專利名稱：用于高蒸汽壓液體的螺旋槽密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及防止液體流過設(shè)備例如泵的外殼沿軸周圍泄漏的密封，特別涉及用于含有高蒸汽壓液體，例如液化的碳?xì)浠衔餁怏w的密封和密封這種液體的方法。
過去是采用兩種類型的相間機(jī)械端面密封系統(tǒng)用于高蒸汽壓液體的密封，這些系統(tǒng)是“濕式”接觸型，必須在軸向兩相隔機(jī)械密封端面間用泵壓緩沖液體進(jìn)行冷卻。循環(huán)緩沖液(常用油)的系統(tǒng)包括泵，冷卻器和儲存器，這使裝置更加復(fù)雜并且花費(fèi)多。進(jìn)一步說，機(jī)械密封，甚至帶復(fù)雜的支持系統(tǒng)的，在泵壓液化輕碳?xì)浠衔飼r(shí)經(jīng)常僅能維持幾天。
眾所周知，端面機(jī)械密封的另一種型式，是干燥旋轉(zhuǎn)氣密封，在一個(gè)密封面上設(shè)有一系列的螺旋槽，它可以不用潤滑油，這種類型的密封被美國專利US-4212475所公開，該專利授權(quán)給Josef sedy，并轉(zhuǎn)讓給本人。這個(gè)專利的主題在此被參考編入。后一種類型的密封已經(jīng)用來解決氣體密閉度問題，在美國專利US4212475中，Sedy披露并保護(hù)了最佳的干式旋轉(zhuǎn)氣密封的參數(shù)。這些參數(shù)包括密封墻寬度比、槽深、槽的角度和平衡比。Sedy所描述的密封是針對已成氣態(tài)的液體并處于高壓之下的密封度。
本發(fā)明設(shè)法提供一種端面密封裝置，它特別適用于處理具有高蒸汽壓液體例如液化輕碳?xì)浠衔?Light hydrocarbons)的設(shè)備。這在部分上已由某種程度被忽視的傳統(tǒng)知識-冷卻相對密封面所完成。然而，密封用來使第一階段或組件的密封面之間的密封液體產(chǎn)生剪切熱?？梢韵噜忂@使液體產(chǎn)生變成氣體的相變，因此提供了一種密封能力。在任選的第二階段，干式旋轉(zhuǎn)氣密封也可以用來有效地密封冷化了的液體。
一般來說，槽表面的圓周長度相對于設(shè)置在槽面和公知的脊之間的無槽表面的圓周長度之比是一個(gè)設(shè)計(jì)密封表面的重要參數(shù)。這個(gè)脊/槽之比一般是1∶1。
在徑向方面，一個(gè)由槽和脊組成的環(huán)形帶，在密封面徑向邊形成一個(gè)槽部而在密封面的其它徑向邊部形成一光滑的、整個(gè)無槽的環(huán)形帶。密封墻部的徑向?qū)挾扰c槽部之比被稱之為密封墻寬度比。一般用在機(jī)械密封上的密封墻寬度比是1∶1。Sedy是在US-4212475中披露和規(guī)定的密封墻寬度比大致在0.5和0.8之間。
這些徑向和圓周的尺寸比對提供密封氣體的非接觸機(jī)械端面密封是足夠了。然而，在密封的液體例如蒸汽壓液體時(shí)需要特殊考慮。例如，液化天然氣在常溫常壓下是氣態(tài)的。在更高的壓力和更低溫度下，天然氣是液態(tài)的，在使用現(xiàn)有的機(jī)械端面密封和密封面設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)本發(fā)明通過增加天然氣穿過密封時(shí)的剪切熱進(jìn)行改進(jìn)。剪切熱升高液化天然氣的溫度，而且將它轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，這使密封更容易，而且泄漏更少。
在US-4889348中提出一個(gè)用于高蒸汽壓液體的端面密封機(jī)構(gòu)，該專利權(quán)授給Amundson，et，al并轉(zhuǎn)讓給本人。這個(gè)專利的主題在此文適當(dāng)處被參考編入。一種雙重密封組件系統(tǒng)，采用一個(gè)內(nèi)側(cè)逆流組件的一個(gè)外側(cè)順流組件，每安裝在軸上和機(jī)罩上，均已被Amundson.et.al提出。每個(gè)密封組件都有固定到機(jī)罩上的主環(huán)，和一個(gè)固定到軸上的配環(huán)。各環(huán)仍有相對的徑向延伸的密封面，其中一個(gè)密封面有復(fù)數(shù)個(gè)順流抽吸煙液槽，該槽從密封面的一個(gè)圓周延伸出來。逆流組件的密封環(huán)槽，其深度至少不超過大約100微英寸，所舉的第二或順流組件的槽，深度不小于逆流組件槽的深度。順流組件槽深不超過大約200微英寸。
