阅读说明：本技术 密封布置结构 (Sealing arrangement ) 是由 阿尔内·赫格 于 2018-12-19 设计创作，主要内容包括：用于滑动叶片机的密封布置结构,该滑动叶片机用于对流体进行压缩或膨胀,该密封方法和密封布置结构用于使转子上的旋转平表面与机器壳体之间密封,以防止工艺流体在所述叶片机的内部容积与外部容积之间的流动,密封袋状件位于壳体端部处,并且密封袋状件朝着外部容积和内部容积的方向敞开,-组件,其布置成用于安装在所述密封袋状件中,所述组件包括：-活塞布置结构,以及-在所述活塞布置结构与所述平表面之间的密封轴承环；-流体供给管线,所述流体供给管线用于使加压的润滑流体通过所述壳体到达活塞腔,所述活塞布置结构还具有活塞流体通道,并且所述轴承密封环具有穿过所述轴承密封环的润滑导管,所述润滑导管与所述活塞流体通道相对应,-所述加压的润滑流体布置成用于使所述活塞移动成抵靠于所述密封轴承环,并且因此使所述密封轴承环移动成抵靠于所述密封表面,从而形成密封布置结构。(Sealing arrangement for a sliding vane machine for compressing or expanding a fluid, sealing method and sealing arrangement for sealing between a rotating flat surface on a rotor and a machine housing to prevent a flow of process fluid between an inner volume and an outer volume of the vane machine, sealing pockets being located at the housing ends and open towards the outer volume and the inner volume, an assembly arranged for mounting in the sealing pockets, the assembly comprising: -a piston arrangement, and-a seal bearing ring between the piston arrangement and the planar surface; -a fluid supply line for passing a pressurized lubricating fluid through the housing to a piston cavity, the piston arrangement further having a piston fluid passage and the bearing sealing ring having a lubrication duct passing through the bearing sealing ring, the lubrication duct corresponding to the piston fluid passage, -the pressurized lubricating fluid being arranged for moving the piston against the sealing bearing ring and thus the sealing bearing ring against the sealing surface, thereby forming a sealing arrangement.)

密封布置结构

技术领域

本发明涉及密封的技术领域。更具体地，本发明涉及用于滑动叶片机的密封布置结构，该滑动叶片机用作压缩机、膨胀器或泵。

背景技术

滑动叶片机包括转子和多个叶片，转子通常在筒形壳体中偏心地放置，多个叶片悬置在转子中并且依循筒形壳体中的内壁。滑动叶片机用于流体处理，并且通常包括：壳体，该壳体具有形成腔的内壁以及入口和出口，该入口用于供给工艺流体，并且出口用于输送工艺流体；转子，所述转子位于腔中，其中，转子的外部面与壳体的内壁之间的距离沿着旋转方向变化；以及叶片，叶片在转子中的向外指向的槽中可滑动，以用于在旋转期间相对于转子滑动以在转子的外部面与壳体的内壁之间延伸。在叶片、转子的外部面和壳体的内壁之间限定有封闭的或受限制的空间。由于转子的外部面与壁之间的距离沿着旋转方向变化，所以封闭的或受限制的空间的容积也沿着旋转方向变化。在操作期间，这些受限制的空间填充有工艺流体，受限制的空间的容积的变化导致工艺流体在转子周围的变化的流动。入口和出口的位置和形状适于提供工艺流体从入口向出口的流动。

转子的外部面与壳体的内壁之间的可变距离可以通过腔和转子两者来实现，该转子是圆柱形的并且转子偏心地安装在腔中。替代性地，腔可以具有其他形状，例如椭圆形。腔的两个端部由附接至壳体的端盖封闭。转子和叶片在轴向平行的方向上延伸穿过整个腔。

转子可以由外部驱动器驱动。然后，转子驱动叶片，并且叶片使工艺流体移动。在这种情况下，如果工艺流体是液体，则旋转叶片机用作泵，如果工艺流体是气体或两相流体、即液体和气体的混合物，则转子叶片机用作压缩机。在其他用途中，工艺流体可以驱动叶片，从而驱动转子，而转子可以进行对外做功。在这种情况下，如果工艺流体是液体，则旋转叶片机用作液压马达，如果工艺流体是气体或两相流体，则旋转叶片机用作膨胀器。

