干氣密封技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

張?jiān)坪椋▋?nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350）

與其他的非接觸型密封技術(shù)相比，干氣密封的介質(zhì)泄露可能性幾乎為零，是一種環(huán)保性能極佳的技術(shù)，其密封功率消耗不足接觸性密封技術(shù)的5%，在工業(yè)體系應(yīng)用中不存在任何的不利影響，因此得到了廣泛的研究和應(yīng)用。

1 干氣密封工藝的工作原理

1.1 原理分析

密封工藝雖然不是現(xiàn)代工業(yè)中領(lǐng)先的技術(shù)構(gòu)成，但往往發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，如在航天航空、軍事國防、核能等高科技應(yīng)用領(lǐng)域，以及化工、石油、煤炭等國民支柱產(chǎn)業(yè)中，密封工藝的落后會(huì)造成整體技術(shù)性的功能滯后。

單純地就軸端密封技術(shù)而言，我國經(jīng)歷了迷宮密封、浮環(huán)密封、機(jī)械密封和干氣密封幾個(gè)重要階段，其中干氣密封的優(yōu)勢明顯強(qiáng)于其他密封形式。

從工作原理角度分析，干氣密封工藝其實(shí)是一種潤滑性氣膜流體的動(dòng)靜壓力結(jié)合形式、非接觸式機(jī)械密封與氣體阻塞密封的結(jié)合。在構(gòu)成上包括外環(huán)（動(dòng)環(huán)）、靜環(huán)、O形環(huán)、彈簧、轉(zhuǎn)軸、組裝套等，工作頻度較高的是動(dòng)環(huán)和靜環(huán)，通過在端面上的均勻分布淺槽配合。

以較為常見的螺旋槽面干氣密封工藝為例，當(dāng)密封部分發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，密封氣體被吸入到螺旋槽內(nèi)，徑向分量從外徑向中間流動(dòng)，隨即密封壩開始限制氣流向低壓側(cè)運(yùn)動(dòng)，整個(gè)旋轉(zhuǎn)槽面被壓縮；而在干氣密封軸承端的槽根部位，此時(shí)形成了高壓局部區(qū)，在氣膜產(chǎn)生的開啟力和彈簧、介質(zhì)之間達(dá)到閉合力平衡，從而形成非接觸型密封運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.2 結(jié)構(gòu)分析

干氣密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取決于氣體的組成成分，也受到氣體壓力、工藝情況和生產(chǎn)環(huán)境的影響，尤其對工業(yè)生產(chǎn)中的副產(chǎn)品和廢棄物有較多的限制要求。按照我國當(dāng)前普遍采用的干氣密封形式，主要有三種類型，分別是單端面密封結(jié)構(gòu)、雙端面密封結(jié)構(gòu)和串聯(lián)式密封結(jié)構(gòu)。

其中，單端面密封結(jié)構(gòu)也被稱之為單級(jí)密封，廣泛地應(yīng)用在各類壓縮機(jī)中，如空氣、氮?dú)?、二氧化碳等，具有很高的穩(wěn)定性，一些小型化工企業(yè)內(nèi)部使用較為合適，對于危險(xiǎn)性較小的副產(chǎn)品氣體允許有一定的泄露。

雙端面密封結(jié)構(gòu)要求選擇壓力較高的緩沖介質(zhì)，或者生產(chǎn)中緩沖氣體帶有危害性，應(yīng)該考慮使用這種設(shè)計(jì)。壓縮機(jī)在真空環(huán)境的運(yùn)轉(zhuǎn)中采用雙端面密封工藝可以提供性能可靠的密封系統(tǒng)，確保有毒氣體、易燃易爆氣體的不外泄。

