到壓縮機(jī)的氣體。離心壓縮機(jī)可配有單個(gè)葉輪，即單級(jí)構(gòu)型，或者配有串聯(lián)的多個(gè)葉輪，在這種情況下它們常常被稱為多級(jí)壓縮機(jī)。離心壓縮機(jī)的每一級(jí)通常包括用于待壓縮氣體的入口管道、能夠?yàn)檩斎霘怏w提供動(dòng)能的葉輪以及將離開葉輪的氣體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能的擴(kuò)散 器。圖I中示出了多級(jí)壓縮機(jī)100。壓縮機(jī)100包括在殼體110內(nèi)，在殼體110內(nèi)安裝有軸120和多個(gè)葉輪130。軸120和葉輪130包括在通過軸承190和195支撐的轉(zhuǎn)子組件中。多級(jí)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)而從入口管道160吸入輸入的過程氣體，以便通過轉(zhuǎn)子組件的運(yùn)轉(zhuǎn)增加過程氣體壓力，并且隨后將過程氣體在高于其輸入壓力的輸出壓力下通過出口管道170排出。過程氣體可以例如是二氧化碳、硫化氫、丁烷、甲烷、乙烷、丙烷、液化天然氣或它們的組合中的任一種。在葉輪130和軸承190及195之間設(shè)有密封件或密封系統(tǒng)180、185和188，以防止過程氣體流通至軸承。密封件188為葉輪入口密封件。葉輪130中的每一個(gè)增加過程氣體的壓力。葉輪130中的每一個(gè)可視為多級(jí)壓縮機(jī)100的一級(jí)。因此，額外的級(jí)導(dǎo)致輸出壓力與輸入壓力的比值增加。轉(zhuǎn)子組件包括稱為定子的固定部分和稱為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)部分。壓縮機(jī)的總體工作效率不利地受到由于轉(zhuǎn)子的軸向壓力差而在定子和轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生的工作流體或氣體的泄漏流的影響。在離心壓縮機(jī)中，可磨耗密封件可用于經(jīng)由間隙減小而減少(工作流體的)泄漏流以提高級(jí)效率，而沒有損壞轉(zhuǎn)子部分的風(fēng)險(xiǎn)。圖2中示出使用可磨耗密封件的密封系統(tǒng)。密封系統(tǒng)200包括轉(zhuǎn)子210(即，旋轉(zhuǎn)部分)和定子220 (即，固定部分)。轉(zhuǎn)子210圍繞壓縮機(jī)的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子210包括多個(gè)轉(zhuǎn)子齒215。轉(zhuǎn)子齒215可以是徑向的。定子220包括用于容納定子密封件223的腔體或殼體230。定子密封件包括可磨耗部分或涂層225。在一些布置中，定子密封件223可以是內(nèi)周邊上具有可磨耗涂層的插入環(huán)。在其它布置中，(整個(gè))插入環(huán)也可由可磨耗材料制成。定子密封件周向地封閉轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子可以沿定子密封件的內(nèi)周邊在內(nèi)部旋轉(zhuǎn)。定子密封件位于多級(jí)壓縮機(jī)的每一級(jí)的任一側(cè)上。轉(zhuǎn)子210的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致安裝到轉(zhuǎn)子的徑向齒215沿著安裝到定子的可磨耗密封件223的內(nèi)周邊形成摩擦凹槽227，并且可以造成對(duì)密封性能的弊端(即，泄漏流的增加)。為了減少泄漏流，如圖2所示的殼體230內(nèi)的定子密封件可以通過彈簧促動(dòng)機(jī)構(gòu)240從殼體230的頂部235徑向偏移。插入環(huán)通常分隔成兩個(gè)或四個(gè)等尺寸部段。彈簧促動(dòng)機(jī)構(gòu)允許定子密封件朝著或遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子210徑向移動(dòng)。插入環(huán)的兩個(gè)或四個(gè)等尺寸部段有利于徑向移動(dòng)。帶有彈簧促動(dòng)機(jī)構(gòu)的定子密封件223也可被稱為順從(compliant)密封件、彈簧支承密封件或彈簧賦能可磨耗密封件。當(dāng)與非順從密封件(即，不具有彈簧促動(dòng)機(jī)構(gòu)且因此無徑向偏移的密封件)相比時(shí)，順從密封件提供了更小的徑向間隙和泄漏流的減少。