本發(fā)明涉及用于密封往復式壓縮機的活塞桿的密封裝置，所述密封裝置包括：第一軸向裝置端部和相對的第二軸向裝置端部，所述第一軸向裝置端部被配置為朝向壓縮機的氣缸，所述相對的第二軸向裝置端部被配置為朝向壓縮機的曲軸箱；多個第一填充物保持器，每個保持器包括其中布置有第一填充物環(huán)的保持開口；第二填充物保持器，其包括其中布置有第二填充物環(huán)的保持開口，所述第二填充物保持器在密封裝置的軸向方向上被定位成比所述多個第一填充物保持器更靠近所述第二軸向端部，其中所述第二填充物環(huán)是未切割的環(huán)，包括連續(xù)的內周密封表面。本發(fā)明還涉及包括這種密封裝置的往復式壓縮機以及用于操作這種活塞壓縮機的方法。

背景技術：

1、在往復式活塞壓縮機中，密封裝置用于將氣缸中的壓縮腔分別密封在曲軸箱或定距塊上。這種密封裝置包括多個填充物保持器，這些填充物保持器通常以類似圓形板的方式形成，在每個填充物保持器中設置有保持開口。在每個保持開口中設置有填充物環(huán)，該填充物環(huán)在壓縮機操作期間與活塞桿的外周表面協(xié)作以形成密封屏障。在壓縮機的操作過程中，活塞桿主要在氣缸的軸向方向上相對于密封裝置執(zhí)行往復運動。通常使用由多段組成的填充物環(huán)。然而，這種分段的填充物環(huán)典型地僅在操作期間由壓縮室中的高壓和曲軸箱中的低壓之間的差壓來啟用，以便形成密封屏障。

2、然而，在壓縮機靜止時，這種分段環(huán)通常(至少部分)被停用。這是因為盡管仍存在一定的差壓，但當活塞桿在停機后冷卻時，分段環(huán)的密封表面不再與活塞桿的外表面相符。這主要是分段環(huán)和活塞桿具有不同熱膨脹的結果。因此，在冷態(tài)下，例如在環(huán)境溫度下，在分段環(huán)和活塞桿之間產生一定的間隙，這些間隙形成泄漏通道。

3、因此，在靜止時不能借助這種分段填充物環(huán)建立足夠的密封屏障。然而，這是不利的，因為在靜止時，包含在壓縮室內的氣體能夠在軸向方向上從壓縮室泄漏，在曲軸箱的方向上經過密封裝置，例如泄漏到定距塊中。雖然在一些情況下，例如，當使用空氣作為壓縮氣體時，這種泄漏是不成問題的，但當使用諸如易燃或有毒氣體的其他氣體時，可能導致各種問題。例如，壓縮易燃氣體(如天然氣)時，出于安全考慮，一方面需要防止泄漏，以避免在定距塊或壓縮機周圍環(huán)境中產生可能的易燃氣體。另一方面，由于環(huán)境的原因，也需要防止泄漏，因為任何溫室氣體泄漏到環(huán)境中都是不希望的，在某些情況下是被禁止的，或者至少是受限的。

4、在過去，開發(fā)了多種不同的方法來解決壓縮機靜止時的這種特殊泄漏問題。在us10,883,483b2中公開了一種密封裝置，其使用未分段的密封環(huán)，當通風管線中的閥關閉時，該密封環(huán)由于停機后的殘余差壓而被啟用。壓縮機操作時，閥打開并且密封環(huán)由于環(huán)上的差壓消失而泄壓。然而，雖然操作時接觸壓力較低，但環(huán)隨時與活塞桿接觸，導致未分段的密封環(huán)磨損過快。

5、此外，為了適用于壓力啟用，未分段的密封環(huán)需要由非常柔軟和彈性的材料制成。然而，與剛性材料相比，這種材料傾向于更快地磨損，并且也具有較低的耐受高壓或腐蝕性氣體的適應性。另外，閥的開啟和關閉需要與壓縮機的操作模式相關聯(lián)。然而，閥控制故障，例如，在壓縮機操作過程中閥關閉，將導致快速磨損，并且最有可能破壞密封環(huán)。這將導致不必要的氣體泄漏通過損壞的密封環(huán)并進入曲軸箱，因為由于閥關閉，不可能進行通風。雖然通風管線中包含的氣體被安全地處理，例如被送至燃燒裝置，但積聚在定距塊中的氣體通常未被處理，并且可能由于溫室氣體釋放到空氣中而導致爆炸性環(huán)境的形成和/或環(huán)境破壞。

