干氣密封的特性及主要工作原理

摘要 介紹了干氣密封的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)及工作原理，分析了影響干氣密封性能的主要參數(shù)。

關(guān)鍵詞 干氣密封；結(jié)構(gòu)及工作原理；主要參數(shù)

中圖分類號(hào) TH 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)051-0214-01

1 干氣密封概述

早在20世紀(jì)60年代末期，奠定在氣體動(dòng)壓軸承應(yīng)用的基礎(chǔ)上，干氣密封發(fā)展起來(lái)，并成為一種全新的非接觸式密封。該密封利用流體動(dòng)力學(xué)原理，通過(guò)在密封端面上開設(shè)動(dòng)壓槽而實(shí)現(xiàn)密封端面的非接觸性運(yùn)行。最初，采用干氣密封形式，主要為了改善高速離心壓縮機(jī)的軸封問題。由于密封采取非接觸性的運(yùn)行方式，因此其密封的摩擦副材料基本不會(huì)受到PV值的任何影響，尤其在高壓設(shè)備、高速設(shè)備中應(yīng)用，具有良好前景。隨著我國(guó)密封技術(shù)的飛速發(fā)展，再加上干氣密封的廣泛應(yīng)用，徹底解決了困擾高速離心壓縮機(jī)運(yùn)行中的軸封問題，密封使用壽命及性能都得到了很大提高，為機(jī)組穩(wěn)定，長(zhǎng)周期運(yùn)行提供了保證，因此該技術(shù)的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，凡使用機(jī)械密封的場(chǎng)合均可采用干氣

密封。

2 干氣密封與機(jī)械密封性能比較

機(jī)械密封是一種傳統(tǒng)的密封型式，其特點(diǎn)是密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，加工精度要求不太高。其缺點(diǎn)是泄漏率高，故障頻發(fā)。

干氣密封是目前最先進(jìn)的一種非接觸密封型式，與傳統(tǒng)的機(jī)械密封形式相比較，采用干氣密封技術(shù)，主要具備以下優(yōu)勢(shì)：

1）采用干氣密封技術(shù)，可有效提高密封的質(zhì)量與使用時(shí)間，確保設(shè)備安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

2）采用干氣密封技術(shù)，能源消耗

較小。

3）干氣密封技術(shù)應(yīng)用到的輔助系統(tǒng)較為可靠，操作簡(jiǎn)單，在使用過(guò)程中不需要任何維護(hù)手段。

4）采用干氣密封技術(shù)，泄漏量較少，應(yīng)用效果良好。

3 干氣密封工作原理

一般來(lái)講，典型的干氣密封技術(shù)，包含了靜環(huán)、動(dòng)環(huán)（旋轉(zhuǎn)環(huán)）、副密封O形圈、靜密封、彈簧和彈簧座等。靜環(huán)位于彈簧座內(nèi)，用副密封O形圈密封。彈簧在密封無(wú)負(fù)荷狀態(tài)下使靜環(huán)與固定在軸上動(dòng)環(huán)（旋轉(zhuǎn)環(huán)）配合，如圖1所示。

這類密封與機(jī)械密封的區(qū)別在于，它是一種氣膜潤(rùn)滑的流體動(dòng)、靜壓相結(jié)合的非接觸式機(jī)械密封。動(dòng)環(huán)與靜環(huán)配合表面具有很高的平面度和光潔度，通常在動(dòng)環(huán)表面上加工有一系列的特種槽。隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，氣體被向內(nèi)泵送到槽的根部，根部以外的無(wú)槽區(qū)稱為密封壩。密封壩對(duì)氣體流動(dòng)產(chǎn)生阻力作用，增加氣體膜壓力。配合表面之間產(chǎn)生的壓力，使靜環(huán)表面與動(dòng)環(huán)脫離，保持一個(gè)很小的間隙。當(dāng)由氣體壓力和彈簧力產(chǎn)生的閉合壓力與氣體膜的開啟壓力相等時(shí)，便建立了穩(wěn)定的平衡間隙。

在有效確保動(dòng)力平衡的基礎(chǔ)上，密封中產(chǎn)生的作用力狀況，如圖2所示。

閉合力Fc，即彈簧力與氣體壓力之間的總和。其中，開啟力Fo通過(guò)端面之間分布的壓力，對(duì)端面的面積形成積分。在平衡狀態(tài)下，F(xiàn)c=Fo；其中運(yùn)行的間隙約3微米。如果由于受到干擾作用，造成密封的間隙逐漸降低，此時(shí)端面之間的壓力就會(huì)有所升高，此時(shí)Fc＞Fo，端面之間的間隙也會(huì)有所降低，則密封就會(huì)達(dá)到一種全新平衡狀態(tài)。通過(guò)該機(jī)制的運(yùn)行，可在動(dòng)環(huán)組件與靜環(huán)組件之間形成較為穩(wěn)定的氣體薄膜，在一定的動(dòng)力條件下，可實(shí)現(xiàn)端面之間的平衡狀態(tài)，同時(shí)由于彼此分離、沒有接觸，因此不容易造成磨損，極大延長(zhǎng)使用壽命。