串聯(lián)式密封結(jié)構(gòu)應(yīng)用十分普遍，較為經(jīng)濟(jì)適用，操作工序也十分簡單，其一般形式是采用多個(gè)干起密封端體首尾相連，分級(jí)承擔(dān)密封負(fù)載。這種形式?jīng)]有一定的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，可以根據(jù)具體工業(yè)生產(chǎn)需求來設(shè)計(jì)規(guī)模。但通常情況下會(huì)采用兩級(jí)劃分的格局，第一級(jí)用來承受全部壓力和負(fù)載，第二級(jí)作為備用部分，確保不會(huì)向大氣中泄露。

2 干氣密封工藝的研究現(xiàn)狀和趨勢

就研究現(xiàn)狀而言，國內(nèi)的研究對象集中在干氣密封的原理、設(shè)計(jì)理論、系統(tǒng)優(yōu)化等理論方面，如:密封端面摩擦性能研究、干氣密封結(jié)構(gòu)研究（機(jī)械密封部分）、密封結(jié)構(gòu)現(xiàn)代設(shè)計(jì)、絕熱研究以及氣膜穩(wěn)定性計(jì)算等。結(jié)合現(xiàn)狀出發(fā)，國內(nèi)的研究主要存在以下問題:

首先，基礎(chǔ)研究工作薄弱。由于干氣密封工藝是一種引進(jìn)技術(shù)，在國內(nèi)缺乏必要的基礎(chǔ)理論，工業(yè)應(yīng)用的出發(fā)點(diǎn)是生產(chǎn)的適應(yīng)性，因此大多采用引進(jìn)技術(shù)和設(shè)備的方案，很少主動(dòng)進(jìn)行技術(shù)研究。國內(nèi)主要有高校和研究機(jī)構(gòu)開設(shè)研究課題，但國外干氣密封產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)對技術(shù)資料的嚴(yán)密封鎖，對我國的基礎(chǔ)性研究十分不利。同時(shí)，我國在關(guān)于密封性技術(shù)的研究人員培養(yǎng)上也缺乏競爭力，資料少、文獻(xiàn)少、專利少是典型的劣勢特征。

其次，密封材料性能較差。國內(nèi)一些企業(yè)通過購買專利技術(shù)生產(chǎn)干氣密封設(shè)備，但由于材料選擇缺乏科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，其產(chǎn)品質(zhì)量并不樂觀。從檢測結(jié)果來看，普遍存在材料不穩(wěn)定的特點(diǎn)，對耐腐蝕性、耐酸堿性等不能滿足要求。

再次，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)陳舊落后。國內(nèi)工業(yè)體系中的密封結(jié)構(gòu)大多沒有進(jìn)行更新，甚至停留在上世紀(jì)50年代，缺乏對新科技、新技術(shù)和新工藝的認(rèn)知應(yīng)用。造成這問題的原因，與我國密封產(chǎn)品的生產(chǎn)條件和固有工藝落后有關(guān)。

干氣密封技術(shù)的顯著特點(diǎn)是非接觸性，由于密封內(nèi)部的端面不存在任何摩擦，整體的輔助系統(tǒng)實(shí)施簡單，因此得到了快速的推廣和應(yīng)用；同時(shí)，干氣密封的免維修期較長，使用壽命周期可觀，不需要額外的潤滑劑和冷卻系統(tǒng)，可以有效節(jié)約生產(chǎn)成本，減少工業(yè)系統(tǒng)的介質(zhì)復(fù)雜度。

從未來的發(fā)展趨勢來看，主要工作將集中在干氣密封總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、材料和計(jì)算理論三個(gè)方面；對泄漏量控制提出了更高的要求，同時(shí)要求環(huán)保效能提升，提高流體機(jī)械效率，并最大限度的降低能量損耗。

3 結(jié)語

截至目前，干氣密封工藝在我國經(jīng)歷了40多年的發(fā)展，以優(yōu)越的性能得到了工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的肯定，尤其在化工、石化等行業(yè)的壓縮機(jī)中較為普遍。同時(shí)，由于市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境下的影響，干氣密封設(shè)備的價(jià)格與傳統(tǒng)密封設(shè)備持平，開始成為未來應(yīng)用領(lǐng)域的主流。

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