6、ep?3?330?538?a1公開了一種用于備用密封件的不同方法。填料盒包括可充脹密封環(huán)，其由可膨脹材料制成并且選擇性地與加壓流體源流體連通。充脹時，密封環(huán)膨脹并與桿外表面形成密封界面。然而，啟用和停用的控制以及密封環(huán)的設計都相當復雜。此外，這種解決方案需要以壓縮介質形式的外部能量源，例如被發(fā)送到充脹密封件的氮氣。

7、us?4,469,017?a公開了一種包括特殊活塞的密封裝置，該活塞連接到壓力源以便軸向移動。當被啟用時，活塞使環(huán)在軸向方向上向柔性填充物環(huán)移動。在環(huán)和軸環(huán)上設置協(xié)作倒角，使得當環(huán)被移動時，軸環(huán)被環(huán)壓在活塞桿上以形成密封。然而，密封的結構和控制是非常復雜的，并且還需要壓力介質形式的外部能量源。此外，已知該發(fā)明不是很堅固，因為當可移動活塞縮回時，有時唇形密封件不從桿上分離，因此在壓縮機啟動時被不可修復地損壞。

技術實現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于密封往復式壓縮機活塞桿的密封裝置，該密封裝置在壓縮機靜止時提供良好的密封性能，該密封裝置具有簡單的結構，允許簡單的操作并且不需要外部能量源。

2、通過上述密封裝置實現(xiàn)的目的在于，所述第二填充物環(huán)由包括聚合物的材料制成，所述材料具有的熱膨脹系數(shù)是鐵的熱膨脹系數(shù)的至少兩倍，其中在限定的啟用溫度處或低于限定的啟用溫度時，所述第二填充物環(huán)的內徑小于要密封的活塞桿的外徑，使得在所述密封裝置安裝在壓縮機中的狀態(tài)下，所述第二填充物環(huán)在徑向方向上被預加應力，以便在所述第二填充物環(huán)的連續(xù)內周密封表面和所述活塞桿的外周表面之間形成緊密密封，其中在給定的操作溫度處，所述第二填充物環(huán)的內徑大于所述活塞桿的外徑，使得在壓縮機中的密封裝置的安裝狀態(tài)下，連續(xù)的內周密封表面與活塞桿的外周表面分離，以便在軸向上在第二填充物環(huán)的內周表面和活塞桿的外周表面之間提供泄漏路徑。

3、這允許第二填充物環(huán)的密封效果的自動熱依賴性啟用和停用。通過在壓縮機操作期間將第二填充物環(huán)和活塞桿之間的接觸壓力減小到零，第二填充物環(huán)的磨損也最小化。此外，由于第二填充物環(huán)的熱啟用，在壓縮機關閉時不需要在壓縮室中存在一定的殘余壓力。這允許本發(fā)明的密封裝置基本上應用于任何壓縮機應用中，而不管氣缸的吸入壓力如何。因此，它在吸入壓力低于環(huán)境壓力的情況下(如在真空壓縮機中)也能工作。另一方面，us10,883,483b2的密封裝置需要一定的氣缸壓力來啟用未分段的密封環(huán)，使得其不能在吸入壓力為環(huán)境壓力或更低的壓縮機上工作。

4、在優(yōu)選實施例中，第二填充物環(huán)的材料的熱膨脹系數(shù)至少為30x10-6k-1，優(yōu)選至少60x10-6k-1，特別是至少90x10-6k-1。發(fā)現(xiàn)30x10-6k-1及以上區(qū)域可提供適當?shù)呐蛎洝?/p>

5、操作溫度優(yōu)選為90℃或以上和/或啟用溫度優(yōu)選為80℃或以下，其中操作溫度和啟用溫度是活塞桿區(qū)域中的溫度，特別是活塞桿外周表面的溫度。這允許在靜止時具有良好的密封效果并且允許足夠的膨脹以將第二填充物環(huán)從活塞桿上拆下。