本發(fā)明是一種機(jī)械端面密封和方法，其適用于處理液化輕碳?xì)浠衔锘蚱渌哒羝麎阂后w的設(shè)備。這通過使用是有逆流密封件和順流密封組件的密封裝置已實(shí)現(xiàn)。如在美國專利US-4889348中所描述的那樣，或者變換成單個(gè)組件系統(tǒng)，如美國專利US-4212475中所述那樣。由本發(fā)明所提供的改進(jìn)能夠適當(dāng)與這兩種中所述密封系統(tǒng)任意之一一起使用。
應(yīng)當(dāng)理解，雖然本發(fā)明能夠用一個(gè)單個(gè)組件構(gòu)成一密封裝置，但為安全起見，最好使用第二組件。此外，第二組件其環(huán)的槽深大于第一組件環(huán)的槽深，它為已被汽化并且密封在兩組件之間的腔室中的液體提供更精確的壓力調(diào)整。
本發(fā)明的目的是提供一種密封裝置，其密封面結(jié)構(gòu)能夠用密封面之間的氣膜密封高蒸汽壓液體，氣膜是通過密封面之間被密封的液體的剪切熱使液體產(chǎn)生相變而產(chǎn)生的。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種機(jī)械端面密封結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中一個(gè)環(huán)的一個(gè)密封面設(shè)置在槽中，這更易于生產(chǎn)并且不需目前所要求的精密度，而且所用密封面結(jié)構(gòu)成液-汽相變機(jī)械密封。
因此，本發(fā)明提供一種具有使高蒸汽壓液體例如液化天然所產(chǎn)生剪切熱的能力，以便在機(jī)械密封主環(huán)和配環(huán)的密封面之間產(chǎn)生氣膜的密封面結(jié)構(gòu)，用于液-氣相變的剪切熱增加了溫度，而且它是由密封面互相相對旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的。
本發(fā)明也提供一種用于螺旋槽機(jī)械端面密封系統(tǒng)的密封環(huán)，其中該密封環(huán)包括一個(gè)是有第一和第二圓形邊的徑向延伸的密封面和包括一些從密封面的第一圓形邊向內(nèi)延伸到位于第一和第二圓形邊中間的圓形分界線的順流抽吸螺旋槽，圓形分界線和第二圓形邊限定一具有一個(gè)沿中間分界線和第二圓形邊之間半徑截取的徑向?qū)挾鹊拿芊鈮Σ糠?。槽部分中的螺旋槽被一些設(shè)置在螺旋槽之間的脊隔開，各脊表面基本與密封環(huán)的密封墻部所限定的平面共面。槽和脊限定了槽的表面積和脊的表面積，而且脊的表面積相對于槽的表面積之比大于一個(gè)值。通過變換或結(jié)合。槽部對密封墻之比是大于一個(gè)值。
附圖簡要說明。


圖1是目前使用的雙重組件機(jī)械端面密封的一部分沿垂直中心線所取剖面的側(cè)視圖。
圖2是傳統(tǒng)密封環(huán)的局部剖側(cè)視圖。
圖3是本發(fā)明最佳實(shí)施例的一種密封環(huán)的側(cè)視圖。
圖4是本發(fā)明的另一實(shí)施例的密封環(huán)的側(cè)視圖。
圖5是本發(fā)明的又一實(shí)施例密封環(huán)的側(cè)視圖。
圖6是一個(gè)沿乙烷的等溫線繪制的壓力對焓的曲線圖。