將希望設(shè)計(jì)和提供一種用于進(jìn)一步減少泄漏流弊端的改進(jìn)的密封機(jī)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)這些示例性實(shí)施例的系統(tǒng)和方法提供了改進(jìn)的密封特性，以通過引入用于有利于對(duì)密封件的軸向定位控制的彈簧機(jī)構(gòu)而減少在定子密封件和轉(zhuǎn)子組件的轉(zhuǎn)子之間的泄漏流。根據(jù)一示例性實(shí)施例，公開了用于離心壓縮機(jī)的密封系統(tǒng)。該密封系統(tǒng)包括定子，其具有密封殼體；密封件，其設(shè)置在密封殼體中且具有沿內(nèi)周邊的可磨耗部分；轉(zhuǎn)子，其具有多個(gè)轉(zhuǎn)子齒，該多個(gè)轉(zhuǎn)子齒被構(gòu)造成在密封件的內(nèi)周邊內(nèi)旋轉(zhuǎn)且被構(gòu)造成在可磨耗部分內(nèi)形成摩擦凹槽；以及第一彈簧，其設(shè)置在定子和密封件之間且被構(gòu)造成有利于密封件相對(duì)于密封殼體的軸向移動(dòng)。根據(jù)另一實(shí)施例，公開了一種用于減少容納在定子密封殼體內(nèi)的密封件和離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子之間的泄漏流的方法，其中轉(zhuǎn)子在密封件的內(nèi)周邊內(nèi)旋轉(zhuǎn)。該方法包括通過彈簧載荷朝密封殼體的高壓側(cè)偏壓密封件，以在密封件和密封殼體之間形成軸向間隙；起動(dòng)壓縮機(jī)；在密封件的可磨耗部分中切割徑向摩擦凹槽；增加壓縮機(jī)的速度；以及朝密封殼體的低壓側(cè)移動(dòng)密封件。根據(jù)又一實(shí)施例，離心壓縮機(jī)包括定子，其具有密封殼體；密封件，其設(shè)置在密封殼體中且具有沿內(nèi)周邊的可磨耗部分；轉(zhuǎn)子，其具有多個(gè)轉(zhuǎn)子齒，該多個(gè)轉(zhuǎn)子齒被構(gòu)造成在密封件的內(nèi)周邊內(nèi)旋轉(zhuǎn)且被構(gòu)造成在可磨耗部分內(nèi)形成摩擦凹槽；第一彈簧，其設(shè)置在定子和密封件之間且被構(gòu)造成有利于密封件的軸向移動(dòng)；以及第二密封件，其位于殼體的較低壓力側(cè)和密封件之間。


附圖示出了示例性實(shí)施例，其中
圖I示出多級(jí)壓縮機(jī)；
圖2示出利用可磨耗密封件的轉(zhuǎn)子/定子密封組件的側(cè)視 圖3示出利用處于初始狀態(tài)的根據(jù)示例性實(shí)施例的可磨耗密封件的轉(zhuǎn)子/定子密封組件的側(cè)視 圖4示出利用處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的根據(jù)示例性實(shí)施例的可磨耗密封件的轉(zhuǎn)子組件的側(cè)視圖；以及
圖5示出根據(jù)示例性實(shí)施例的方法。
具體實(shí)施例方式示例性實(shí)施例的下列詳細(xì)描述參考了附圖。不同圖中的相同標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件。另外，下列詳細(xì)描述不限制本發(fā)明。而是，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。在示例性實(shí)施例中，通過采用壓力促動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子齒相對(duì)于摩擦凹槽的主動(dòng) 軸向定位控制，可以減少在轉(zhuǎn)子組件中的轉(zhuǎn)子齒和定子摩擦凹槽之間的泄漏流。對(duì)摩擦凹槽影響的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)分析表明，齒/凹槽軸向定位在泄漏性能中起重要作用。在凹槽最初形成之后，轉(zhuǎn)子齒的軸向偏移可以減少性能弊端。示例性實(shí)施例可利用壓力促動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子齒相對(duì)于摩擦凹槽的主動(dòng)軸向定位控制，如圖3的密封系統(tǒng)300中所示。密封系統(tǒng)300可包括轉(zhuǎn)子310和定子320。轉(zhuǎn)子310可包括可為徑向的多個(gè)轉(zhuǎn)子齒315。定子320可包括位于密封殼體330內(nèi)的定子密封件 323。