本實用新型涉及動靜壓組合式干氣密封結構設計領域，具體涉及一種帶有內置密封介質節流調控裝置的動靜壓組合式干氣密封結構，特別適用于低速或處于變工況條件的旋轉設備的軸端密封裝置。

(二)

背景技術：

干氣密封是一種旋轉型密封裝置，因為具有無液、低泄漏、環保、節能、長壽命的特點，研究人員試圖在更多的旋轉機器動密封中采用干氣密封。但經過實踐和理論分析發現，干氣密封的穩定性在很大程度上依賴于機組的轉速，這是因為干氣密封要求小間隙非接觸式運轉，而要形成所需的小間隙，必須要求被密封機組具有足夠高的轉速，否則，密封性能將下降，甚至無法正常工作。因為離心壓縮機的主軸轉速一般都比較高(10000r/min左右)，這就保證了干氣密封實現小間隙非接觸運轉的要求，所以干氣密封在此類機組中使用獲得了巨大的成功。但大多數旋轉設備存在頻繁啟停、轉速變化、壓力變化等變工況，這將影響干氣密封的密封性能，例如：會出現密封端面磨損、密封環碎裂等現象。對于如反應釜等低轉速機器，過低的轉速難以形成足夠的氣膜開啟力和剛度，無法保證密封的正常運轉。

針對上述問題，很多研究者提出干氣密封靜壓開啟技術，這種結構一般是在干氣密封靜環上開軸向靜壓孔，通以一定壓力的密封介質，在密封端面形成靜壓開啟力，從而使干氣密封在設備轉速很低的情況下仍有良好的密封性。國外如Chesterton公司很早就對低速旋轉設備如攪拌釜的軸封采用靜壓干氣密封結構(美國專利US5052694“Hydrostatic face seal and bearing”)，還有德國專利DE2444544“Contact free gas seal rings with gas barrier-have curved radial grooves to produce aerostatic axial force”，美國專利US5755817“Hydrostatic seal”、US8206083B2“Carbon hydrostatic face seal”和日本專利JP2002333022“hydrostatic gas bearing”均有公開報道，日本皮拉密封有限公司研制的氣體靜 壓型干氣密封(http://www.pillar.co.jp/pillar_eng/contents/product/44/product.html)和英國埃伊斯的流體動靜壓型壓縮機干氣密封(http://www.aesseal.com/)，近年來我國在靜壓干氣密封的性能研究與結構分析方面取得一定成就，如劉飛(“靜壓干氣密封研究”，2010)、劉婷(“淺談靜壓干氣密封的研制”，2011)、李蕾磊(“化工高壓設備靜壓干氣密封特性研究”，2011)、李雙喜(“動靜壓混合式氣體密封的特性分析”，2012)、王永寶(“靜壓式干氣密封國產化研究與應用”，2016)等也對機械密封的靜壓開啟技術進行了不同程度的研究，對密封靜環的節流孔位置、靜環端面的均壓槽深度等進行了優化設計。但是對于如何控制密封介質的壓力，減少泄漏量，提高干氣密封結構對轉速、壓力變化的適應能力，仍然存在許多關鍵問題需要解決。此外，目前國內外所采用動靜壓機械密封結構，一般都需要額外緩沖介質，這不僅增加了密封結構的復雜性，也提高了整個密封裝置的造價，而且密封介質壓力受到更多外在因素的影響。

利用干氣密封靜壓開啟技術，可以設計一套內置密封介質節流調控裝置，在不需要額外提供緩沖介質的情況下，既能保證有穩定的密封介質，又不增加密封結構的復雜性，密封介質壓力可以根據工況的變化進行調節，對壓縮機等高速旋轉設備和攪拌釜等低速設備都有廣泛的適用性。

(三)

技術實現要素：

本實用新型要克服現有技術的上述缺點，一種用于動靜壓型干氣密封的內置密封介質節流調控裝置，該內置密封介質節流調控裝置可以實現對干氣密封靜壓開啟力的控制并具有適應變工況特別是不同速度和壓力的能力。

本實用新型是通過以下技術方案來實現：

一種用于動靜壓型干氣密封的內置密封介質節流調控裝置，安裝在密封壓蓋27內，由軸向臺階通孔25、墊片2、彈簧5、閥芯6、頂桿11、螺母13、法蘭9組成。軸向臺階通孔25中加工有第一環形凸臺3和第二環形凸臺8，兩個凸臺之間形成第一封氣腔，法蘭9安裝在壓蓋27的大氣側且與軸向臺階通孔25同心，法蘭9與第二環形凸臺8之間形成第二封氣腔；第一封氣腔與密封腔20之間通過第一氣孔24連通，第二封氣腔與靜環背腔15之間通過第二氣孔14連通，封氣經由靜環背腔通過若干靜環節流孔19進入密封端面均壓槽22。閥芯6靠近墊片2的一端開有軸向盲孔，盲孔內安裝彈簧5，彈簧5位于閥芯6和墊片2之間， 閥芯外圓周面與第一環形凸臺內圓周上設置的第一密封圈4配合確保封氣無法進入閥芯彈簧側；閥芯另一端加工成楔形，楔形面與第二環形凸臺8形成節流口，楔形面端部安裝有頂桿11，頂桿11與法蘭9內設的第二密封圈10配合以防止封氣向外泄漏，頂桿另一端由螺母13支撐，螺母13安裝在法蘭9上并與軸向臺階通孔25同心。通過調節螺母13調節閥芯6在軸向位置，進而改變節流口的開度，實現干氣密封端面均壓槽內氣體壓力與流量的調控。