现有技术的一些示例可以在US3130673 A和US6273694B1中找到。

US 3130673 A描述了一种旋转叶片泵，在旋转叶片泵中，叶片在其狭槽中自由滑动，从而在旋转期间由于离心力而承靠于转子的内壁。此外，泵中的压力作用在叶片的内侧部上并将叶片朝向内部壁迫压。

US6273694B1描述了一种旋转活塞机，该旋转活塞机包括：具有腔的壳体；接纳在壳体中的转子，该转子具有转子轴线和外周表面；与所述腔连通的入口通道和出口通道；一个或更多个叶片，所述叶片在径向上以可滑动的方式接纳在转子中的狭槽中，每个叶片从壳体的内表面径向地延伸至转子轴线；以及至少一个工作室，所述工作室是腔的一部分，并且由壳体的内部面、转子的外周表面以及至少一个叶片的侧表面限定。每个叶片绕轴线铰接连接至控制臂的一端部，并且在另一端部以可枢转的方式轴颈连接在固定的轴身中，该固定的轴身具有中央轴线，该中央轴线与对中地延伸穿过壳体的腔的轴线重合，该轴线延伸成平行于转子轴线并且与转子轴线间隔开，并且转子完全地构成了用于动力输出或动力输入的单元。

对于所有旋转滑动叶片机，压力从入口到出口会变化。因此，在叶片上存在变化的压差，这导致作用在叶片上的切向力发生变化。通常，在旋转期间切向力的方向也会发生变化。

如果室的端部中的平表面是转子的一部分，则所述平表面将相对于壳体旋转，并且如果室的端部中的平表面是壳体的一部分，则转子将相对于表面旋转。这两个部件之间的接合面需要密封，以防止工艺流体泄漏。根据旋转滑动叶片机的实际使用要求，可以在叶片的外边缘处、在叶片的侧部处以及在转子的侧部处都设置密封件。存在几种不同类型的平面密封件的解决方案，其中，旋转和压力作用在一侧上。例如，经水润滑的密封环与水轮机一起用于平面轴密封件。还存在基于石墨迷宫式密封的平面密封件，该平面密封件在有水润滑或没有水润滑的情况下旋转并与抛光的钢密封表面接触。

US3964844A示出了一种流体静力装置，该流体静力装置用于自动地保持叶片泵的侧板与泵转子和凸轮环的邻近表面之间的基本恒定的间隙。这是通过将板的压力加载与板内侧部上的、靠近转子和凸轮环的静压轴承袋状件相结合来实现的，静压轴承袋状件通过受限制的通道连接至泵高压室。

US3751045A描述了一种泄漏密封件，其中，轴向可移动的密封构件安装在壳体内并且保持与另一可移动的密封构件略微分离，从而在两个密封构件之间保持微小间隙。轴向可移动的密封构件设置有配合面和后部面。作用在密封环的配合面和后部面上的压力的平衡使轴环与密封环之间保持正间隙。

WO2012036684A描述了一种包括散开式流动槽的密封系统，该散开式流动槽将来自高压区域的与每个顶点上连通的流体沿着散开式流动槽分离，以产生平衡的压力分布，该平衡的压力分布沿着径向在宽度方向上横过活塞环，该活塞环布置在同心的可旋转的内轴和外轴之间。

DE4221199A1示出了用于内轴旋转活塞发动机的密封系统。密封环的外表面压靠于壳体。密封环的侧表面在距槽壁一定的密封间隙距离处保持无接触，从而通过引导表面机械地确保密封间隙的最小宽度。

JPS6165084A示出了涡旋式压缩机中的静推力轴承，其中，在涡旋式压缩机的静压轴承部分与后表面之间的间隙被保持为与推力载荷无关的几乎固定的值，从而使涡旋式压缩机能够被支承在合适的状态下。输送管线中分离出的高压油通过节流阀被供给至定位在涡旋压缩机的后表面中的静压推力轴承。

