用于高溫高壓旋轉(zhuǎn)機(jī)械的密封裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封的機(jī)械密封裝置，適用于高溫高壓復(fù)合工況下的旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封。
【背景技術(shù)】
[0002]目前解決高溫介質(zhì)工況的旋轉(zhuǎn)軸密封，通常采用金屬波紋管密封，耐受溫度可以達(dá)到450°C，但同時(shí)能承受的壓力則有限，最高耐壓也不超過6MPa。對(duì)于高壓介質(zhì)工況的旋轉(zhuǎn)軸密封，可以采用彈簧式機(jī)械密封，目前最高耐受壓力可以達(dá)到15MPa，但彈簧式密封結(jié)構(gòu)因受其中橡膠件的限制，其耐受溫度一般不超過300°C。
[0003]當(dāng)溫度超過300°C、壓力超過6MPa，旋轉(zhuǎn)軸的密封是目前一個(gè)很難解決的問題。由于受密封技術(shù)的制約，導(dǎo)致限制了相關(guān)高參數(shù)機(jī)器設(shè)備的應(yīng)用。以石化行業(yè)為例，為適應(yīng)節(jié)能減排要求，通常需采用對(duì)油品的加氫精制工藝進(jìn)行精制，提高油品品質(zhì)，降低油品中硫、氮等有害物的含量。例如，柴油連續(xù)液相加氫工藝中的關(guān)鍵設(shè)備之一是高溫高壓循環(huán)泵，其典型工況參數(shù)包括:介質(zhì):柴油；壓力:10.5 MPa ;溫度:410°C ;泄漏量性能要求為:內(nèi)側(cè)密封< 20ml/h，外側(cè)密封< 5ml/h ;最低使用壽命:8000h。針對(duì)這類高溫高壓工況，圖1是目前的一種高溫高壓無(wú)潤(rùn)滑密封裝置，采用的是耐高溫的石墨盤根(15)的疊合使用，通過壓蓋(18)壓緊，使石墨盤根壓扁，外圓直徑變大，內(nèi)孔直徑變小，填滿密封腔實(shí)現(xiàn)密封。從進(jìn)氣口注入比物料壓力還高的氮?dú)?，來阻擋物料泄漏，同時(shí)帶走部分密封摩擦的熱量。該結(jié)構(gòu)因盤根(15)和軸(13)抱得很緊，軸旋轉(zhuǎn)需克服摩擦，損失軸功率。同時(shí)摩擦發(fā)熱大，氮?dú)獠荒艹浞謳ё邿崃?。由于高溫摩擦作用，使軸很容易磨壞，磨出間隙后密封不起作用，須在設(shè)備運(yùn)行中多次擰緊壓蓋(18)上的螺釘(19)，維護(hù)困難。因此，該密封結(jié)構(gòu)從本質(zhì)上來說還是一種填料密封，由于使用壽命短、功率損耗大、維修頻率高，因而只適用于轉(zhuǎn)速低、使用壽命要求不長(zhǎng)的高溫高壓設(shè)備。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對(duì)上述情況，本發(fā)明提供了一種可適用于高溫高壓旋轉(zhuǎn)機(jī)械的密封裝置。
[0005]本發(fā)明用于高溫高壓旋轉(zhuǎn)機(jī)械的密封裝置，同樣采用由在穿過高溫高壓介質(zhì)區(qū)的旋轉(zhuǎn)軸端部設(shè)置可隨旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)和與基座定位連接的靜止密封環(huán)組成的端面密封單元實(shí)現(xiàn)。其基本結(jié)構(gòu)包括:
——在由第一旋轉(zhuǎn)密封環(huán)和第一靜止密封環(huán)組成的第一端面密封單元的高溫高壓介質(zhì)區(qū)方向側(cè)，相鄰設(shè)置有由沿旋轉(zhuǎn)軸間隔靜止排布的一對(duì)節(jié)流單元組成的降壓區(qū)，降壓區(qū)可通過該兩節(jié)流單元同時(shí)分別與高溫高壓介質(zhì)區(qū)和第一端面密封單元密封腔連通，并帶有與外設(shè)的低壓?jiǎn)卧B通的調(diào)壓通道，一般可連接至其前級(jí)封閉的低壓原料罐等低壓設(shè)備單元;