圖1表示了一個(gè)根據(jù)US-4889348構(gòu)制的標(biāo)號為10的密封。這個(gè)密封設(shè)計(jì)用來密封在泵罩之內(nèi)的液化輕碳?xì)浠衔锘蚱渌哒羝麎阂后w例如液化天然氣(LNG)、液化石油氣(LPG)，其包括甲烷、乙烯、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷。泵罩指定為12，封閉泵腔14。軸16通過泵罩12的開口18延伸至大氣20之中。
一般來說，密封10有一個(gè)串聯(lián)的螺旋槽機(jī)械端面密封裝置，每一個(gè)都有安裝在罩和軸上的部分。密封一般類型見上述的美國專利US-4212475。串聯(lián)密封包括一個(gè)逆流或內(nèi)側(cè)密封組件和一個(gè)順流或外側(cè)密封組件24。兩者之間限定一個(gè)環(huán)形腔室25。每個(gè)密封組件有一對圓環(huán)，包括具有徑向延伸密封面28A，28B的主環(huán)26A、26B和具有與主環(huán)密封面28A、28B相對的徑向延伸密封面32A、32B的配環(huán)30A、30B、主環(huán)26A、26B通過保持架裝置固定到罩上。與此相似。配環(huán)30A、30B通過套筒裝置固定到旋轉(zhuǎn)軸16上。
套筒裝置包括一安裝到軸16上并通過驅(qū)動鍵或其它裝置(未畫)帶動旋轉(zhuǎn)的軸套34。軸套34被適當(dāng)?shù)难b置(未畫)固定到軸上，防止軸套作向外軸向運(yùn)動，一個(gè)O形密封環(huán)也設(shè)置在軸套34的法蘭上，在軸套和軸之間的密封。逆流密封組件22包括一個(gè)支撐件38，它是通過一個(gè)在轉(zhuǎn)動中被緊固環(huán)42夾住的環(huán)形拼合楔定位的。內(nèi)六角螺旋釘44把緊固環(huán)42和配環(huán)支撐件38聯(lián)結(jié)起來，以使拼合楔40壓向軸套34。銷46把配環(huán)30A聯(lián)到配環(huán)支撐件38上。O形密封環(huán)如圖所示設(shè)置在配環(huán)支撐件上，形成軸和配環(huán)支撐件之間的密封。
套筒裝置進(jìn)一步包括一有支撐法蘭50的隔套48，它通過銷46嚙合并驅(qū)動外側(cè)密封組件24的配環(huán)30B，再有，如圖所示O形密封環(huán)裝在法蘭50上，隔套48延伸到并鄰近配環(huán)30A的內(nèi)徑的徑向密封面32A相抵觸。因此，配環(huán)30A、30B和它們各自的支撐件38和50鎖定在軸套34的軸肩52和拼合楔40之間。
保持架裝置由用內(nèi)六角螺釘57連在一起的內(nèi)保持架54和外保持架56所組成。內(nèi)保持架54安裝了由主環(huán)26A，外保持件56類似地安裝了外主環(huán)26B。每個(gè)保持架有多個(gè)彈簧58和盤60，它們推動主環(huán)，使它與配環(huán)相接觸。盤60和彈簧58可使主環(huán)26A和26B沿軸做軸向運(yùn)動。O形密封環(huán)61在盤60和保持架54和56之間提供了第二個(gè)密封。
密封壓蓋62聯(lián)到罩12上，壓蓋是用螺釘安裝到罩上的(未畫出)。壓蓋有一個(gè)法蘭64與保持架56的外端面相接觸。保持架通過內(nèi)六角螺釘66聯(lián)到法蘭上。如圖所示，設(shè)置各個(gè)合適的O形密封環(huán)使壓蓋和罩12之間以及壓蓋和保持架54、56之間密封、一個(gè)孔道68與保持架56的開口70和腔室25相通?？椎?8可聯(lián)到火焰管或其它燃燒裝置上，用以處理通過逆流密封組件24的旋轉(zhuǎn)面的氣體可控制的量。這種氣體可以例如用于與所密封的裝置或?yàn)槠渌猛具M(jìn)行再壓縮的裝置相連的建筑物的加熱。
圖2表示根據(jù)美國專利US-4889348的指導(dǎo)，在主環(huán)或配環(huán)兩者之一上的相配密封面的一部分。為了說明，圖中所示的是配環(huán)30A的密封面32A。該密封面有一些橫過密封面32A部分寬度從外圓周向內(nèi)延伸的順流抽吸螺旋槽72。無槽表面74構(gòu)成一個(gè)密封墻，提供了在密封表面不進(jìn)行相互旋轉(zhuǎn)時(shí)的接觸靜態(tài)密封。密封面32B也具有類似的結(jié)構(gòu)。在軸不轉(zhuǎn)動時(shí)，受壓液體由于各環(huán)上密封墻74的接觸而密封。
