水蒸汽螺杆压缩机或膨胀机组合式密封系统的制作方法

1.本实用新型涉及水蒸汽压缩或膨胀处理技术，具体地指一种水蒸汽螺杆压缩机或膨胀机组合式密封系统。


背景技术：

2.目前，水蒸汽作为工业生产的副产品主要有两种利用方式：高品位的水蒸汽用来驱动螺杆膨胀机做功，进而带动发电机转动将膨胀功转化为电能；低品位的水蒸汽则先进入螺杆压缩机加压，以提高水蒸汽的品位，这样可以有效利用水蒸汽的气化潜热，提高能源利用率。
3.无论是水蒸汽的膨胀应用还是压缩应用，螺杆膨胀机、螺杆压缩机作为核心装置以其工况适应范围宽广、结构简单、可靠性高等特点，都占据着重要的地位。实际应用中，螺杆膨胀机和螺杆压缩机的结构基本相同，都是通过设置在主机体的转子腔内的阴转子和阳转子相互配合，实现水蒸汽的膨胀或压缩，只是水蒸汽在膨胀或压缩时的流向正好相反。
4.与传统的螺杆制冷压缩机组相比，螺杆膨胀机、螺杆压缩机不像前者那样存在润滑油与制冷工质的接触混合，也没有配置相应的油分离设备。传统的螺杆制冷压缩机组中，润滑油与制冷工质的混合物可以通过油分离设备进行处理，将润滑油分离出来后再循环利用，故不存在制冷工质与润滑油的密封问题。而螺杆膨胀机、螺杆压缩机是一种无油螺杆设备，确保其正常运行的关键技术在于水蒸汽与润滑油的隔绝密封结构，这对水蒸汽螺杆设备的可靠性有着极其重要的影响。
5.然而，现有螺杆膨胀机、螺杆压缩机的隔绝密封结构大都是设置在阴转子和阳转子轴伸处的普通机械轴封，其结构较为单一，密封性较差，无法满足螺杆膨胀机、螺杆压缩机长时间的运行要求，水蒸汽在动态膨胀或压缩过程中容易从主机体的转子腔泄露到上述轴伸处的润滑油中，导致油水混杂，润滑油使用寿命降低，螺杆膨胀机、螺杆压缩机运行稳定变差。
6.为了解决上述问题，本领域技术人员一直努力寻求能够有效解决螺杆膨胀机、螺杆压缩机中存在的水油密封问题，但至今为止尚未取得满意的进展。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的就是要提供一种结构简单紧凑、安装方便容易、密封效果良好、能够延长润滑油使用寿命、提高整机运行稳定性的水蒸汽螺杆压缩机或膨胀机组合式密封系统。
8.为实现上述目的，本实用新型所设计的水蒸汽螺杆压缩机或膨胀机组合式密封系统，包括压缩机或膨胀机的主机体、设置在主机体两端的高压侧端座和低压侧端座、以及设置在主机体内部且相互配合的阴转子和阳转子，所述阴转子和阳转子中间的螺旋段位于主机体的转子腔内，所述阴转子和阳转子两端的轴支撑段分别延伸至高压侧端座和低压侧端座的轴承孔中；其特殊之处在于：
9.所述阴转子和阳转子两端的轴支撑段呈两级阶梯轴结构，其内侧轴直径大于外侧轴直径；对应地，所述高压侧端座和低压侧端座的轴承孔呈两级阶梯孔结构，其内侧孔直径小于外侧孔直径；
10.所述轴支撑段的内侧轴与所述轴承孔的内侧孔之间设置有碳环密封装置；所述轴支撑段的外侧轴与所述轴承孔的外侧孔之间设置有旋转密封装置；
11.所述高压侧端座和低压侧端座的轴承孔上对应于碳环密封装置与旋转密封装置之间的位置沿径向开设有泄放孔。
12.作为优选方案，所述高压侧端座与主机体相结合的端面上设置有泄压槽，所述泄压槽与高压侧端座的轴承孔相连通。这样，可以降低主机体转子腔内高压水蒸汽对碳环密封装置的压力，有效阻止或延缓高压水蒸汽进入碳环密封装置。
13.进一步地，所述碳环密封装置包括安装在所述轴承孔的内侧孔中的碳环定位框架，所述碳环定位框架上嵌置有多道密封碳环，所述密封碳环与所述轴支撑段的内侧轴之间为旋转动密封配合结构。由于所述轴承孔的内侧孔与所述轴支撑段的内侧轴之间形成一个狭长环形空间，碳环定位框架上的多道密封碳环在其中能够沿轴向形成多层次密封，从而可以逐层衰减高压水蒸汽的压力，有效阻止高压水蒸汽穿越碳环密封装置。
