CN106678371A - 长输管道天然气压缩机的干气密封装置 - Google Patents

Abstract

长输管道天然气压缩机的干气密封装置。在旋转轴的外周由介质侧到大气侧依次排布有一、二级端面密封单元和隔离密封单元，在两级密封单元间还串连有迷宫密封单元。两级端面密封单元中分别有以轴端相对设置的动密封环和静密封环，其相对的端面间为端面密封部位；迷宫密封单元为在连通两级端面密封单元的端面密封部位的气体通道中，分别设置于气体通道中相对壁面间的具有伸凸顶端的梳齿结构体和可与之小间隙配合的密封结构层；隔离密封单元中有轴向定位的梳齿环座及设于其径向内侧的梳齿环，梳齿环内径侧的梳齿顶端与可随旋转轴转动的旋转体外圆柱面以小间隙径向相对设置。该干气密封装置能适应长输管道天然气***的特殊工况和环境，有效提升其压缩机干气密封可靠稳定的综合性能。

Description

长输管道天然气压缩机的干气密封装置

技术领域

本发明涉及一种机械密封装置，具体讲是一种用于长输管道天然气压缩机的干气密封装置。

背景技术

干气密封技术以其优越的性能已广泛应用于众多的旋转机械轴向端面密封的应用中，例如各种型式的压缩机、泵、膨胀机、分离机、反应釜等旋转类机器的轴端密封。在气体长管线输送过程，压缩机组也作为整个输送装置的核心，对保障输气管道的长周期安全稳定运行具有重大的意义，而通常情况下压缩机组的轴封装置则是决定机组能否安全稳定运行的第一要素。以天然气为例，目前长输管道天然气压缩机的干气密封，主要由两级前后布置的干气密封和大气侧的隔离密封组成。第一级密封为主密封，承受全部的压差，采用压缩机出口工艺气作为一级密封气；第二级干气密封为安全密封，通常在很低的压差下工作，在第一级密封失效的情况下阻止大量工艺介质在现场外泄；隔离密封为阻挡轴承箱润滑油进入干气密封，防止其污染损坏干气密封，采用压缩空气作为气源。由于压缩机现场没有低压氮气，二级密封只有采用一级密封端面泄漏的天然气作为工作气源，隔离气采用压缩空气作为气源，这种配置方式虽然也能够让干气密封正常运行，但会带来以下一些隐患：密封正常工作时，二级泄漏气为天然气与空气的混合气，即有少量天然气直接排入大气。设计时通过加大隔离气的进气量来避开天然气的***极限，但是大流量的隔离气并不能获得很好的隔离油雾效果，可能导会致润滑油雾进入干气密封；在开停车阶段，一级密封的泄漏量非常小，会使二级密封无法建立足够的工作压力，同时由于隔离气增大了气量，可能会在二级泄漏通道形成的较高的背压，如果此背压大于二级密封工作压力，会出现二级密封承受反压的情况，干气密封在反压下运行极易损坏；在开车阶段，如果天然气带液或含重烃较多，一、二级密封都可能会出现端面带液的情况，在这种状态下运行会使两级密封都有可能出现损坏，二级密封气起不到安全密封的作用；隔离气采用大流量的压缩空气注入，使空气大量进入轴承箱，使润滑油长期存在易氧化寿命短的问题，维护费用较高。由于通常长输管道天然气压缩机介质工作压力高、轴径大、启停频繁，工作环境恶劣，对干气密封的性能、可靠性、稳定性等也提出了非常高的要求。

发明内容

针对上述情况，本发明提供了一种适用于长输管道天然气压缩机的干气密封装置，以有效提升该长输管道天然气压缩机干气密封的综合性能。

本发明长输管道天然气压缩机的干气密封装置，其特征是在旋转轴的外周由介质侧到大气侧沿轴向依次排布有一级端面密封单元、二级端面密封单元和隔离密封单元，并在一、二级密封单元间串连设置有迷宫密封单元。所述的一级和二级端面密封单元中，各自分别包括有以共轴线方式轴端相对设置的相应的动密封环和静密封环，其相对的端面间分别为其对应的端面密封部位，其中二者的动密封环分别经相应的传动结构与旋转轴传动连接；二者的静密封环分别经相应的弹簧和推环轴向浮动支撑于各自的静环座的一侧端部位置；所述的迷宫密封单元，包括在连通所述一级端面密封单元和二级端面密封单元中的两端面密封部位的气体通道中，分别设置于气体通道中相对壁面间的具有伸凸顶端的梳齿结构体和可与之小间隙配合的密封结构层；所述的隔离密封单元，包括轴向定位的梳齿环座及设置于其径向内侧的梳齿环，梳齿环内径侧的梳齿伸凸顶端与可随旋转轴转动的旋转体外圆柱面间表面间，以小间隙径向相对设置配合。本发明中所述的小间隙配合，一般情况下，其配合的间隙值以不大于0.5毫米为宜。

上述结构中，与所述梳齿结构体的梳齿伸凸端相对小间隙配合的密封结构层，一般情况下可优选厚度为10~300微米，和/或粗糙度不高于12.5微米的耐磨材料涂层，如铝合金或聚四氟乙烯材料等常用的耐磨材料涂层。