在軸開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，槽72抽吸密封面之間的液體，使主環(huán)沿軸向做輕微的移動，一部分液體進(jìn)入所產(chǎn)生的間隙之中，這些液體在此間隙之中受到高的剪切應(yīng)力，使液體溫度上升并產(chǎn)生從液體到氣體的相變。順流密封組件是沿軸設(shè)置的第二屏障，使漏出的氣體被迫順孔道68排出，排出氣體可能按上面已述的方法進(jìn)行處理，若泄漏足夠低，如本發(fā)明可以達(dá)到的那樣，也可期望不用燃燒裝置，順流密封橫向泄漏小，可忽略不計(jì)。
美國專利-4889348的指導(dǎo)依賴于內(nèi)、外密封組件上的槽深，在密封是針對高蒸汽壓液體，例如輕碳?xì)浠衔飼r(shí)提供可接受的性能。特別是，所披露的逆流組件的槽深，基本上小于前面所提到的Sedy的美國專利-4212475中所規(guī)定的干式旋轉(zhuǎn)氣密封的最佳實(shí)施例中數(shù)值，所披露的槽深不超過100微英英寸。所披露的順流組件的帶槽環(huán)的槽深不少于逆流組件的槽深，但不超過200微英時(shí)。密封高蒸汽壓碳?xì)浠衔锏脑O(shè)備的最佳運(yùn)行參數(shù)和利用減少深度的槽的細(xì)節(jié)在上述已提到的美國專利-4889348中可以找到。
現(xiàn)參考圖3，密封環(huán)76有一與本發(fā)明的最佳實(shí)施例相關(guān)構(gòu)制的密封面78。密封面78與現(xiàn)有技術(shù)一樣密封住一個(gè)圓形環(huán)的相配表面(沒畫出)，而且其包括兩個(gè)圓形部分，一個(gè)有多個(gè)槽80和脊82的槽部，和一個(gè)有密封墻84的無槽密封墻部。槽部有一沿箭頭r，標(biāo)注為Dg的徑向尺寸，密封墻部有一標(biāo)注為Dd的徑向尺寸。形成密封墻部的密封墻有一相對環(huán)繞密封面的整個(gè)圓周的密封面78的平面一致的高度。本專業(yè)的熟練人員可以理解，密封墻部84不是由密封環(huán)的整個(gè)環(huán)形面橫向相配構(gòu)成的，但設(shè)置的軸套48覆蓋了密封墻84的一些部分。脊82和密封墻84的密封面為了高度平整進(jìn)行了拋光。
密封面78的槽部的徑向?qū)挾仍诃h(huán)繞密封面78的圓周上是一致的，對每個(gè)螺旋槽來說，圓周寬度Wg在密封面78的最外直徑處是一致的。每個(gè)脊82的圓周寬度We，當(dāng)在密封面78的最外直徑處測量時(shí)也是一致的。圓周寬度We和Wg，在向環(huán)76的中心距離減少時(shí)，測量兩者都減少，但尺寸比We/Wg(脊/槽比)在任何給定的半徑上都一致。這個(gè)比在徑向?qū)挾菵g的整個(gè)帶槽圓環(huán)范圍內(nèi)都是一致的。換句話說，We/Wg之比無論取在密封表面78的最大外徑處，還是取在槽部和密封墻部的分界線處都是相同的。
另一實(shí)施例，與槽80的密封面分界線具有不同于規(guī)則的分界線也是可以的。規(guī)則結(jié)構(gòu)的螺旋槽的一個(gè)重要特征是在兩密封之間的液體在彎曲方面上轉(zhuǎn)移。液體在非螺旋結(jié)構(gòu)中也能在密封的各密封面之間轉(zhuǎn)移，這是公知的。那么可以期望根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)將它們一起使用。在這方面應(yīng)該考慮密封面的槽部的脊面積和槽面積之比。