干氣密封的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)被密封介質(zhì)的不同、介質(zhì)壓力的不

同及工作轉(zhuǎn)速的不同又可分為單端面干氣密封、雙端面干氣密封及串聯(lián)式干氣密封。

美國(guó)某公司從20世紀(jì)60年代末即開始研究干氣密封技術(shù)， 到80年代已經(jīng)完全達(dá)到實(shí)用化的程度，目前有不少外國(guó)公司可生產(chǎn)此類密封，并一度壟斷了我國(guó)干氣密封市場(chǎng)。而現(xiàn)在隨著我國(guó)一些民族工業(yè)的崛起，我國(guó)已生產(chǎn)出了處于國(guó)際領(lǐng)先水平的干氣密封產(chǎn)品，并已在國(guó)內(nèi)許多石油化工企業(yè)中得到推廣應(yīng)用。

4 影響干氣密封的相關(guān)參數(shù)

有關(guān)干氣密封技術(shù)的運(yùn)行技能，主要集中于密封運(yùn)行的穩(wěn)定性及使用壽命方面。而氣膜的厚度參數(shù)，將對(duì)干氣密封的泄漏量產(chǎn)生直接影響，即在干氣密封技術(shù)運(yùn)用過(guò)程中，會(huì)在密封面形成諸多間隙。一般情況下，對(duì)干氣密封的性能產(chǎn)生影響的主要參數(shù)為密封操作參數(shù)與密封結(jié)構(gòu)參數(shù)兩種形式。具體分析如下。

4.1 密封操作參數(shù)

1）密封直徑、轉(zhuǎn)速的影響作用。經(jīng)大量實(shí)踐表明，密封的直徑作用越大，則轉(zhuǎn)速越高；密封的環(huán)線速度越快，則干氣密封形式產(chǎn)生的泄漏量就越多。

2）密封氣壓的影響作用。一般情況下，如果存在干氣密封的工作間隙，則其中壓力越大，發(fā)生氣體泄漏的可能性就越大。

3）工作介質(zhì)溫度、粘度的影響作用。有關(guān)工作介質(zhì)溫度產(chǎn)生的影響作用，主要原因是考慮到溫度的影響，直接作用到介質(zhì)粘度中。隨著介質(zhì)粘度的增加，動(dòng)壓效應(yīng)有所增強(qiáng)，且氣膜的厚度加重，同時(shí)加大了密封間隙中阻力。這種情況下，不會(huì)對(duì)密封泄漏量產(chǎn)生過(guò)大影響。

4.2 密封結(jié)構(gòu)參數(shù)

1）動(dòng)壓槽的形狀。以流體力學(xué)理論為出發(fā)點(diǎn)，在干氣密封技術(shù)的端面形成溝槽，無(wú)論是何種形狀，都將受到動(dòng)壓效應(yīng)影響。尤其在數(shù)螺旋槽中，產(chǎn)生極大流體動(dòng)壓效應(yīng)，且作用在干氣密封動(dòng)壓槽中，產(chǎn)生一定氣膜剛度，利于密封穩(wěn)定性的提高。

2）動(dòng)壓槽的深度。如果干氣密封流體的動(dòng)壓槽深度和氣膜厚度處于同一個(gè)量級(jí)，則干氣密封的氣膜剛度處于最大值。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，一般將干氣密封的動(dòng)壓槽控制在３微米～１０微米的厚度。

3）動(dòng)壓槽的數(shù)量。以實(shí)踐數(shù)據(jù)來(lái)看，如果干氣密封的動(dòng)壓槽數(shù)量趨向無(wú)限，則動(dòng)壓效應(yīng)不斷增強(qiáng)。但是如果動(dòng)壓槽的數(shù)量達(dá)到一定值，繼續(xù)增加槽數(shù)，不會(huì)對(duì)干氣密封的性能再產(chǎn)生影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

由于采用了干氣密封新技術(shù)裝置的安全平穩(wěn)、長(zhǎng)周期提供了有力的保障。同時(shí)也說(shuō)明采用新技術(shù)和新工藝是解決問題的一條有效途徑。干氣密封其密封端面在運(yùn)行期間幾乎無(wú)磨損，只在開停車時(shí)才出現(xiàn)很小的磨損。一旦有顆粒雜質(zhì)進(jìn)入密封腔，密封面壓力槽根部很容易遭到磨損。因此，用于密封的氣體一定要清潔無(wú)顆粒雜質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

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