14.更进一步地，所述旋转密封装置包括安装在所述轴承孔的外侧孔中的密封座和安装在所述轴支撑段的外侧轴上的密封套，所述密封座的内壁环槽中设置有唇形密封圈，所述唇形密封圈与密封套的外壁之间为旋转动密封配合结构。由于所述轴承孔的外侧孔与所述轴支撑段的外侧轴之间形成一个宽口环形空间，十分方便密封座和密封套的装配，且密封座和密封套在碳环密封装置外侧形成次级环形密封结构，加上设置唇形密封圈的迷宫效应，能够有效隔绝少量逸出碳环密封装置的低压水蒸汽，从而阻止低压水蒸汽与外侧的润滑油接触。
15.再进一步地，所述密封套的外壁上设置有螺纹槽，所述螺纹槽的旋向能够保证其在旋转过程中向主机体外施压。这样，随着阴转子和阳转子的旋转配合，密封套的外壁上的螺旋槽对润滑油产生泵送作用，能够阻止润滑油进入主机体的转子腔，从而避免其与水蒸汽接触。
16.还进一步地，所述密封座的内壁面上设置有软金属材料涂层，所述软金属材料涂层的涂覆范围与所述螺纹槽的轴向长度对应。这样，能够在密封座与密封套的密封面形成良好的贴合效应，大幅降低旋转运行中密封座、密封套及其螺纹槽的磨损，延长其使用寿命，增强密封效果。
17.与传统的普通机械轴封结构相比，本实用新型具有如下有益效果：其一，在阴转子和阳转子两端分级设置碳环密封装置和旋转密封装置，综合运用了多种密封结构，其中碳环密封、旋转密封、迷宫密封等结构有机结合在一起，能够形成了一个高效完整的密封体系，极大地提升了隔绝水蒸汽和润滑油的效果。其二，在高压侧端座和低压侧端座的轴承孔上开设泄放孔，能够引导少量逸出碳环密封装置的低压水蒸汽从泄放孔排出，避免水蒸汽在高压侧端座和低压侧端座中富集、凝结。其三，结合水蒸汽螺杆设备自身的运行特点，在高压侧端座与主机体相结合的端面上开设泄压槽，能够减小高压侧端座和低压侧端座两侧密封结构的压差，从而降低整个密封系统的工作负荷。其四，由于有效阻隔了水蒸汽进入润滑油循环系统，可大幅延长润滑油的使用寿命，提高水蒸汽螺杆压缩机或膨胀机运行的可
靠性。其五，整套组合式密封系统结构设计简单紧凑、安装方便快捷、密封效果良好，适于在各种水蒸汽螺杆压缩机或膨胀机上推广应用。
附图说明
18.图1为一种水蒸汽螺杆压缩机或膨胀机组合式密封系统的主视及局部剖视结构示意图。
19.图2为图1的纵向剖视结构示意图。
20.图3为图2的a部放大结构示意图。
21.图4为图1中高压侧端座的右视结构示意图。
22.图中各部件标号如下：高压侧端座1，主机体2，低压侧端座3，阴转子4，阳转子5，碳环密封装置6(其中：碳环定位框架6a、密封碳环6b)，旋转密封装置7(其中：密封座7a、密封套7b、唇形密封圈7c、螺纹槽7d、软金属材料涂层7e)，泄放孔8，泄压槽9。
具体实施方式
23.以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述，但该实施例不应该理解为对本实用新型的限制。
24.如图1～4所示，本实施例描述的水蒸汽螺杆压缩机或膨胀机组合式密封系统，包括压缩机或膨胀机的主机体2、紧贴安装在主机体2两端的高压侧端座1和低压侧端座3、以及安装在主机体2内部且相互旋转配合的阴转子4和阳转子5。其中，阴转子4和阳转子5中间的螺旋段位于主机体2的转子腔内，阴转子4和阳转子5两端的轴支撑段分别延伸至高压侧端座1和低压侧端座3的轴承孔中。其设计要点在于：
25.上述阴转子4和阳转子5两端的轴支撑段呈两级阶梯轴结构，其内侧轴直径大于外侧轴直径；对应地，上述高压侧端座1和低压侧端座3的轴承孔呈两级阶梯孔结构，其内侧孔直径小于外侧孔直径。
