旋转式压缩机干气密封

一.干气密封的结构原理

干气密封和机械密封基本相似，如图一所示，干气密封也有静环、动环、弹簧和辅助密封圈等，不同的是它的端面之间存在的是封气而不是封液，另外一个不同点在于干气密封的硬质合金端面上刻有一定深度的深的螺旋槽，如图二所示，因此，干气密封又称为气膜螺旋槽密封。

从结构上上看，干气密封端面主要由螺旋槽、密封堰和密封坝三部分构成，分别完成不同的任务：螺旋槽可以在不同的径向位置，因流体动压效应，产生不同的气膜刚度。资料介绍，当槽深在2~3μm时，气体到达螺旋槽末端时速度非常大，当达到音速1马赫时，能够产生声障，阻止泄漏，因此这种密封属于阻塞密封。由于在音速时气体粘度占主导地位，所以产生的气膜刚度非常强，能够保证运转过程中端面间隙持久稳定；在槽之间的平台称为密封堰，它阻止气体沿圆周方向流动，实现气流增压；密封坝又称为静密封带，在不同的转速，不同的宽度（rg-ri）条件下，促使螺旋槽产生足够的压力和保证密封在静止时不产生泄漏。

二.干气密封是如何受力

如图三所示。当轴启动前，首先供给一定压力的气体，当惰性气体进入螺旋槽后，其静压平衡掉轴封的弹簧预紧力。轴旋转后，气体由外边沿槽向内径方向流动，最终到达密封坝，气流受阻，产生流体动压，当其作用在动、静环上，便试图将其分开，形成端面开启力FO，端面间隙越小，流体受阻越强，气膜刚度越大，开启力也越大。当端面开启力FO和闭合力FC相等时，端面之间就能形成厚度在2~3um之间的具有一定刚度的气膜，实现非接触密封。

当外界原因引起动静环间隙变大时，气膜变厚，气体粘度变小，气膜刚度变弱，开启力变小，此时FO＜FC，在弹簧的作用下，摩擦副相对靠拢，回到平衡位置；当间隙变小时，气膜刚性增强，开启力变大，此时FO＞FC，克服弹簧力，又使得端面间隙恢复到正常工作间隙。因此干气密封有非常强的自平衡性。

三.干气密封端面型式主要有哪些，各有什么特点

1.图四所示其中b)所示槽型气膜刚度和泄漏量性能最佳，但静止时的漏量较大。

2.槽型d)、e)虽然实现一部分推力轴承的作用，但泄漏量没有明显的改善，因此只适用在推力较大的场合。

3.其后开发出的h)、I)、j)型加工困难都比较困难，但承载能力强，多用在宇航燃气轮机的轴封上。

4.随着科技的发展和加工技术的进步，目前应用最多的螺旋槽是图四f)所示的对数槽型，这种槽型动压效应最强，形成的气膜稳定性也最好，能够满足大多数化工流程动密封的要求。5.对于搅拌釜等低速设备，则需要使用图四g)所示的非等深新型槽，这种槽型在槽的入口处较深，由外向内逐渐变浅，并且在密封坝处各槽相通，它在0.2m/s的速度下就可以悬浮起来。

6.另外，经过反复的实验发现，如下图所示的“T”和“土”型槽可以实现双向运转，避免出现反转造成的端面损坏，也可以降低备件的储备量，静态条件下0.2MPA或者速度高于2m/s就能够形成气膜刚度强、性能稳定的密封。