本發(fā)明的一個(gè)特征是增加脊/槽面積之比，可增加汽化密封的液體所必需的剪切熱。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，改變脊的表面積相對槽之比或改變脊的圓周寬度對槽部之比(We/Wg)，能夠使具有徑向延伸的密封面的密封環(huán)之間獲得更大或更小的間隙。與此相比，增加或減少密封墻的徑向尺寸與槽部之比在密封間隙上也有類似的效果。特別是圖3表示了具有這些尺寸的最佳之比的密封78。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，We/Wg之比為3∶1和Dd/Dg之比為3∶1時(shí)，對易揮發(fā)的，高蒸汽壓液體，例如液化天然氣可提供最佳密封間隙。可以相信，增加密封墻/槽之比(Dd/Dg)可提供更多的摩擦剪切熱，它比現(xiàn)有技術(shù)中的密封在液體被由外延伸向內(nèi)徑的槽抽吸時(shí)，可使更多的液體轉(zhuǎn)變成氣體。此外，增加脊槽比，提供更高的熱輸入用于液體相變，從而減少外徑處的液體泄漏量。更少的密封間隙，使通過逆流組件或內(nèi)密封組件的液體的泄漏減少，而且使其以更快的速度加熱液化天然氣相變。
雖然可以用于任何高蒸氣壓的液體，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的密封面用于液化天然氣工作最理想。具有所公開的脊/槽和密封墻/槽寬比的密封面能夠更全地汽化液化氣。也可以使用不同的圓周寬度和徑向尺寸比的其它密封面結(jié)構(gòu)，而其它結(jié)構(gòu)可以更適用于各種用途或高蒸氣壓液體。
例如圖4和圖5表示了另一密封面的實(shí)施例。除了相似結(jié)構(gòu)在圖4中用A表示，在圖5中用B表示外，圖4和圖5中數(shù)碼與圖3中所用的數(shù)碼表示同一結(jié)構(gòu)。
圖4表示一個(gè)具有密封面76A的密封環(huán)。其密封面上的脊82A的寬度與槽80A寬度之比(We/Wg)是1∶1，而密封墻84A與槽部之比是3∶1。與此相似，圖5表示一具有密封面76B的密封環(huán)，該密封面上的脊82B的圓周寬度相對槽80B的園周寬度之比(We/Wg)是3∶1或更大。而密封墻部84A相對槽部之比是1∶1。圖4和圖5中所示的實(shí)施例特別適用在提供所需剪切熱量的場合。
能夠計(jì)算出任何特定應(yīng)用所需剪切熱的量。這種計(jì)算乙烷情況的實(shí)例用高蒸汽壓液體的壓力-焓圖表示在圖6之中。焓的熱力分析，以每單位質(zhì)量的熱輸入量即BTV/165(252卡/磅)進(jìn)行計(jì)量，表示座標(biāo)即x軸上。壓力繪在共同座標(biāo)即y軸上，從大氣壓[14.7Psia(磅/英寸2)]起增加至400Psia(磅/英寸2)或以上。
很多高蒸汽壓液體在低壓加熱時(shí)，不能直接從液相轉(zhuǎn)變成氣相。這些液體需要輸入熱，特別是汽化潛熱，以便能夠產(chǎn)生相變。在圖6的乙烷實(shí)施中，在圖6中由所畫的區(qū)域100所表示的液態(tài)乙烷蒸發(fā)成氣相，由區(qū)域102表示。在低壓時(shí)，即低于大致400Psia(磅/英寸2)時(shí)，乙烷通過由分界線106所劃出的兩相區(qū)104。
在圖6中，為了說明起見，以實(shí)施的方式劃出一條在40°F時(shí)的等溫線108。對每個(gè)低于或高于40°F的溫度都能畫出等溫線，而對大部分來說，這些等溫線都是相互平行的。如圖6所示，把乙烷的溫度保持恒定在40°F，從在大約400Psia(磅/英寸2)的點(diǎn)110起減少壓力，增加焓，或是增加保持乙烷在大約40°F等溫所需熱量。
當(dāng)壓力減少時(shí)，等溫線108與分界線在液體區(qū)域100和兩相區(qū)域104之間相交。在交點(diǎn)112，材料(乙烷)的熱輸入(焓)的增加不能顯著地使壓力減少。因?yàn)橐彝樵趦上鄥^(qū)域內(nèi)經(jīng)受相變。提供給乙烷的熱輸入(焓)全部被相變吸收，而焓的增加被當(dāng)作為汽化潛熱。此處熱輸入量的計(jì)算，是從交點(diǎn)112到相對側(cè)的第二交點(diǎn)114，該點(diǎn)是等溫線108在氣相區(qū)102和兩相區(qū)104之間與分界線106相交之點(diǎn)。計(jì)算必須包括液體相變的量，它能夠從泄漏速度測出。
