長輸管道天然氣壓縮機的幹氣密封裝置的製作方法

2023-04-25 03:33:21 2

本發明涉及一種機械密封裝置，具體講是一種用於長輸管道天然氣壓縮機的幹氣密封裝置。

背景技術：

幹氣密封技術以其優越的性能已廣泛應用於眾多的旋轉機械軸向端面密封的應用中，例如各種型式的壓縮機、泵、膨脹機、分離機、反應釜等旋轉類機器的軸端密封。在氣體長管線輸送過程，壓縮機組也作為整個輸送裝置的核心，對保障輸氣管道的長周期安全穩定運行具有重大的意義，而通常情況下壓縮機組的軸封裝置則是決定機組能否安全穩定運行的第一要素。以天然氣為例，目前長輸管道天然氣壓縮機的幹氣密封，主要由兩級前後布置的幹氣密封和大氣側的隔離密封組成。第一級密封為主密封，承受全部的壓差，採用壓縮機出口工藝氣作為一級密封氣；第二級幹氣密封為安全密封，通常在很低的壓差下工作，在第一級密封失效的情況下阻止大量工藝介質在現場外洩；隔離密封為阻擋軸承箱潤滑油進入幹氣密封，防止其汙染損壞幹氣密封，採用壓縮空氣作為氣源。由於壓縮機現場沒有低壓氮氣，二級密封只有採用一級密封端面洩漏的天然氣作為工作氣源，隔離氣採用壓縮空氣作為氣源，這種配置方式雖然也能夠讓幹氣密封正常運行，但會帶來以下一些隱患：密封正常工作時，二級洩漏氣為天然氣與空氣的混合氣，即有少量天然氣直接排入大氣。設計時通過加大隔離氣的進氣量來避開天然氣的爆炸極限，但是大流量的隔離氣並不能獲得很好的隔離油霧效果，可能導會致潤滑油霧進入幹氣密封；在開停車階段，一級密封的洩漏量非常小，會使二級密封無法建立足夠的工作壓力，同時由於隔離氣增大了氣量，可能會在二級洩漏通道形成的較高的背壓，如果此背壓大於二級密封工作壓力，會出現二級密封承受反壓的情況，幹氣密封在反壓下運行極易損壞；在開車階段，如果天然氣帶液或含重烴較多，一、二級密封都可能會出現端面帶液的情況，在這種狀態下運行會使兩級密封都有可能出現損壞，二級密封氣起不到安全密封的作用；隔離氣採用大流量的壓縮空氣注入，使空氣大量進入軸承箱，使潤滑油長期存在易氧化壽命短的問題，維護費用較高。由於通常長輸管道天然氣壓縮機介質工作壓力高、軸徑大、啟停頻繁，工作環境惡劣，對幹氣密封的性能、可靠性、穩定性等也提出了非常高的要求。

技術實現要素：

針對上述情況，本發明提供了一種適用於長輸管道天然氣壓縮機的幹氣密封裝置，以有效提升該長輸管道天然氣壓縮機幹氣密封的綜合性能。

本發明長輸管道天然氣壓縮機的幹氣密封裝置，其特徵是在旋轉軸的外周由介質側到大氣側沿軸向依次排布有一級端面密封單元、二級端面密封單元和隔離密封單元，並在一、二級密封單元間串連設置有迷宮密封單元。所述的一級和二級端面密封單元中，各自分別包括有以共軸線方式軸端相對設置的相應的動密封環和靜密封環，其相對的端面間分別為其對應的端面密封部位，其中二者的動密封環分別經相應的傳動結構與旋轉軸傳動連接；二者的靜密封環分別經相應的彈簧和推環軸向浮動支撐於各自的靜環座的一側端部位置；所述的迷宮密封單元，包括在連通所述一級端面密封單元和二級端面密封單元中的兩端面密封部位的氣體通道中，分別設置於氣體通道中相對壁面間的具有伸凸頂端的梳齒結構體和可與之小間隙配合的密封結構層；所述的隔離密封單元，包括軸向定位的梳齒環座及設置於其徑向內側的梳齒環，梳齒環內徑側的梳齒伸凸頂端與可隨旋轉軸轉動的旋轉體外圓柱面間表面間，以小間隙徑向相對設置配合。本發明中所述的小間隙配合，一般情況下，其配合的間隙值以不大於0.5毫米為宜。

上述結構中，與所述梳齒結構體的梳齒伸凸端相對小間隙配合的密封結構層，一般情況下可優選厚度為10~300微米，和/或粗糙度不高於12.5微米的耐磨材料塗層，如鋁合金或聚四氟乙烯材料等常用的耐磨材料塗層。

上述結構中，所述迷宮密封單元中氣體通道，可直接由所述的一、二級密封單元中處於相對位置的第一靜環座和第二動環座間的相對結構面構成。所述的可相互配合的梳齒結構體和密封結構層則可分別設置於構成氣體通道壁的第一靜環座和第二動環座的相對結構面處。其中，所述可相互配合的梳齒結構體和密封結構層的優選設置位置，可分別選擇在具有徑向相對通道壁的通道段中的第一靜環座的內孔結構面和第二動環座的外周結構面處。例如，通常情況下，所述迷宮密封單元中的梳齒結構體可採用為梳齒環的形式，並設置於由第二動環座（旋轉側）外周面構成的氣體通的道壁面側，所述的密封結構層則可位於相對的第一靜環座（靜止側）的壁面側。

