本技术涉及机械密封，具体涉及一种空气储能压缩机用整体镶装式碳环密封装置。
背景技术：
1、碳环密封属于流阻型密封的一种，它是依靠密封间隙内的流体阻力效应来限制泄漏的。由于碳环密封的工作间隙一般不是定值，而是随摩擦发热状况自行调整的，故有“热自调间隙密封”之称。碳环密封主要用作风机、鼓风机、压缩机和离心机等轴封。其主要特点为：密封结构简单；密封安装容易，运行可靠，维护简单，检修方便；密封对轴的径向、轴向蹿动并不敏感，有稳定的密封性能；密封功率消耗低，发热轻微，耗气量小，泄漏量小，不需复杂的润滑、冷却等外系统，可达到很长的寿命；密封可以将多个碳环并列使用，组成多级碳环密封，能用于高压工况；密封能用于高速甚至超高速旋转流体机械。
2、从结构选型来讲，碳环密封分为分瓣式碳环密封和整体镶装式碳环密封。分瓣式碳环密封有碳环质量轻、浮动性好、结构简单的优点，但单级碳环承压能力有限，一般只适用于中低密封压力工况。对于空气储能压缩机，密封腔压力普遍较高，因此其轴端用碳环密封需要采用整体镶装式结构。对于整体镶装式碳环密封，由于采用整体碳环外径处镶装金属箍的结构，因此具有碳环强度高、单级碳环承压能力高的优点。但整体镶装式碳环的质量较重，浮动性较差。虽然可以通过设置轴向弹簧使其在密封接触端面产生的摩擦力来平衡碳环自重的影响，但整体镶装碳环的径向退让性不好。由于碳石墨环的线膨胀系数远远小于金属轴或轴套的线膨胀系数，为防止碳环在热态高速工作时出现抱轴现象，一般需要将冷态时的工作间隙设置较大，这样带来的问题是密封在静态时的泄漏量非常大，可能达到热态设计工况下泄漏量的数倍甚至数十倍，这取决于工作温度高低。
技术实现思路
1、本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种空气储能压缩机用整体镶装式碳环密封装置。
2、为了实现本实用新型之目的，本申请提供以下技术方案。
3、在第一方面中，本申请提供一种空气储能压缩机用整体镶装式碳环密封装置，空气储能压缩机包括设备腔体以及设置在设备腔体轴心处的主轴，所述碳环密封装置包括碳环腔体、固定在碳环腔体内部的碳环单元，所述碳环腔体固定在所述设备腔体内部，所述碳环单元包括碳环座组合以及安装在碳环座内部的多个整体镶装式碳环，所述碳环座组合以及整体镶装式碳环套设在主轴外部，所述整体镶装式碳环包括内部的石墨环以及设置在石墨环外部的箍，所述箍的材质为线膨胀系数与所述主轴的线膨胀系数接近的金属材料。本申请将整体镶装式碳环外部的箍的材质选择为线膨胀系数接近主轴的材料，因此，无论在什么温度下，整体镶装式碳环与主轴之间的间隙基本保持恒定。整体镶装式碳环密封工作时，随着主轴转速升高，密封腔温度会随着工作介质的温度逐渐升高，利用冷态时较大的碳石墨环镶装过盈量储存的能量，来补偿主轴受热膨胀引起的外径变化。石墨环材料为优质浸树脂碳石墨或浸锑碳石墨。
4、在第一方面的一种实施方式中，所述箍的线膨胀系数与所述主轴的线膨胀系数的差值占所述主轴的线膨胀系数的0～10％。
5、在第一方面的一种实施方式中，所述石墨环的内壁设有凹槽。当介质从主轴与整体镶装式碳环之间的间隙中泄漏时，会经过该凹槽，介质气体进入凹槽后会形成涡旋，能起到减小介质气体气压的作用，从而减少泄漏量。
6、在第一方面的一种实施方式中，所述整体镶装式碳环的轴向厚度为4～10mm，所述整体镶装式碳环的径向宽度为其轴向厚度的2～4倍。
7、在第一方面的一种实施方式中，所述箍的径向宽度为所述碳环径向宽度的1～3倍。