當(dāng)乙烷進(jìn)入單相的氣態(tài)區(qū)時(shí)，沿著等溫線108的壓力再次傾斜，直至達(dá)到大氣壓14.7Psia(磅/英寸2)的點(diǎn)116時(shí)為止。那么焓的變化可通過測定h2和h1之差來計(jì)算。
然而，在旋轉(zhuǎn)氣密封的實(shí)際應(yīng)用中，這些線不全是等溫的。如圖6所示，在汽化乙烷氣由于從外徑到內(nèi)徑泄漏而降壓時(shí)，導(dǎo)致溫度下降。溫度反向增加對保持氣體蒸發(fā)和流動是必需的。溫度上升使得由相對旋轉(zhuǎn)密封面所產(chǎn)生的連續(xù)剪切熱增加，所產(chǎn)生的平衡曲線用畫在圖6中的斷續(xù)線118表示。
所畫斷續(xù)線118在下斜至表示大氣壓的點(diǎn)120時(shí)，橫過等溫線。在點(diǎn)116和120之間存在一個(gè)焓差，但這個(gè)差顯不重要。只需要一個(gè)焓的附加量保證在乙烷接近密封的內(nèi)徑時(shí)乙烷全部汽化即可。這個(gè)被蒸發(fā)乙烷氣所吸收的焓也使密封具有冷卻能力。當(dāng)乙烷從密封面之間泄漏時(shí)，它是在熱態(tài)下跑掉的并帶走了旋轉(zhuǎn)密封所產(chǎn)生的過量熱。
本發(fā)明的主要考慮是提供密封面構(gòu)件的尺寸，該尺寸與密封的運(yùn)行參數(shù)一起，可提供相應(yīng)液體氣化點(diǎn)的液體溫度。所設(shè)計(jì)的密封能具有適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)，可獲得由剪切熱而得的熱輸入與汽化減壓熱的熱流失之間平衡溫度。一個(gè)熟練的工程師能夠計(jì)算具有最小的氣泄漏，同時(shí)為了冷卻保持液體連續(xù)汽化的平衡溫度。
第二個(gè)考慮是保證在密封面之間存在一足夠的間隙，以避免軸旋轉(zhuǎn)時(shí)密封環(huán)之間的接觸，也避免產(chǎn)生能夠損壞密封元件高溫的過多的剪切熱。減少密封間隙同時(shí)增加了由于剪切熱產(chǎn)生的液體相變成氣體的量，從而使密封面之間的氣體壓力更高。壓力的增加產(chǎn)生更強(qiáng)的無摩擦薄膜，對密封面之間的液體或氣體的泄漏來說，這增加了一個(gè)更大的障礙。增加密封墻寬度比(密封墻與槽之比Dd/Dg)可進(jìn)一步增加對泄漏的障礙能力。
在最佳實(shí)施例中，配環(huán)30是由碳化鎢(tungsten Carbide)制成的，變形最小，同時(shí)主環(huán)26是用碳精制成。碳精這種材料是一種能與碳化鎢(tungsten carbide)的配環(huán)很好配合運(yùn)轉(zhuǎn)的材料，而且具有明顯低的楊式彈性模量，使密封在壓力分布不均產(chǎn)生局部壓力異常情況下也能對準(zhǔn)。本領(lǐng)域中熟練人員也懂得固定的主環(huán)26可由硬面材料例如碳化鎢制成。其它變換，例如把螺旋槽設(shè)置在固定環(huán)上或采用不同的制環(huán)材料例如陶瓷都是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)的。
最佳實(shí)施例包括如圖3所示的螺旋槽，其具有上面所討論的密封平面的各尺寸。應(yīng)進(jìn)一步考慮螺旋槽的深度和對圓周上切線所成的角度，必須采納它們以增加所需密封特性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)從大約25微英寸到大約300微英寸深的淺槽工作最好。最理想的是淺槽顯著提高主環(huán)面的剪切熱并且使密封面之間具有大約50到100微英寸的間隙。