上述结构中，所述迷宫密封单元中气体通道，可直接由所述的一、二级密封单元中处于相对位置的第一静环座和第二动环座间的相对结构面构成。所述的可相互配合的梳齿结构体和密封结构层则可分别设置于构成气体通道壁的第一静环座和第二动环座的相对结构面处。其中，所述可相互配合的梳齿结构体和密封结构层的优选设置位置，可分别选择在具有径向相对通道壁的通道段中的第一静环座的内孔结构面和第二动环座的外周结构面处。例如，通常情况下，所述迷宫密封单元中的梳齿结构体可采用为梳齿环的形式，并设置于由第二动环座（旋转侧）外周面构成的气体通的道壁面侧，所述的密封结构层则可位于相对的第一静环座（静止侧）的壁面侧。

所述的隔离密封单元，可优选采用由两部分构成的形式。其中，梳齿环座可包括以轴端接触接触的内梳齿环座和外梳齿环座，其径向内侧分别经连接结构连接有内梳齿环和外梳齿环；外梳齿环座经定位结构与固定结构定位配合实现轴向固定。所述与内外梳齿环径向内侧的梳齿的伸凸顶端，分别与可随轴转动的旋转体的外圆柱面间同样为所述的小间隙配合。

本发明上述长输管道天然气压缩机的干气密封装置在主密封和安全密封之间增设一道迷宫密封，通过一级密封泄漏出的少量工艺气体，被迷宫侧压力稍高的二级密封气阻挡，可以避免开车密封气带液，同时可保证二级泄漏气不含天然气，完全避免了空气与天然气的混合，彻底保证了场站的安全，提高了干气密封运行的安全性，延长了干气密封使用寿命。而且二级密封气始终保持注入，可以在压缩机的开停车时始终保证二级密封背压。二级密封背压提升，也最大程度降低了二级密封在启停过程中承受反压的可能，提高了干气密封运行的安全性，延长了干气密封使用寿命。此外，原密封结构隔离气需采用大流量空气注入，导致了进入梳齿的流速过快，易造成油雾被高速气流吹入二次泄漏腔室，使二级密封受到轴承油的污染，增加了其故障的概率。在本发明上述结构密封装置基础上，如进一步采用氮气做隔离气，可降低隔离气的流量，一方面可以减少润滑油污染密封而失效的隐患，另一方面使润滑油不再接触空气，还将明显提高润滑油的寿命。

因此，本发明所述形式的长输管道天然气压缩机的干气密封装置，能很好地适应长输管道天然气***的特殊工况和环境，有效提升其压缩机干气密封可靠稳定的综合性能。

以下结合由附图所示实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

附图说明

图1是本发明长输管道天然气压缩机的干气密封装置的一种结构的示意图。

具体实施方式

如图所示的本发明长输管道天然气压缩机的干气密封装置的基本结构，是在旋转轴28的外周，由介质侧到大气侧沿轴向依次排布有一级端面密封单元、二级端面密封单元和隔离密封单元，并在一、二级密封单元间还串连设置有迷宫密封单元。

一级端面密封单元中包括有共轴线轴端相对设置的第一动密封环和第一静密封环3，其相对的端面间为第一端面密封部位。第一动密封环2被胀紧在轴套1上，并经传动销26与轴套1周向固定，实现与旋转轴28传动连接，轴向与轴套1的台阶面接触并被第一动环座11轴向压紧；第一静密封环3经第一弹簧6和第一推环5轴向浮动支撑于第一静环座8的一侧（图中为左侧）端部位置；

所述的二级端面密封单元中包括有共轴线轴端相对设置的第二动密封环12和第二静密封环13，其相对端面间为第二端面密封部位。第二动密封环12被胀紧在压紧套29的外圆柱面上，轴向与动环座11的台阶面接触并被压紧套29轴向压紧，周向与第一动环座11传动连接，实现与旋转轴28传动连接；第二静密封环13经第二弹簧16和第二推环15轴向浮动支撑于第二静环座18的一侧（图中为右侧）端部位置；

所述的迷宫密封单元设置在用于连通所述两级密封单元中的第一端面密封部位和第二端面密封部位间的气体通道7中。该气体通道7的壁面分别由所述的第一静环座8和第二动环座11间的相对结构面构成。在通道中具有径向相对通道壁的通道段中，采用梳齿环形式的梳齿结构体10设置在径向内侧位置的第二动环座11的外周结构面处，与之配合的采用表面喷涂的密封结构层9则位于径向外侧的第一静环座8的内孔结构面的相对位置处。密封结构层9的厚度为150微米，粗糙度不高于12.5微米的铝合金等耐磨材料涂层，其表面与相对的梳齿结构体10的伸凸顶端间以沿径向单边间隙0.1毫米的小间隙配合。