8、在第一方面的一种实施方式中，所述碳环座组合包括用螺钉固定在一起的多个碳环座分体，所述整体镶装式碳环固定在两个碳环座分体之间。
9、在第一方面的一种实施方式中，所述整体镶装式碳环与碳环座分体之间通过防转销固定。
10、在第一方面的一种实施方式中，所述整体镶装式碳环和碳环座分体之间设有弹簧。弹簧的作用有两个：第一，弹簧会将整体镶装式碳环压紧贴合在碳环座分体的侧壁上，形成密封面，减少气体泄漏量；第二，整体镶装式碳环贴合在碳环座分体上之后，两者之间会存在摩擦力，而这部分摩擦力能够抵消整体镶装式碳环的重力，从而减小整体镶装式碳环对主轴的压力，弹簧可以是圆柱形弹簧，也可以是锥形弹簧。
11、在第一方面的一种实施方式中，所述碳环腔体设有垫片和压盖，所述垫片设置在碳环腔体内部的尾端，所述压盖通过螺钉固定在碳环腔体的前端，所述碳环单元的前端和尾端分别被压盖和垫片夹持。
12、与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
13、(1)整体镶装式碳环采用整体镶装结构，内径处为整体石墨环，外径处为金属箍，整体径向结构为厚箍、薄环的结构形式，镶装碳环的箍材选用与轴或轴套线膨胀系数相近的金属材料，可有效补偿主轴受热膨胀引起的外径变化，从而使得整体镶装式碳环与主轴之间的间隙基本保持恒定，提高密封性；
14、(2)通过在整体镶装式碳环与碳环座之间设置弹簧，不仅可以提高密封性能，还能减小整体镶装式碳环对主轴的压力。
1.一种空气储能压缩机用整体镶装式碳环密封装置，空气储能压缩机包括设备腔体以及设置在设备腔体轴心处的主轴，其特征在于，所述碳环密封装置包括碳环腔体、固定在碳环腔体内部的碳环单元，所述碳环腔体固定在所述设备腔体内部，所述碳环单元包括碳环座组合以及安装在碳环座内部的多个整体镶装式碳环，所述碳环座组合以及整体镶装式碳环套设在主轴外部，所述整体镶装式碳环包括内部的石墨环以及设置在石墨环外部的箍，所述箍的材质为线膨胀系数与所述主轴的线膨胀系数接近的金属材料。
2.如权利要求1所述的空气储能压缩机用整体镶装式碳环密封装置，其特征在于，所述箍的线膨胀系数与所述主轴的线膨胀系数的差值占所述主轴的线膨胀系数的0～10％。
3.如权利要求1所述的空气储能压缩机用整体镶装式碳环密封装置，其特征在于，所述石墨环的内壁设有凹槽。
4.如权利要求1所述的空气储能压缩机用整体镶装式碳环密封装置，其特征在于，所述整体镶装式碳环的轴向厚度为4～10mm，所述整体镶装式碳环的径向宽度为其轴向厚度的2～4倍。
5.如权利要求4所述的空气储能压缩机用整体镶装式碳环密封装置，其特征在于，所述箍的径向宽度为所述碳环径向宽度的1～3倍。
6.如权利要求1所述的空气储能压缩机用整体镶装式碳环密封装置，其特征在于，所述碳环座组合包括用螺钉固定在一起的多个碳环座分体，所述整体镶装式碳环固定在两个碳环座分体之间。
7.如权利要求6所述的空气储能压缩机用整体镶装式碳环密封装置，其特征在于，所述整体镶装式碳环与碳环座分体之间通过防转销固定。
8.如权利要求6所述的空气储能压缩机用整体镶装式碳环密封装置，其特征在于，所述整体镶装式碳环和碳环座分体之间设有弹簧。
9.如权利要求1所述的空气储能压缩机用整体镶装式碳环密封装置，其特征在于，所述碳环腔体设有垫片和压盖，所述垫片设置在碳环腔体内部的尾端，所述压盖通过螺钉固定在碳环腔体的前端，所述碳环单元的前端和尾端分别被压盖和垫片夹持。