最佳實(shí)施例進(jìn)一步具有相對外徑圓周或某一角度的槽。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，角度的范圍是在相對切線成10°到30°之間。最佳實(shí)施例的角度大致是15°。根據(jù)上述最佳實(shí)施例說明的密封已成功地用于LNG(液化天然氣)電泵站。該泵在400Psia(磅/英寸2)、3600rpm、125°F。2-7/8英寸軸徑，液體是50.5分子重和161°F時(shí)390Psia(磅/英寸2)的蒸汽壓條件下運(yùn)行。
可以期望使用串聯(lián)密封系統(tǒng)，例如公開在美國專利-4889348中的，可進(jìn)一步防止天然氣從密封腔中泄漏。從第一密封組件泄出的氣體通過孔68(圖1所示)，可進(jìn)一步利用或在火焰中燒樣。第二密封組件24作為一個(gè)干式旋轉(zhuǎn)氣密封運(yùn)行。而且具有先前所得到的現(xiàn)有技術(shù)中所敘常規(guī)參數(shù)。利用了本發(fā)明的密封面結(jié)構(gòu)的串聯(lián)裝置的凈效應(yīng)是防止泄漏并增加了處理液化天然氣時(shí)的安全檢測。逆流密封組件密封了被加熱的通過密封面28A和32A并將其轉(zhuǎn)變成氣體的液體量，而外測成順流密封組件密封了液體的氣相的過多泄漏。
一經(jīng)理介本發(fā)明的教導(dǎo)，其它的密封結(jié)構(gòu)將會變得顯而易見?？梢云谕谀承?yīng)用中僅用了一個(gè)組件，例如逆流組件22。通過密封面28A和32A的汽化液體放入大氣之中。
對本領(lǐng)域熟練的人來說，為某種特殊液體而對這些比例進(jìn)行優(yōu)化的其它考慮是會想到的。例如圖3表示了高壓側(cè)的密封，在該側(cè)有液體，并有在密封面的外徑處的帶槽圓形面82，以及其內(nèi)徑處在大氣側(cè)。在外徑處的密封墻84具有相反結(jié)構(gòu)也是可能的，而且允許加壓氣體在內(nèi)徑處，大氣在外側(cè)。
換句話說，圖3～5中所示密封是在密封構(gòu)件的外徑處密封著加壓液體的。然而，本發(fā)明的原理可以用于相對旋轉(zhuǎn)密封面的內(nèi)徑處進(jìn)行高壓密封。
雖然說明書和附圖表示了本發(fā)明的最佳形式，但可以認(rèn)識到能夠做出不脫離本權(quán)利要求保護(hù)范圍的變形。因此，說明書和附圖不能用限制意義來看而應(yīng)以可能實(shí)現(xiàn)的意義來看。本發(fā)明僅限定在由下列權(quán)利要求規(guī)定的范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種密封環(huán)，用于帶螺旋槽的機(jī)械端面密封系統(tǒng)，密封系統(tǒng)用于密封穿過機(jī)罩的旋轉(zhuǎn)軸，防止高蒸汽壓液體的泄漏，并包括間隔的逆流和順流組件。所述逆流組件包括將所密封液體變相的裝置，其包括固定到機(jī)罩上的一個(gè)主環(huán)和固定到旋轉(zhuǎn)軸上的一個(gè)配環(huán)，密封環(huán)包括一具有第一和第二圓形邊的徑向延伸的密封面并包括一些順流抽吸螺旋槽，這些槽從密封面的第一圓形邊向內(nèi)延伸到第一和第二圓形邊中間的圓形分界線，圓形分界線和第一圓形邊限定一個(gè)具有在徑向方向上截取所述分界線和第一圓形邊之間的徑向?qū)挾鹊牟鄄糠?，并且圓形分界線和第二圓形邊限定一個(gè)具有沿所述第二圓形邊和所述中間線之間直徑所取的徑向?qū)挾鹊拿芊鈮Σ糠郑谒龅牟鄄康乃雎菪?，被設(shè)置在所述螺旋槽之間的一些脊隔開，脊的表面基本上在與所述密封環(huán)的密封墻部分所限定的平面共面。限定了槽表面積脊面積的槽和脊，以及脊的表面積相對槽表面積之比大于某一值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述密封環(huán)，其中脊的整個(gè)表面積相對于槽的表面之比是從大約1.5到大約8.0。