——第一端面密封單元的密封腔設(shè)置有帶有熱交換結(jié)構(gòu)的降溫循環(huán)通道。
[0006]在上述基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步保證和提高密封的安全、可靠性，在第一端面密封單元的軸向外側(cè)，優(yōu)選還設(shè)置有由第二旋轉(zhuǎn)密封環(huán)和第二靜止密封環(huán)組成的第二端面密封單元，并在第二端面密封單元的密封腔中設(shè)置有密封液循環(huán)通道，所述該密封液循環(huán)通道中設(shè)有熱交換單元和儲(chǔ)液?jiǎn)卧?br>[0007]還可以進(jìn)一步采用的改進(jìn)方式包括，在所述的第一端面密封單元的軸向外側(cè)，或第二端面密封單元的軸向外側(cè)，經(jīng)間隔設(shè)置的第三節(jié)流裝置隔離有一密封保護(hù)區(qū)，密封保護(hù)區(qū)中設(shè)有與隔離保護(hù)和降溫系統(tǒng)連通的降溫通道。
[0008]在本發(fā)明上述形式的密封裝置中，可以單獨(dú)或與以任意方式與上述結(jié)構(gòu)相結(jié)合采用的進(jìn)一步優(yōu)選方式，還可包括:
在所述第一端面密封單元密封腔的帶有熱交換結(jié)構(gòu)的循環(huán)降溫通道中，還可以設(shè)置有與補(bǔ)液儲(chǔ)源相連的補(bǔ)液通道，有利于補(bǔ)充循環(huán)過程中因不同原因損失的循環(huán)介質(zhì)液體。
[0009]為使所述第一端面密封單元密封腔中的液體經(jīng)所述循環(huán)降溫通道實(shí)現(xiàn)循環(huán)，除可以按常規(guī)方式在該循環(huán)降溫通道設(shè)置適當(dāng)形式的泵送設(shè)備外，還可以采用的優(yōu)選方式之一，是在所述的第一旋轉(zhuǎn)密封環(huán)的外周，設(shè)置有用于驅(qū)動(dòng)第一端面密封單元密封腔中的液體經(jīng)所述循環(huán)降溫通道進(jìn)行循環(huán)的常規(guī)形式的泵效環(huán)。
[0010]在采用上述設(shè)置有所述的第二端面密封單元時(shí)，在第二端面密封單元密封腔中的密封液循環(huán)通道中，通?？梢栽O(shè)置有目前常用形式的泵送設(shè)備或泵送單元，推動(dòng)密封液進(jìn)行循環(huán)。
[0011]在本發(fā)明上述的密封裝置中，所述由第一旋轉(zhuǎn)密封環(huán)和第一靜止密封環(huán)組成的第一端面密封單元，是實(shí)現(xiàn)高溫高壓旋轉(zhuǎn)機(jī)械密封的主密封單元。由于在其高溫高壓介質(zhì)區(qū)的方向側(cè)，經(jīng)沿旋轉(zhuǎn)軸間隔靜止排布的一對(duì)節(jié)流單元相鄰設(shè)置有一降壓區(qū)，且通過該兩節(jié)流單元能同時(shí)分別與高溫高壓介質(zhì)區(qū)和第一端面密封單元密封腔連通，并還帶有與外設(shè)低壓?jiǎn)卧B通的調(diào)壓通道，因此高溫高壓介質(zhì)可進(jìn)入該降壓區(qū)和第一端面密封單元的密封腔，但通過節(jié)流單元的作用，則可以使進(jìn)入降壓區(qū)的介質(zhì)壓力降得較低。通過在調(diào)壓通道中設(shè)置相應(yīng)的壓力傳感、檢測(cè)等設(shè)備及控制閥門，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)降壓區(qū)內(nèi)的壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。降壓區(qū)內(nèi)介質(zhì)壓力的降低，同時(shí)也降低了第一端面密封單元密封腔內(nèi)的介質(zhì)壓力。