26.在上述轴支撑段的内侧轴与上述轴承孔的内侧孔之间形成的狭长环形空间中安装有碳环密封装置6。在上述轴支撑段的外侧轴与上述轴承孔的外侧孔之间形成的宽口空间中安装有旋转密封装置7。在高压侧端座1和低压侧端座3的轴承孔上对应于碳环密封装置6与旋转密封装置7之间的位置沿径向开设有泄放孔8。
27.在高压侧端座1与主机体2相结合的端面上开设有泄压槽9，泄压槽9与高压侧端座1的轴承孔相连通。
28.更具体地描述，上述碳环密封装置6包括安装在所述轴承孔的内侧孔中的碳环定位框架6a，碳环定位框架6a上嵌置有七道密封碳环6b，密封碳环6b与所述轴支撑段的内侧轴之间为旋转动密封配合结构。
29.上述旋转密封装置7包括安装在所述轴承孔的外侧孔中的密封座7a和安装在所述轴支撑段的外侧轴上的密封套7b，密封座7a的内壁环槽中安装有唇形密封圈7c，唇形密封圈7c与密封套7b的外壁之间为旋转动密封配合结构。
30.本实施例中，在密封套7b的外壁上还设置有螺纹槽7d，螺纹槽7d的旋向能够保证其在旋转过程中向主机体2外施压。在密封座7a的内壁面上设置有软金属材料涂层7e，软金属材料涂层7e的涂覆范围与螺纹槽7d的轴向长度对应。
31.本实用新型的工作和密封原理是这样的：水蒸汽进入螺杆压缩机或螺杆膨胀机的主机体2的转子腔后，由于阴转子4和阳转子5的啮合作用，水蒸汽被压缩压力逐渐升高或因做功压力逐渐降低，然后排出主机体2之外。在高压侧端座1和低压侧端座3的轴承孔与阴转子4和阳转子5两端的轴支撑段之间充有润滑油，以使机器正常运行。为了隔绝水蒸汽和润滑油，开设在高压侧端座1与主机体2相结合的端面上的泄压槽9，可以降低主机体2的转子腔内高压水蒸汽对碳环密封装置6的压力，阻止或延缓高压水蒸汽穿过碳环密封装置6。碳环密封装置6的七道密封碳环6b可以在所述轴支撑段的内侧轴上形成多层次密封，从而能够逐层衰减高压水蒸汽的压力，有效阻止其泄露。对于少量经过碳环密封装置6后逸出的水蒸汽，可以通过开设在高压侧端座1和低压侧端座3的轴承孔上的泄放孔8排出，以避免水蒸汽富集和凝结。并且，旋转密封装置7也可以对这部分逸出的水蒸汽形成新的阻隔。旋转密封装置7主要由密封座7a、密封套7b、唇形密封圈7c构成，密封座7a上设置的软金属材料涂层7e可以与密封套7b良好的密封面，密封套7b上设置螺纹槽7d可以随着阴转子4和阳转子5的旋转对润滑油产生泵送作用，阻止润滑油进入到主机体2的转子腔与水蒸汽接触。同时，唇形密封圈7c的迷宫式密封结构也能够最大限度地将少量逸出的低压水蒸汽与润滑油隔绝。
32.由于本实用新型的组合式密封系统始终处于动态密封中，各个密封部件与阴转子4和阳转子5两端的轴支撑段之间存在间隙，所以无法做到水蒸汽零泄漏，仍会有微量的水蒸汽与润滑油接触。但本实用新型所设计的组合式密封系统能够通过压力设计，将接触范围严格控制在高压侧端座1和低压侧端座3的轴承孔上的泄放孔8附近，排出这部分润滑油和水蒸汽，避免这部分油汽混合物再次进入润滑油循环，从而能够确保润滑油运行品质良好。
33.综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，能够综合运用多种密封结构，将碳环密封、旋转密封、迷宫密封等结构有机结合在一起，能够形成一个高效完整的密封体系；结合泄放孔的设计，能够避免水蒸汽在高压侧端座和低压侧端座中富集、凝结；结合泄压槽的设计，能够减小高压侧端座和低压侧端座两侧密封结构的压差，降低整个密封系统的工作负荷。这样，极大地提升了隔绝水蒸汽和润滑油的效果，进而提高了整机运行的稳定性。同时，本实用新型结构简单紧凑、安装方便容易、能够延长润滑油使用寿命，适于在各种水蒸汽螺杆压缩机或膨胀机上推广应用。
34.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。