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的密封環(huán)，其中整個(gè)脊的表面積對整個(gè)槽的表面積之比是大約2.5到3.5范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述密封環(huán)，其中所述的比大致是3.0。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封環(huán)，其中所述密封墻部的徑向?qū)挾认鄬τ谒霾鄄康膹较驅(qū)挾戎仁谴笥?。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的密封環(huán)，其中所述密封墻部的徑向?qū)挾认鄬τ谒霾鄄繌较驅(qū)挾戎仁菑拇蠹s1.5到大約8.0。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的密封環(huán)，其中所述密封墻部的徑向?qū)挾认鄬λ霾鄄康膹较驅(qū)挾戎却笾率?.0。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的密封環(huán)，其中密封墻的徑向?qū)挾认鄬τ诓鄄康膹较驅(qū)挾戎却笾率?.0。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的密封環(huán)，其中密封墻部的徑向?qū)挾认鄬τ诓鄄康膹较驅(qū)挾戎却笾率?.0。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述密封環(huán)，其中該螺旋槽是對稱地圍繞所述密封面的圓周設(shè)置的，并且每個(gè)所述脊的圓周尺寸相對于每個(gè)所述槽的圓周尺寸之比大于某一值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的密封環(huán)，其中每個(gè)所述的脊的圓周尺寸相對于每個(gè)所述槽的圓周尺寸之比大致是在1.5和8.0之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的密封環(huán)，其中所述的比大致是3.0。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的密封環(huán)，其中密封墻部的徑向?qū)挾认鄬τ诓鄄康膹较驅(qū)挾戎却笥谀骋恢怠?br> 14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的密封環(huán)，其中密封墻部的徑向?qū)挾认鄬τ诓鄄康膹较驅(qū)挾戎却笾率菑?.5到8.0。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的密封環(huán)，其中密封墻部的徑向?qū)挾认鄬τ诓鄄康膹较驅(qū)挾戎却笾率?.0。
全文摘要
一種密封系統(tǒng)，用于機(jī)罩和旋轉(zhuǎn)軸間，防止高蒸汽壓液體的泄漏。將橫穿第一密封組件的液化碳?xì)浠衔镆后w產(chǎn)生相變。如此形成的氣體被第二密封組件密封。密封系統(tǒng)有多個(gè)螺旋槽，密封組件安裝在軸和機(jī)罩之間。各密封組件有一主環(huán)和配環(huán)。組件限定一中間腔室，各環(huán)有密封面，一個(gè)密封面上有順流抽吸螺旋槽。逆流組件的槽有一逆軸旋轉(zhuǎn)方向，其式樣的脊/槽表面積之比大于某一值。密封墻部相對于槽部的表面積也最好大于某一值。
文檔編號F16J15/34GK1060345SQ91105629
公開日1992年4月15日 申請日期1991年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月17日
發(fā)明者賴維堂, G·G·佩希特 申請人:約翰起重機(jī)有限公司