如上所述，定子密封件可包括可磨耗部分或涂層325。在一些布置中，定子密封件323可包括在內(nèi)周邊上具有可磨耗涂層的插入環(huán)(兩個(gè)或更多個(gè)部分)。插入環(huán)可由鋼制成。內(nèi)周邊上的可磨耗涂層可以是多孔金屬材料，例如多孔鋁、鈷或鎳基熱噴涂涂層；其可以備選地為塑料基的(例如，特氟隆、聚酯)。在其它布置中，(整個(gè))插入環(huán)也可由可磨耗材料制成?？赡ズ牟牧峡梢允抢鏔luorosint-500、云母增強(qiáng)特氟隆。定子密封件323可置于殼體330內(nèi)且通過彈簧促動(dòng)機(jī)構(gòu)340從殼體的頂部335徑向偏移。轉(zhuǎn)子齒315可以在可磨耗定子部分325中形成摩擦凹槽327。在示例性實(shí)施例中，通過使用軸向取向彈簧350，可以在定子密封件320和密封殼體330之間形成或設(shè)計(jì)軸向間隙 360。在組裝的同時(shí)，定子密封件323可由軸向取向彈簧350推送(或設(shè)定)至殼體330的(較)高壓力側(cè)(P+)。彈簧350可置于密封件323和殼體330的(較)低壓力側(cè)(P-)之間。此時(shí)，彈簧350可以處于其(初始)或略微壓縮狀態(tài)。軸向取向彈簧350可以朝較高壓力側(cè)偏壓定子密封件323。在使用期間，在起動(dòng)時(shí)(S卩，當(dāng)壓力較低時(shí))，轉(zhuǎn)子齒315可以在臨界振動(dòng)期間切入可磨耗部分325中并形成摩擦凹槽327。在起動(dòng)速度下，壓差(P+和P-之間)相對(duì)較低，使得可以將密封件的位置保持在較高壓力側(cè)。轉(zhuǎn)子齒315可以在這些速度和定子密封件位置下騎跨在摩擦凹槽327的中間。在設(shè)計(jì)速度下，壓差(P+和P-之間)增加。如圖4所示，由于高壓(或P+)側(cè)而跨過密封件323增加的壓力比可迫使密封件323朝低壓(或P-)側(cè)軸向移動(dòng)。當(dāng)壓力增加時(shí)，彈簧350可開始收縮(即，不在其初始狀態(tài))。這種軸向移動(dòng)(從較高壓力側(cè)P+向較低壓力側(cè)P-)在轉(zhuǎn)子齒315和摩擦凹槽327之間形成更小或更緊密的間隙。如圖所示，轉(zhuǎn)子齒315未騎跨在摩擦凹槽327的中間。相對(duì)于在圖3的轉(zhuǎn)子齒和摩擦凹槽中間之間的間距，在圖4的轉(zhuǎn)子齒(的頂端)和可磨耗部分面向轉(zhuǎn)子齒的部分之間的間距更小。因此可以減少泄漏量。泄漏可通過彈簧剛性和運(yùn)轉(zhuǎn)壓力比來控制。在一些實(shí)施例中，也可以在密封件323和密封殼體330之間包括第二級(jí)密封件，以提供進(jìn)一步的泄漏減少，如圖3和圖4所示。參見圖4，第二級(jí)密封件370可以在設(shè)計(jì)速度下阻擋密封件323和密封殼體330之間的泄漏。因此，第二級(jí)密封件370進(jìn)一步減少了泄漏。雖然如示例性實(shí)施例中所述的軸向偏移可以是除徑向偏移之外的，但在一些實(shí)施例中軸向偏移可單獨(dú)實(shí)現(xiàn)(即，沒有徑向偏移)。在任一種布置(即，有或沒有徑向偏移)中，軸向偏移減小了徑向間隙并減小了泄漏弊端。根據(jù)示例性實(shí)施例的方法500可以參照?qǐng)D5描述。在組裝期間，在510，通過利用軸向取向彈簧(處于其初始或略微壓縮狀態(tài))朝殼體的高壓側(cè)移動(dòng)密封件，可以在密封件和離心壓縮機(jī)的密封殼體之間形成軸向間隙。在520，可以起動(dòng)壓縮機(jī)。在530，轉(zhuǎn)子齒可以在定子密封件中切割摩擦凹槽。 在540，可以增加壓縮機(jī)速度(和因此壓力)。在550，當(dāng)壓縮機(jī)朝設(shè)計(jì)速度工作時(shí)，密封件彈簧可變成被增加的壓力壓縮，并且密封件朝低壓側(cè)移動(dòng)。轉(zhuǎn)子齒和可磨耗部分之間的間隙可減小，并且第二級(jí)密封件可提供如上所述的額外泄漏保護(hù)。CFD分析證明，在示例性實(shí)施例中由壓力促動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的可磨耗密封件的軸向摩擦凹槽定位增加了密封性能。示例性實(shí)施例致力于可磨耗密封件設(shè)計(jì)的軸向定位控制。雖然此前的努力集中在最小化轉(zhuǎn)子齒和可磨耗密封件之間的徑向間隙上，但本文所述實(shí)施例引入了壓力促動(dòng)軸向定位機(jī)構(gòu)，其導(dǎo)致獨(dú)立于壓縮機(jī)臨界振動(dòng)或熱瞬變的密封間隙最小化。