四.干气密封有哪些特点

1.非接触：运转周期长，理论上永不磨损。

2.自平衡：有很强的自平衡性能，能够减缓外界冲击。

3.零泄漏：零泄漏不是不泄漏，而是将少量的泄漏安全处理，实现环境要求。

4.性价比高：从投资、运行费、维修费、占地等方面都优于湿式密封。

5.缺点：结构复杂，要求制造、安装精度高。此外，必须采用阻塞气（隔离气），并且需经精细的滤网过滤，否则，会影响使用寿命。

五.成套干气密封的组成

成套干气密封一般为双端面结构，主要有单端面、串联、面对面等结构。为降低密封副工作的苛刻程度，一般在端面之间和之外设置迷宫密封。

所以成套干气密封如下图所示，主要包括：磨擦副、补偿元件、辅助密封和传动元件四大部分。

由于成套密封质量有保证，安装简单，人为因素少，所以成为目前供应和使用的主流产品。

六.干气密封的辅助设施有哪些

1.密封气清洁系统：保证进入密封的气体干燥清洁。

2.压力控制系统：保证进入密封的气体压力流量稳定连续。

3.仪表测量、报警、保护系统：提供各参数的测量、传输、控制、报警、连锁。

4.阻塞气系统：保证环境零泄漏和保护密封。

5.隔离气系统：保护密封和密封润滑油。

七.干气密封系统使用时的几个应该避免的事项

1.反转。

2.启动压力不够。

3.隔离气没有投用就开始跑润滑油。

4.滤芯压差高而没有及时更换。

5.投用各气体时没有排静管路液体。

6.仪表系统有报警而没有消除。

7.相关的系统流程没有检查到位。

八.标准压缩机干气密封流程介绍

如下图所示：

1.密封气：工艺气体自压缩机出口经过缓冲罐稳压，经过精密过滤器过滤，经过调节阀后进入第一道干气密封腔，大部分的气体沿轴向经过迷宫密封进入机组，少部分的密封气经过干气密封端面后在经过流量限流后排放到火炬系统。

2.缓冲气：经过过滤的洁净干燥的惰性气体进入密封腔后，大部分经过迷宫密封汇合第一道密封泄漏出的气体排放到火炬，一少部分惰性气体混合极少量的泄漏的工艺介质经过第二道密封副，后进行高点放空。

3.隔离气（API中称为分离气）：清洁干燥的惰性气体进入密封腔的外侧，一部分经过迷宫密封后汇合缓冲气体泄漏部分进行高点放空处理。很少部分经过迷宫密封后进入到到轴承腔，密封润滑油，避免润滑油串入密封系统，也保证介质在环境的泄漏为零。

九.离心压缩机常用的密封方案比较

密封性能比较

项目

湿式密封

干式密封

蒸汽阻塞密封

密封结构

复杂

很复杂

简单

密封流体（油或气）

油易污染

气体，无污染

蒸汽，无污染

密封系统影响因素

电、水、气及自动系统

氮气、自动系统

蒸汽，无自动系统

使用温度

〈度

＜度

-度，比如烟机

使用压力

浮环密封不受限制

＜40MPA

＜0.3MPA

故障率

高

低

低

应用情况比较

项目

湿式密封

干式密封

蒸汽阻塞密封

安装维修

难

很难

容易

操作运行

麻烦

麻烦

方便

压缩机振动

对密封有影响

有影响

无影响

密封流体过滤

经10微米过滤

经2微米过滤

经40~60目过滤

占地面积

大

小

很小

经济性比较

项目

湿式密封

干式密封

蒸汽阻塞密封

投资费用

很高

稍高

低

密封件消耗能量

很高

低

低

密封系统消耗能量

很高

很低

低

维修费

高

低

很低

综合费用

高

低

低

十.干气密封的投用顺序：

1.检查各仪表连接、显示等是否正常。

2.系统压力达到要求值。

3.投用隔离氮气：先从安全地方将管道内部的积液排放干净，然后逐步打开流程上的阀门，将隔离气全线贯通。

4.投用润滑油系统。

当条件达到后，投用阻塞密封和干气密封时，注意对机组、管线等所有低点进行排液，避免任何液态物质进入密封系统。（干气密封系统如果有增压措施，则可以直接投用介质密封，保证达到要求的压差和流量即可。如果没有增压措施，则需要先期氮气代用，等机组达到正常转速后再切换到介质密封。）

5.投用后注意观察放火炬和放空的泄漏情况，观察各个测量点的参数是否在正常范围内（包括压力、流量变送器及开关），有无报警，检查各过滤器压差是否报警等。

6.开机。

6.1升速，升压（有时）。

6.2切换干气密封（针对不同的密封方案，有所不同）。