隔离密封单元由轴向定位的梳齿环座及设置于其径向内侧的梳齿环组成。梳齿环座包括以轴端接触接触的内梳齿环座20和外梳齿环座21。内梳齿环座20的径向内侧经螺钉连接有内梳齿环25；外梳齿环座21径向内侧经螺钉连接有外梳齿环23。其中外梳齿环座21经其外圆柱面与腔体固定结构27间对应的环状凹槽结构，用卡板定位结构22使隔离密封单元整体上的轴向固定。内梳齿环25径向内侧的梳齿伸凸顶端与可随轴28转动的梳齿轴套（旋转体）30的外圆柱面以径向单边间隙0.1毫米的小间隙配合；外梳齿环23径向内侧的梳齿伸凸顶端与可随轴28转动的锁紧螺母（旋转体）24的外圆柱面以径向单边间隙0.1毫米的小间隙配合。

上述一级端面密封单元、二级端面密封单元和隔离密封单元中的轴套1与旋转轴28的台阶端面接触实现轴向定位后，从介质侧到大气侧沿轴向依次经压紧套29、梳齿轴套30和锁紧螺母24以相对端面接触，并由锁紧螺母24缩紧，实现密封装置整体在轴上的固定。由卡板定位结构22分别嵌入外梳齿环座21及腔体固定结构27的环状凹槽结构，实现密封整体在腔体上轴向固定。

Claims (10)

1.长输管道天然气压缩机的干气密封装置，其特征是在旋转轴（28）的外周由介质侧到大气侧沿轴向依次排布有一级端面密封单元、二级端面密封单元和隔离密封单元，在一、二级密封单元间还串连设置有迷宫密封单元，其中

所述的一级端面密封单元中包括有共轴线轴端相对设置的第一动密封环（2）和第一静密封环（3），其相对的端面间为第一端面密封部位，第一动密封环（3）经轴套（1）与旋转轴（28）传动连接，第一静密封环（3）经第一弹簧（6）和第一推环（5）轴向浮动支撑于第一静环座（8）的一侧端部位置；

所述的二级端面密封单元中包括有共轴线轴端相对设置的第二动密封环（12）和第二静密封环（13），其相对端面间为第二端面密封部位，第二动密封环（12）与可随旋转轴（28）转动的第二动环座（11）传动连接，第二静密封环（13）经第二弹簧（16）和第二推环（15）轴向浮动支撑于第二静环座（18）的一侧端部位置；

所述的迷宫密封单元包括在连通所述一级端面密封单元和二级端面密封单元的两端面密封部位的气体通道（7）中，分别设置于气体通道（7）中相对壁面间的具有伸凸顶端的梳齿结构体（10）和可与之小间隙配合的密封结构层（9）；

所述的隔离密封单元中包括轴向定位的梳齿环座及设置于其径向内侧的梳齿环，梳齿环内径侧的梳齿伸凸顶端与可随旋转轴（28）转动的旋转体外圆柱面以小间隙配合。

2.如权利要求1所述的干气密封装置，其特征是所述迷宫密封单元中气体通道（7）由所述的一、二级密封单元中处于相对位置的第一静环座（8）和第二动环座（11）间的相对结构面构成，所述可相互配合的梳齿结构体（10）和密封结构层（9）分别位于第一静环座（8）和第二动环座（11）的相对结构面上。

3.如权利要求2所述的干气密封装置，其特征是所述的可相互配合的梳齿结构体（10）和密封结构层（9）分别位于具有径向相对通道壁的通道段中的第一静环座（8）的内孔结构面和第二动环座（11）的外周结构面处。

4.如权利要求3所述的干气密封装置，其特征是所述的迷宫密封单元中的梳齿结构体（10）位于第二动环座（11）的壁面侧，密封结构层（9）位于相对的第一静环座（8）的壁面侧。

5.如权利要求4所述的干气密封装置，其特征是所述的迷宫密封单元中的梳齿结构体（10）为设置于第二动环座（11）的外周面的梳齿环。

6.如权利要求1所述的干气密封装置，其特征是所述隔离密封单元中的梳齿环座包括以轴端接触接触的内梳齿环座（20）和外梳齿环座（21），其径向内侧分别经连接结构连接有内梳齿环（25）和外梳齿环（23），外梳齿环座（21）经定位结构（22）与固定结构定位配合实现轴向固定，所述与内外梳齿环（25，23）径向内侧的梳齿的伸凸顶端分别与可随轴（28）转动的旋转体（30，24）的外圆柱面小间隙配合。

7.如权利要求1至6之一所述的干气密封装置，其特征是所述梳齿结构体的梳齿伸凸端与相对的结构层表面间的小间隙配合为的配合间隙值不大于0.5毫米。

8.如权利要求1至6之一所述的干气密封装置，其特征是所述迷宫密封单元中的密封结构层（9）为厚度10~300微米，粗糙度不高于12.5微米的耐磨材料涂层。

9.如权利要求7所述的干气密封装置，其特征是所述迷宫密封结构中的密封结构层（9）为厚度10~300微米，粗糙度不高于12.5微米的耐磨材料涂层。

10.如权利要求8所述的干气密封装置，其特征是所述迷宫密封结构中的密封结构层（9）为铝合金材料涂层。