如本文所述的示例性實(shí)施例提供了多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)示例性實(shí)施例的密封系統(tǒng)減少了由摩擦凹槽對(duì)非順從可磨耗密封件造成的泄漏。該系統(tǒng)也優(yōu)化了用于離心壓縮機(jī)的葉輪入口的順從(彈簧賦能)可磨耗密封件的性能。通過提供如示例性實(shí)施例中所述的主動(dòng)軸向定位機(jī)構(gòu)，可以提高離心壓縮機(jī)級(jí)效率，以實(shí)現(xiàn)最小的密封間隙。在一些實(shí)施例中，可以在定子密封件中設(shè)置多個(gè)軸向定位機(jī)構(gòu)。該多個(gè)軸向定位機(jī)構(gòu)可沿例如密封件均勻地分布(或間隔開)。根據(jù)示例性實(shí)施例的軸向定位機(jī)構(gòu)不限于在新壓縮機(jī)中實(shí)施。可以用軸向定位機(jī)構(gòu)改裝帶有密封環(huán)的現(xiàn)有壓縮機(jī)。此外，雖然已關(guān)于離心壓縮機(jī)描述了示例性實(shí)施例的主動(dòng)定位機(jī)構(gòu)，但其通?？梢酝瑯舆m用于渦輪機(jī)械。上述示例性實(shí)施例意圖在所有方面說明本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明。因此，本發(fā)明能夠具有可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員從本文包含的描述中推出的詳細(xì)實(shí)施方式的許多變型。所有這種變型和修改被認(rèn)為在由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。在本申請(qǐng)的描述中所使用的元件、動(dòng)作或指令不應(yīng)解釋為對(duì)于本發(fā)明是關(guān)鍵或必不可少的，除非明確如此描述。另外，如本文所用，用詞“一”意圖包括一個(gè)或更多物件。
權(quán)利要求
1.一種用于離心壓縮機(jī)的密封系統(tǒng)(200)，包括 定子(220)，所述定子(220)具有密封殼體(230)； 密封件(223)，所述密封件(223)設(shè)置在所述密封殼體中且具有沿內(nèi)周邊的可磨耗部分(225)； 轉(zhuǎn)子(210)，所述轉(zhuǎn)子(210)具有多個(gè)轉(zhuǎn)子齒(215)，所述多個(gè)轉(zhuǎn)子齒(215)被構(gòu)造成在所述密封件的所述內(nèi)周邊內(nèi)旋轉(zhuǎn)且被構(gòu)造成在所述可磨耗部分(225)內(nèi)形成摩擦凹槽(227);以及 第一彈簧(240)，所述第一彈簧(240)設(shè)置在所述定子(220)和所述密封件(223)之間且被構(gòu)造成有利于所述密封件(223)的軸向移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的密封系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子齒被定向在徑向方向上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的密封系統(tǒng)，其特征在于，在所述壓縮機(jī)起動(dòng)時(shí)，所述第一彈簧朝所述密封殼體的高壓側(cè)軸向地偏壓所述密封件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的密封系統(tǒng)，其特征在于，在所述壓縮機(jī)起動(dòng)時(shí)，所述第一彈簧處于伸展?fàn)顟B(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的密封系統(tǒng)，其特征在于，所述密封件被構(gòu)造成以所述壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)速度朝所述密封殼體的低壓側(cè)移動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的密封系統(tǒng)，其特征在于，所述第一彈簧在所述壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)速度下處于壓縮狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的密封系統(tǒng)，其特征在于，還包括 