JPS5710790描述了可移动元件，该可移动元件插入在叶片与侧板之间。当叶片沿旋转方向行进时，叶片室中、在高压侧处的压力作用在可移动元件的背侧部分上，以向可移动元件施加力。当在可移动元件与侧板之间形成动力立式止推轴承时，由于楔形油膜，由剪切力产生正压力对可移动元件施加力。以这种方式，尽管叶片的热膨胀，可移动元件与侧板之间的间隙可以始终保持为恒定值。

如US3964844A中所述，使用静液压润滑剂膜作为防止泄漏的屏障件的现有技术解决方案可以具有几乎为零的泄漏率，但是需要润滑剂稳定地流向密封件的两侧，以避免温度升高。为了使密封件正确地发挥作用，密封件与密封表面之间的液压压力必须高于工艺流体中的压力，该工艺流体被密封以防泄漏。否则，工艺流体可能将润滑剂按压成离开密封件与密封表面之间的间隙中，而造成两个不期望的后果：两个不期望的后果包括泄漏和密封件的干运行。密封件与静液压密封件中的密封表面之间的间隙通常小于在操作期间部件之间的正常的机械加工公差和运动，使得密封件需要在给定力的作用下被按压成朝向密封表面。该力需要等于所需的膜压力乘以密封件的有效支承面积。即使静压轴承和密封件的特征在于低摩擦，需要以大的有效面积对大密封件进行密封的力可能导致摩擦，该摩擦可能是机器的机械功率的很大一部分。如果以半径为250mm、有效面积为30,000mm²的密封件进行密封以抵抗2MPa的过程压力，则密封件上的力必须大于60kN。即使具有0.005的非常低的摩擦系数，该密封也会产生300N的摩擦力。如果密封的相对速度为30m/s，则这种类型的摩擦将导致每个密封件9kW的功率消耗。这种数量级的密封摩擦可能在大的水力涡轮机中是微不足道，但在压缩机或膨胀机中可能是显著的。

像US3751045A中描述的那样，迷宫式的现有技术解决方案通常具有低摩擦，但是泄漏率将高度取决于待密封的部件之间的间隙的宽度。在大型旋转叶片机中，由于压力分布、热膨胀和由于机器的正常加载引起的变形，表面可能移动。抵抗诸如高压蒸气或空气之类的气态介质的迷宫式密封件需要非常紧密的间隙以便使密封令人满意。

根据机械密封件的现有技术解决方案倾向于在超过0.5MPa的过程压力下和超过10m/s的相对速度下具有高摩擦和高磨损率。

另一现有技术解决方案是通常由石墨和/或其他纤维制成的对角编织的纤维衬垫，所述纤维垫片安装在槽中并压靠于密封表面。这种类型的一个示例是来自EagleBurgmann的衬垫Buraflex HT 2000。建议将这种类型的密封件用于通常在蒸汽膨胀机中存在的情况，以及在30m/s范围中的校对高的速度。然而，这种类型的密封件对密封间隙中的压力波动和变化敏感，并且难以同时获得低泄漏率和低摩擦。在测试中，蒸气压缩机中的这种类型的密封件已经表明密封件的使用寿命是不可预测的。

现有技术的解决方案通常被设计成用于围绕对称轴线的对称载荷，该对称载荷是围绕密封件的外周部的均匀流体压力。如果机器中的流体压力随角位置和时间而变化，例如在旋转叶片式压缩机或膨胀机中，则密封件上的压力所产生的合力将在径向方向上产生合力，该合力将导致在密封件的部件上的载荷。现有技术解决方案没有专门针对径向力的问题。

本发明是针对旋转叶片机的密封问题的解决方案，其中，本发明提供了由静液压轴承衬垫控制的迷宫式密封功能，并且提供了针对不均匀分布的径向压力和摩擦力的问题的解决方案。

在研究现有技术的密封解决方案中，已经发现的市面上可买到的密封件的主要缺点是，密封件不是针对旋转叶片机中的上述情况而研发的。

现有技术的密封解决方案中的许多密封解决方案取决于初始磨损，其中，材料从密封件沉积到密封表面上，改善了密封性性能并降低磨损率。在密封表面相对于密封件具有偏心运动的应用中，这种磨损以及随后的磨损率的降低不会发生，或者发生的程度较小。