由于降壓區(qū)中的介質(zhì)在僅降低壓力的情況下會(huì)有大量汽化物產(chǎn)生，為避免氣化物進(jìn)入密封腔對(duì)端面密封產(chǎn)生影響，可通過在第一端面密封單元的密封腔中設(shè)置的帶有熱交換結(jié)構(gòu)的降溫循環(huán)通道及相應(yīng)的補(bǔ)液通道，注入適量的液體(優(yōu)選為與泵送介質(zhì)相同的物料，避免污染泵送介質(zhì))，并使密封腔中的壓力適當(dāng)高于降壓區(qū)的壓力，即可阻止氣化物進(jìn)入第一端面密封單元的密封腔中，也有利于降低循環(huán)液體的溫度，并向該密封端面提供所需的潤(rùn)滑介質(zhì)。
[0012]由于該第一端面密封單元是對(duì)分別經(jīng)降溫、降壓處理后的介質(zhì)物料進(jìn)行密封的主密封單元，而當(dāng)泵軸不旋轉(zhuǎn)時(shí)則無(wú)法實(shí)現(xiàn)降溫，其密封腔內(nèi)依然為高溫環(huán)境，因此該第一端面密封單元中的密封，可采用如金屬波紋管密封等目前通常使用的耐高溫密封結(jié)構(gòu)。
[0013]由此可以理解，本發(fā)明上述結(jié)構(gòu)形式的密封裝置，通過將常規(guī)與密封結(jié)構(gòu)/元件直接接觸的高溫高壓介質(zhì)物料，先分別進(jìn)行了降壓和降溫處理后，再進(jìn)入密封腔與密封結(jié)構(gòu)/元件接觸，從而使其完全能承受、并可靠地實(shí)現(xiàn)對(duì)降壓、降溫處理后的介質(zhì)物料進(jìn)行密封。
[0014]本發(fā)明上述密封裝置中的所述第二端面密封單元，是在作為主密封的第一端面密封單元基礎(chǔ)上進(jìn)一步設(shè)置的安全密封單元，目的和作用是在主密封損壞時(shí)，對(duì)所泵送物料進(jìn)行的第二道阻擋，以避免高溫高壓介質(zhì)在異常情況下向大氣環(huán)境的泄漏。第二端面密封單元中的密封通?？刹捎每煽啃愿叩母邏簭椈墒矫芊?。其中，第二端面密封單元的密封腔中設(shè)置的帶降溫單元和儲(chǔ)液?jiǎn)卧拿芊庖貉h(huán)通道，可借助目前常用形式的循環(huán)泵等設(shè)備，讓外部?jī)?chǔ)液?jiǎn)卧械拿芊庖簠⑴c循環(huán)，并向密封腔提供一個(gè)低于第一端面密封腔的穩(wěn)定壓力，以帶走其密封端面摩擦產(chǎn)生的熱量，同時(shí)可對(duì)第二端面密封單元提供潤(rùn)滑液，還能減小作為主密封的第一端面密封單元兩側(cè)的壓差，保護(hù)主密封。
[0015]在第二端面密封單元的外側(cè)還進(jìn)一步設(shè)置的可經(jīng)降溫通道與單獨(dú)外設(shè)的隔離保護(hù)和降溫系統(tǒng)連通的密封保護(hù)區(qū)，能夠在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)密封提供進(jìn)一步安全、可靠的保障。例如，可以由所述的隔離保護(hù)和降溫系統(tǒng)提供低壓水、蒸汽或氮?dú)獾龋ㄟ^降溫通道進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)隔離氧氣、防止泄漏的油類結(jié)焦、沖走泄漏物、降低安全密封外側(cè)的溫度，對(duì)第二端面密封單元進(jìn)行保護(hù)。
[0016]本發(fā)明上述的密封裝置，通過分別對(duì)高溫、高壓介質(zhì)物料采取了降壓、降溫及補(bǔ)液等措施，不僅改善了端面密封部位的工況運(yùn)行條件，而且通過設(shè)置的第二端面密封單元的兩級(jí)密封的組合，滿意地適應(yīng)和解決了對(duì)高溫高壓介質(zhì)實(shí)現(xiàn)了可靠的密封，具有使用壽命長(zhǎng)和安全性高的優(yōu)點(diǎn)，