第二級(jí)密封件，所述第二級(jí)密封件位于所述密封殼體的較低壓力側(cè)和所述密封件之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的密封系統(tǒng)，其特征在于，還包括 第二彈簧，所述第二彈簧在所述密封件和所述密封殼體之間且被構(gòu)造成提供所述密封件的徑向移動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的密封系統(tǒng)，其特征在于，所述第二彈簧在所述壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)期間處于伸展位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的密封系統(tǒng)，其特征在于，所述第二彈簧被構(gòu)造成減小所述密封件和所述轉(zhuǎn)子之間的徑向距離。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的密封系統(tǒng)，其特征在于，所述密封件為插入環(huán)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的密封系統(tǒng)，其特征在于，所述插入環(huán)由鋼制成，并且所述可磨耗部分由多孔金屬材料制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的密封系統(tǒng)，其特征在于，所述密封件為由可磨耗材料制成的插入環(huán)。
14.一種用于減少容納在定子密封殼體(230)內(nèi)的密封件(223)和離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子(210)之間的泄漏流的方法，其中，所述轉(zhuǎn)子(210)在所述密封件(223)的內(nèi)周邊內(nèi)旋轉(zhuǎn)，所述方法包括 通過彈簧載荷(240)朝所述密封殼體(230)的高壓側(cè)偏壓所述密封件(223)，以在所述密封件(223)和所述密封殼體(230)之間形成軸向間隙； 起動(dòng)所述壓縮機(jī)；在所述密封件(223)的可磨耗部分(225)中切割徑向摩擦凹槽(227)； 增加所述壓縮機(jī)的速度；以及 朝所述密封殼體(230)的低壓側(cè)移動(dòng)所述密封件(223)。
15.—種離心壓縮機(jī),包括 定子(220)，所述定子(220)具有密封殼體(230)； 密封件(223)，所述密封件(223)設(shè)置在所述密封殼體(230)中且具有沿內(nèi)周邊的可磨耗部分(223)； 轉(zhuǎn)子(210)，所述轉(zhuǎn)子(210)具有多個(gè)轉(zhuǎn)子齒(215)，所述多個(gè)轉(zhuǎn)子齒(215)被構(gòu)造成在所述密封件(223)的內(nèi)周邊內(nèi)旋轉(zhuǎn)且被構(gòu)造成在所述可磨耗部分(225)內(nèi)形成摩擦凹槽 (227)； 第一彈簧(240)，所述第一彈簧(240)設(shè)置在所述定子(220)和所述密封件(223)之間且被構(gòu)造成有利于所述密封件(223)的軸向移動(dòng)；以及 第二級(jí)密封件(370)，所述第二級(jí)密封件(370)位于所述殼體(230)的較低壓力側(cè)和所述密封件(233)之間。
全文摘要
一種用于離心壓縮機(jī)的密封系統(tǒng)(200)，包括定子(220)，其具有密封殼體(230)；密封件(223)，其設(shè)置在密封殼體(230)中且具有沿內(nèi)周邊的可磨耗部分(225)；轉(zhuǎn)子(210)，其具有多個(gè)轉(zhuǎn)子齒(215)，該多個(gè)轉(zhuǎn)子齒(215)被構(gòu)造成在密封件(223)的內(nèi)周邊內(nèi)旋轉(zhuǎn)且被構(gòu)造成在可磨耗部分(225)內(nèi)形成摩擦凹槽(227)；以及第一彈簧(240)，其設(shè)置在定子(220)和密封件(210)之間且被構(gòu)造成有利于密封件(223)相對(duì)于密封殼體(230)的軸向移動(dòng)。
文檔編號(hào)F16J15/44GK102762872SQ201080064531
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者R.拉斯特, V.米開拉西, 盛諾 申請(qǐng)人:諾沃皮尼奧內(nèi)有限公司