6、在優(yōu)選實施例中，所述第二填充物環(huán)具有第一軸向端部和相對的第二軸向端部，其中所述第二填充物環(huán)設置在所述第二填充物保持器的保持開口中，使得所述第一軸向端部朝向所述密封裝置的所述第一軸向裝置端部，并且其中所述第二填充物環(huán)包括u形截面、l形截面和矩形截面中的一者，所述u形截面包括在內桿和外桿，所述內桿和外桿在所述徑向方向上間隔開，其中所述第二填充物環(huán)的內周密封表面設置在內桿上，并且徑向外周表面設置在所述第二填充物環(huán)的外桿上，其中所述u形的開口在軸向方向上側朝向所述第二填充物環(huán)的所述第一軸向端部；所述l形截面包括軸向桿和徑向桿，其中所述第二填充物環(huán)的內周密封表面設置在所述軸向桿上，并且所述第二填充物環(huán)的徑向外周表面設置在所述徑向桿上，其中所述徑向桿設置在所述第二填充物環(huán)的第二軸向端部處；在所述矩形截面的情況下，多個開口設置在所述第二填充物環(huán)上，所述開口在每種情況下將所述第二填充物環(huán)的第一軸向端部與所述第二填充物環(huán)的外周表面連接。由此提供不同的優(yōu)選形狀，使得所述第二填充物環(huán)能夠靈活地適應不同的應用。

7、當所述第二填充物環(huán)具有u形輪廓時，優(yōu)選在所述外桿上設置多個開口，其中所述多個開口中的每個將所述u形填充物環(huán)的內部空間與所述第二填充物環(huán)的徑向外周表面連接，所述內部空間在所述第二填充物環(huán)的徑向方向上位于所述內桿和所述外桿之間，其中所述開口與相對軸向端間隔開。當提供開口時，多個開口優(yōu)選地包括多個細長孔或橢圓孔，其中每個細長孔或橢圓孔優(yōu)選地包括縱向軸線、第一孔端和在縱向軸線的方向上相對的第二孔端，其中第一孔端比第二孔端更靠近第一環(huán)端。優(yōu)選地，在第二填充物環(huán)的未安裝狀態(tài)下，內桿在軸向方向上的長度小于外桿在軸向方向上的長度。開口允許氣體流過第二填充物環(huán)。此外，開口在軸向方向上給予第二填充物環(huán)一定的柔性。這允許第二填充物環(huán)在第二填充物保持器的保持開口中的緊密設置，基本上獨立于軸向熱膨脹。

8、第二填充物環(huán)的材料優(yōu)選為纖維增強復合材料。這提高了第二填充物環(huán)的機械強度。另外，或替代地，第二填充物環(huán)的材料的聚合物優(yōu)選包括聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚醚酮、聚酰亞胺、聚酰胺中的至少一種。這些聚合物提供了足夠的剛度并且具有良好的摩擦學性能。

9、在優(yōu)選實施例中，密封裝置還包括支撐通道，所述支撐通道具有第一支撐通道端部、第二支撐通道端部和用于打開和關閉所述支撐通道的閥，所述支撐通道被構造為將從所述第一軸向裝置端部沿所述第二裝置端部的方向泄漏經過所述多個第一填充物環(huán)中的至少一個的氣體從所述第一支撐通道端部排放到所述第二支撐通道端部。雖然對于本發(fā)明不是必需的，但是支撐通道在壓縮機的操作期間增強了功能性。這是因為避免了在第二填充物環(huán)上相對大的壓降，這在操作期間在不提供支撐通道的情況下會發(fā)生。

10、根據(jù)優(yōu)選實施例，第一支撐通道端部連接到第二填充物保持器的保持開口，優(yōu)選在第二填充物環(huán)的徑向外側的區(qū)域中，或者第一支撐通道端部在密封裝置的軸向上位于相鄰的第一填充物保持器的第二填充物環(huán)和第一填充物環(huán)之間，或者所述多個第一填充物保持器包括至少兩個第一填充物保持器，其中第一支撐通道端部位于第一填充物環(huán)的鄰近第二填充物環(huán)的區(qū)域中，或者者在密封裝置的軸向上位于鄰近第二填充物環(huán)的第一填充物環(huán)和第一密封裝置端部之間。前兩個可替代方案提高了設計的靈活性，并且在功能上基本相同。第三個可替代方案在兩個方面都是有利的。一方面，這種構造允許鄰近第二填充物環(huán)的第一填充物環(huán)在壓縮機的關閉和第二填充物環(huán)的啟用之間的時間期間提供額外的密封，該密封由于用于熱啟用的必要時間而延遲。另一方面，與第二填充物環(huán)相鄰的第一填充物環(huán)上的壓降可用于冷卻第二填充物環(huán)，這加速了熱啟用。在后者中，特別優(yōu)選的是相應的第一填充物環(huán)包括金屬材料。