進一步，密封介質經過所述內置密封介質節流調控裝置分為兩路，一路經第一氣孔24流向密封腔20，另一路經第二氣孔14流向密封靜環背腔15。

進一步，所述靜環18端面上加工有均壓槽22，或所述動環23端面加工有均壓槽22，或所述靜環18和動環23的密封端面上均加工有均壓槽22。

再進一步，所述閥芯一端的楔形結構可以是錐形面、球形面、拋物面。

本實用新型所稱的徑向是指靜環或動環的徑向，本實用新型所稱的軸向是指靜環或動環的旋轉軸或平行于該旋轉軸的方向。

本實用新型具有以下有益效果：

本實用新型提供的帶有內置密封介質節流調控裝置的動靜壓機械密封裝置，采用了內置密封介質節流調控裝置，將密封介質分為兩路具有不同壓力的介質。一路通過壓蓋內通孔流向密封腔，為密封介質，一路通過壓蓋內通孔流向靜環背腔，通過靜環節流孔流向密封端面，為緩沖介質，形成靜壓開啟力。靜壓開啟力可以通過節流裝置的頂桿進行調節，頂桿的軸向位移改變節流口的節流面，進而改變兩路介質的壓差，進而適應壓力、轉速波動等變工況。頂桿位置不變，則兩路密封介質壓差不變，這樣既能保證有穩定壓力的密封介質，又不需要增加緩沖介質裝置，降低了密封結構的復雜性，密封介質壓力可以根據工況的變化進行調節，對透平泵、攪拌釜和壓縮機等旋轉機器設備都有廣泛的適用性。

(四)附圖說明

圖1為本實用新型帶內置密封介質節流調控裝置的動靜壓機械密封的整體結構示意圖。

圖2為本實用新型密封靜環端面的結構示意圖。

圖3為本實用新型密封動環端面的結構示意圖。

其中：

1—殼體；2—墊片；3—第一環形凸臺；4—第一密封圈；5—彈簧；6—閥芯； 7—進氣孔；8—第二環形凸臺；9—法蘭；10—第二密封圈；11—頂桿；12—法蘭螺紋孔；13—螺母；14—第二氣孔；15—靜環背腔；16—緊釘螺釘；17—推環；18—靜環；19—靜環內節流孔；20—密封腔；21—軸套；22—端面均壓槽；23—動環；24—第一氣孔；25—壓蓋內軸向臺階通孔；26—干氣密封彈簧；27—壓蓋。

(五)具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的技術方案進行詳細說明。

參照圖1至圖3，本實用新型用于動靜壓型干氣密封的內置密封介質節流調控裝置，安裝在密封壓蓋27內，由軸向臺階通孔25、墊片2、彈簧5、閥芯6、頂桿11、螺母13、法蘭9組成。軸向臺階通孔25中加工有第一環形凸臺3和第二環形凸臺8，兩個凸臺之間形成第一封氣腔，法蘭9安裝在壓蓋27的大氣側且與軸向臺階通孔25同心，法蘭9與第二環形凸臺8之間形成第二封氣腔；第一封氣腔與密封腔20之間通過第一氣孔24連通，第二封氣腔與靜環背腔15之間通過第二氣孔14連通，封氣經由靜環背腔通過若干靜環節流孔19進入密封端面均壓槽22。閥芯6靠近墊片2的一端開有軸向盲孔，盲孔內安裝彈簧5，彈簧5位于閥芯6和墊片2之間，閥芯外圓周面與第一環形凸臺內圓周上設置的第一密封圈4配合確保封氣無法進入閥芯彈簧側；閥芯另一端加工成楔形，楔形面與第二環形凸臺8形成節流口，楔形面端部安裝有頂桿11，頂桿11與法蘭9內設的第二密封圈10配合以防止封氣向外泄漏，頂桿另一端由螺母13支撐，螺母13安裝在法蘭9上并與軸向臺階通孔25同心。通過調節螺母13改變閥芯6的軸向位置，進而改變節流口的開度，實現干氣密封端面均壓槽內氣體壓力與流量的調控。

密封介質經過所述內置密封介質節流調控裝置分為兩路，一路經第一氣孔24流向密封腔20，壓力略有減小；另一路經第二氣孔14流向密封靜環背腔15，壓力經節流下降。

所述靜環18端面上加工有均壓槽22，或所述動環23端面加工有均壓槽22，或所述靜環18和動環23的密封端面上均加工有均壓槽22。由此產生的效果是使干氣密封結構可以在低速下或機器啟動期間快速開啟，通過旋轉螺母調節頂桿軸向位移可以調節流向靜環密封介質的壓力，適應變轉速工況。

所述閥芯一端的楔形結構可以是錐形面、球形面、拋物面。

本說明書所述內容僅僅是對實用新型構思的實現形式的列舉，本實用新型的保護范圍不應當被視為僅限于所陳述的具體形式，本實用新型的保護范圍也包括本領域技術人員根據本實用新型構思所能夠想到的等同技術手段。