所述的隔離密封單元，可優選採用由兩部分構成的形式。其中，梳齒環座可包括以軸端接觸接觸的內梳齒環座和外梳齒環座，其徑向內側分別經連接結構連接有內梳齒環和外梳齒環；外梳齒環座經定位結構與固定結構定位配合實現軸向固定。所述與內外梳齒環徑向內側的梳齒的伸凸頂端，分別與可隨軸轉動的旋轉體的外圓柱面間同樣為所述的小間隙配合。

本發明上述長輸管道天然氣壓縮機的幹氣密封裝置在主密封和安全密封之間增設一道迷宮密封，通過一級密封洩漏出的少量工藝氣體，被迷宮側壓力稍高的二級密封氣阻擋，可以避免開車密封氣帶液，同時可保證二級洩漏氣不含天然氣，完全避免了空氣與天然氣的混合，徹底保證了場站的安全，提高了幹氣密封運行的安全性，延長了幹氣密封使用壽命。而且二級密封氣始終保持注入，可以在壓縮機的開停車時始終保證二級密封背壓。二級密封背壓提升，也最大程度降低了二級密封在啟停過程中承受反壓的可能，提高了幹氣密封運行的安全性，延長了幹氣密封使用壽命。此外，原密封結構隔離氣需採用大流量空氣注入，導致了進入梳齒的流速過快，易造成油霧被高速氣流吹入二次洩漏腔室，使二級密封受到軸承油的汙染，增加了其故障的概率。在本發明上述結構密封裝置基礎上，如進一步採用氮氣做隔離氣，可降低隔離氣的流量，一方面可以減少潤滑油汙染密封而失效的隱患，另一方面使潤滑油不再接觸空氣，還將明顯提高潤滑油的壽命。

因此，本發明所述形式的長輸管道天然氣壓縮機的幹氣密封裝置，能很好地適應長輸管道天然氣系統的特殊工況和環境，有效提升其壓縮機幹氣密封可靠穩定的綜合性能。

以下結合由附圖所示實施例的具體實施方式，對本發明的上述內容再作進一步的詳細說明。但不應將此理解為本發明上述主題的範圍僅限於以下的實例。在不脫離本發明上述技術思想情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包括在本發明的範圍內。

附圖說明

圖1是本發明長輸管道天然氣壓縮機的幹氣密封裝置的一種結構的示意圖。

具體實施方式

如圖所示的本發明長輸管道天然氣壓縮機的幹氣密封裝置的基本結構，是在旋轉軸28的外周，由介質側到大氣側沿軸向依次排布有一級端面密封單元、二級端面密封單元和隔離密封單元，並在一、二級密封單元間還串連設置有迷宮密封單元。

一級端面密封單元中包括有共軸線軸端相對設置的第一動密封環和第一靜密封環3，其相對的端面間為第一端面密封部位。第一動密封環2被脹緊在軸套1上，並經傳動銷26與軸套1周向固定，實現與旋轉軸28傳動連接，軸向與軸套1的臺階面接觸並被第一動環座11軸向壓緊；第一靜密封環3經第一彈簧6和第一推環5軸向浮動支撐於第一靜環座8的一側（圖中為左側）端部位置；

所述的二級端面密封單元中包括有共軸線軸端相對設置的第二動密封環12和第二靜密封環13，其相對端面間為第二端面密封部位。第二動密封環12被脹緊在壓緊套29的外圓柱面上，軸向與動環座11的臺階面接觸並被壓緊套29軸向壓緊，周向與第一動環座11傳動連接，實現與旋轉軸28傳動連接；第二靜密封環13經第二彈簧16和第二推環15軸向浮動支撐於第二靜環座18的一側（圖中為右側）端部位置；

所述的迷宮密封單元設置在用於連通所述兩級密封單元中的第一端面密封部位和第二端面密封部位間的氣體通道7中。該氣體通道7的壁面分別由所述的第一靜環座8和第二動環座11間的相對結構面構成。在通道中具有徑向相對通道壁的通道段中，採用梳齒環形式的梳齒結構體10設置在徑向內側位置的第二動環座11的外周結構面處，與之配合的採用表面噴塗的密封結構層9則位於徑向外側的第一靜環座8的內孔結構面的相對位置處。密封結構層9的厚度為150微米，粗糙度不高於12.5微米的鋁合金等耐磨材料塗層，其表面與相對的梳齒結構體10的伸凸頂端間以沿徑向單邊間隙0.1毫米的小間隙配合。

隔離密封單元由軸向定位的梳齒環座及設置於其徑向內側的梳齒環組成。梳齒環座包括以軸端接觸接觸的內梳齒環座20和外梳齒環座21。內梳齒環座20的徑向內側經螺釘連接有內梳齒環25；外梳齒環座21徑向內側經螺釘連接有外梳齒環23。其中外梳齒環座21經其外圓柱面與腔體固定結構27間對應的環狀凹槽結構，用卡板定位結構22使隔離密封單元整體上的軸向固定。內梳齒環25徑向內側的梳齒伸凸頂端與可隨軸28轉動的梳齒軸套（旋轉體）30的外圓柱面以徑向單邊間隙0.1毫米的小間隙配合；外梳齒環23徑向內側的梳齒伸凸頂端與可隨軸28轉動的鎖緊螺母（旋轉體）24的外圓柱面以徑向單邊間隙0.1毫米的小間隙配合。

上述一級端面密封單元、二級端面密封單元和隔離密封單元中的軸套1與旋轉軸28的臺階端面接觸實現軸向定位後，從介質側到大氣側沿軸向依次經壓緊套29、梳齒軸套30和鎖緊螺母24以相對端面接觸，並由鎖緊螺母24縮緊，實現密封裝置整體在軸上的固定。由卡板定位結構22分別嵌入外梳齒環座21及腔體固定結構27的環狀凹槽結構，實現密封整體在腔體上軸向固定。