11、優(yōu)選地，所述閥包括可電控的致動器，所述致動器可由控制單元控制以打開和關閉所述閥。這允許打開和關閉支撐通道，例如通過壓縮機控制單元。

12、優(yōu)選地，所述閥還包括傳感器，所述傳感器被配置為生成代表所述閥的打開狀態(tài)的傳感器值。由此可以創(chuàng)建一個關閉的控制回路，例如，當閥仍處于關閉狀態(tài)時，允許壓縮機不被啟動。

13、在優(yōu)選實施例中，密封裝置還包括具有第一通風通道端部和第二通風通道端部的無阻礙的通風通道，通風通道被構造為將沿著第二軸向裝置端部的方向從第一軸向裝置端部泄漏經過第二填充物環(huán)的氣體從第一通風通道端部排放到第二通風通道端部。這提高了操作的安全性，因為即使在第二填充物環(huán)發(fā)生故障的情況下，也能夠防止氣體流入例如壓縮機的定距塊中，這可能會產生危險環(huán)境，例如可燃性環(huán)境。

14、優(yōu)選地，所述密封裝置還包括至少一個第三填充物保持器，所述至少一個第三填充物保持器包括其中布置有第三填充物環(huán)的保持開口，其中所述至少一個第三填充物保持器比所述第二填充物保持器更靠近所述密封裝置的第二軸向裝置端部。第三填充物環(huán)能夠進一步提高安全性，因為在第二密封環(huán)之后產生了額外的密封屏障。

15、當提供上述無阻礙的通風通道時，第一通風通道端部優(yōu)選地連接到第三填充物保持器的保持開口，優(yōu)選地在至少一個第三填充物環(huán)的徑向外側，或者第一通風通道端部在密封裝置的軸向上位于第二填充物環(huán)和第三填充物環(huán)之間。這允許氣體基本上自由流入排氣通道。

16、當提供無阻礙的通風通道和支撐通道時，無阻礙的通風通道的第二通風通道端部和支撐通道的第二支撐通道端部優(yōu)選地連接到共用排放通道，該共用排放通道能夠連接到排放空間，優(yōu)選地連接到處置系統(tǒng)。這允許單個處置系統(tǒng)用于來自支撐通道的氣體以及來自通風通道的氣體。這種情況下，支撐通道的閥當然只能打開/關閉支撐通道，而通風通道保持通暢。

17、在優(yōu)選的應用中，根據(jù)本發(fā)明的至少一個密封裝置優(yōu)選用于往復式活塞壓縮機中，該往復式活塞壓縮機包括多個氣缸，在每個氣缸中設置活塞，活塞以往復方式可移動。每個活塞都連接到活塞桿，其中對于所述多個氣缸中的至少一個氣缸，根據(jù)本發(fā)明的密封裝置被設置用于密封相應的活塞桿，其中密封裝置被設置為使得第一軸向裝置端部朝向所述氣缸并且第二軸向裝置端部朝向所述壓縮機的曲軸箱。如果壓縮機包括多于一個氣缸，則優(yōu)選對于每個氣缸設置根據(jù)本發(fā)明的密封裝置。

18、壓縮機優(yōu)選包括用于控制壓縮機的操作的壓縮機控制單元，其中控制單元還被配置為根據(jù)壓縮機的操作條件來控制支撐通道的閥的可電控致動器。通過這種方式，閥的打開/關閉能夠與壓縮機的操作條件相關聯(lián)。

19、在優(yōu)選實施例中，壓縮機包括被配置為檢測代表壓縮機的操作條件的傳感器值的操作條件傳感器，優(yōu)選地包括溫度傳感器或運動傳感器，其中支撐通道的閥的可電控致動器被配置為根據(jù)傳感器值來控制閥，或者其中控制單元被配置為根據(jù)傳感器值來控制閥的可電控致動器。這允許根據(jù)壓縮機的優(yōu)選條件打開/關閉閥。

20、優(yōu)選地，所述壓縮機還包括用于驅動所述壓縮機的驅動單元，其中所述壓縮機控制單元被配置為向所述驅動單元發(fā)送用于開始所述壓縮機的操作的啟動信號，并且向所述支撐通道的閥的致動器發(fā)送用于與所述啟動信號同時打開所述閥的打開信號，或者在所述啟動信號之前的預定或可調節(jié)的打開提前時間，其中所述打開提前時間優(yōu)選地在0至60秒之間的范圍內。附加地或替代地，控制單元優(yōu)選地被配置為向驅動單元發(fā)送停止信號以停止壓縮機的操作，并且向支撐通道的閥的致動器發(fā)送關閉信號以在停止信號的同時或者在停止信號之后的預定或可調的關閉延遲時間之后關閉閥，其中關閉延遲時間優(yōu)選地在0至120秒之間的范圍內。通過這種方式，閥的打開/關閉可以直接與驅動單元的啟動/停止相關聯(lián)。

21、本發(fā)明的目的還通過用于操作往復式活塞壓縮機的方法來實現(xiàn)，所述壓縮機包括多個氣缸，在所述多個氣缸中的每個氣缸中布置有活塞，所述活塞能夠以往復方式移動，其中每個活塞連接到活塞桿，其中對于所述多個氣缸中的每個氣缸，提供用于密封相應的活塞桿的密封裝置，所述密封裝置包括朝向各個氣缸的第一軸向裝置端部和朝向壓縮機的曲軸箱的相對的第二軸向裝置端部，其中所述多個密封裝置中的至少一個密封裝置包括多個第一填充物保持器，每個保持器包括其中布置有第一填充物環(huán)的保持開口，第二填充物保持器，所述第二填充物保持器包括保持開口，在所述保持開口中設置有第二填充物環(huán)，所述第二保持器在所述密封裝置的軸向方向上比所述多個第一填充物保持器更靠近所述第二軸向裝置端部定位，其中所述第二填充物環(huán)是未切割的環(huán)，所述未切割的環(huán)包括連續(xù)的內周密封表面，其中所述第二填充物環(huán)由包括聚合物的材料制成，所述材料具有至少兩倍于鐵的熱膨脹系數(shù)的熱膨脹系數(shù)，所述方法包括：從處于或低于限定的啟用溫度的靜止開始所述壓縮機的操作，其中在所述啟用溫度或低于所述啟用溫度的情況下，所述第二填充物環(huán)在徑向方向上被施加應力以在所述第二填充物環(huán)的所述連續(xù)的內周密封表面和所述活塞桿的外周表面之間形成緊密密封；操作所述壓縮機直到達到預定的操作溫度為止，其中在達到所述操作溫度時，所述第二填充物環(huán)的所述連續(xù)內周密封表面從所述活塞桿的所述外周表面a分離并且在所述第二填充物環(huán)的所述內周密封表面和所述活塞桿的所述外周表面a之間沿軸向提供泄漏路徑。

22、優(yōu)選地，該方法還包括以下步驟：停止壓縮機的操作直到靜止為止；冷卻所述壓縮機直到低于所述啟用溫度，其中在達到所述啟用溫度時，所述第二填充物環(huán)的所述連續(xù)內周密封表面附接到所述活塞桿的所述外周表面并且在所述第二填充物環(huán)的所述連續(xù)內周密封表面和所述活塞桿的所述外周表面之間形成緊密密封。

23、優(yōu)選地，所述至少一個密封裝置還包括支撐通道，所述支撐通道具有第一支撐通道端部、第二支撐通道端部和用于打開和關閉所述支撐通道的閥，所述方法還包括：在所述壓縮機開始操作的同時或者在所述壓縮機開始操作之前打開提前時間打開所述支撐通道的閥，其中所述打開提前時間優(yōu)選地設定為在0至60秒之間的范圍內，排出氣體，所述氣體從所述第一軸向裝置端部沿所述第二軸向裝置端部的方向泄漏經過所述多個第一填充物環(huán)中的至少一個，從所述第一支撐通道端部到所述第二支撐通道端部，在所述壓縮機停止操作的同時或者在壓縮機停止操作之后的關閉延遲時間之后關閉所述閥，其中所述關閉延遲時間優(yōu)選被設定為在0至120秒之間的范圍內。

24、優(yōu)選地，所述方法還包括：通過無阻礙的通風通道排出氣體，所述氣體在軸向方向上沿著曲軸箱的方向從所述氣缸泄漏經過所述第二填充物環(huán)。