淺談潤(rùn)滑油污染干氣密封的機(jī)理分析及設(shè)計(jì)優(yōu)化

崔少兵

摘? 要：干氣密封具有可靠性高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，常被應(yīng)用于高速、高壓離心式壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)設(shè)備軸端密封的標(biāo)準(zhǔn)配置。但干氣密封很容易在實(shí)際工作中受到潤(rùn)滑油的污染和影響，引起密封端表面的磨損、失效，嚴(yán)重者還會(huì)造成動(dòng)靜環(huán)碎裂等問題，進(jìn)而影響壓縮機(jī)的正常運(yùn)行。本文通過對(duì)潤(rùn)滑油干氣密封的原理進(jìn)行分析，并通過探究提出了一些有利于干氣密封免受潤(rùn)滑油污染的策略。

關(guān)鍵詞：干氣密封? 潤(rùn)滑油? 污染? 壓縮機(jī)

中圖分類號(hào)：TB42? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）09（a）-0048-03

Abstract：Dry Gas seals have the advantages of high reliability and long life， and are often used in high-speed， high-pressure centrifugal compressors and other rotating equipment shaft end seal standard configuration. But the dry gas seal is easily polluted and influenced by lubricating oil in the actual work， which causes the wear and invalidation of the seal end surface， and even causes the breakage of the dynamic and static rings， which affects the normal operation of the compressor. In this paper， the principle of dry gas seal of lubricating oil is analyzed， and some strategies are put forward to avoid contamination of dry gas seal by lubricating oil.

Key Words：Dry gas seal;Lubricating oil;Pollution;Compressor

干氣密封屬于典型的無接觸密封的一種，通常安裝在壓縮機(jī)葉輪和軸承之間。在實(shí)際的應(yīng)用中，潤(rùn)滑油進(jìn)入干氣密封端面后，會(huì)在此形成氣膜和液膜交替，導(dǎo)致氣膜處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，與密封端面進(jìn)行摩擦。另一方面，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下液膜具有較大的黏度也會(huì)引起端面變形進(jìn)而產(chǎn)生接觸性摩擦。這些問題都將影響干氣密封的正常使用。因此，就需要對(duì)潤(rùn)滑油污染干氣密封的原理進(jìn)行詳細(xì)的分析，進(jìn)而提出優(yōu)化即改進(jìn)措施，進(jìn)一步提升干氣密封的實(shí)用性。

1? 干氣密封的工作原理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

1.1 干氣密封的工作原理

與普通的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)相比，干氣密封與其具有很多的相似之處，他們都有靜環(huán)和動(dòng)環(huán)兩個(gè)結(jié)構(gòu)，在干氣密封中靜環(huán)主要是由彈簧進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，主要采用了質(zhì)地較硬的碳化硅和氮化硅等材料構(gòu)成，進(jìn)而能夠?qū)φ麄€(gè)裝置起到密封的作用。動(dòng)環(huán)的前端設(shè)置有對(duì)氣體等介質(zhì)起到阻礙作用的氣體槽，當(dāng)干氣密封進(jìn)行正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，干氣密封的封面會(huì)由于氣體槽的存在產(chǎn)生一定的間隙，當(dāng)壓縮機(jī)正常工作時(shí)產(chǎn)生的氣體流經(jīng)氣體槽時(shí)，會(huì)受到氣體槽的影響進(jìn)行使氣體的流速逐漸緩慢甚至停止流動(dòng)，這樣就能使整個(gè)裝置起到密封的作用。

1.2 干氣密封結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

1.2.1 梳齒隔離密封

梳齒隔離密封主要由兩段梳齒和軸套組成，并且在軸套和梳齒之間還需要將半徑間隙保持在0.2～0.4mm，當(dāng)氣體經(jīng)過梳齒和軸套之間的間隙并被節(jié)流之后就會(huì)進(jìn)入到兩段梳齒中間的空腔中，這樣就會(huì)不斷擴(kuò)大氣體流通的橫截面積，這樣氣體的流速將會(huì)在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行增強(qiáng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)入干氣密封起到阻隔的作用。梳齒密封的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但是由于梳齒和軸套之間具有較大的間隙，在整個(gè)過程中對(duì)隔離氣的消耗量也將增加。

1.2.2 浮動(dòng)碳環(huán)隔離密封

浮動(dòng)碳環(huán)密封屬于浮環(huán)密封，主要是由兩組碳浮環(huán)和軸套構(gòu)成。并且需要在碳浮環(huán)內(nèi)控與軸套的半徑之間保持間隙的距離為0.05～0.1mm，當(dāng)干氣密封進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，隔離氣主要從兩組碳浮環(huán)之間進(jìn)入，當(dāng)軸套進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣體將會(huì)在碳環(huán)和軸套之間形成一種楔形的氣膜導(dǎo)致碳環(huán)的上升，并與軸套進(jìn)行脫離，使整個(gè)裝置處于非接觸運(yùn)行的狀態(tài)。由于在整個(gè)過程中碳浮環(huán)和軸套之間的間隙比較小，對(duì)隔離氣的消耗用量也比較小。對(duì)于同規(guī)格同種工作狀態(tài)下的干氣密封裝置在運(yùn)行時(shí)，浮動(dòng)碳環(huán)密封的隔離氣消耗量將只有梳齒密封的1/3左右，但是其隔離潤(rùn)滑油的作用將比梳齒密封更有效果。

2? 干氣密封受潤(rùn)滑油污染的機(jī)理分析

2.1 通道1（穿過鎖緊螺母與軸的間隙）

當(dāng)工作人員由于操作不當(dāng)，鎖緊螺母安裝不夠牢固，進(jìn)而與壓縮機(jī)之間存在一定的裝配間隙，潤(rùn)滑油將沿著此間隙進(jìn)入到干氣密封區(qū)域。整個(gè)過程如圖1所示。

2.2 通道2（通過梳齒間隙）

（1）當(dāng)回油腔油位超過梳齒下方間隙的最低點(diǎn)位置時(shí)，潤(rùn)滑油將會(huì)穿過隔離密封，進(jìn)而從梳齒上方流入軸承內(nèi)部，不能起到阻隔潤(rùn)滑油的作用。

（2）潤(rùn)滑油通過軸承上備用的傳感器的引線孔流入隔離密封，再通過噴射作用，使?jié)櫥瓦M(jìn)入干氣密封。由于傳感器的引線孔與軸承內(nèi)部相通，當(dāng)壓縮機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，隔離氣無法完全阻擋潤(rùn)滑油，使其從傳感器的引線孔進(jìn)入到隔離密封中，最終導(dǎo)致干氣密封被污染。

（3）由于軸承的直徑與密封段的直徑相差過小以及密封與軸承之間的距離較近時(shí)，潤(rùn)滑油將越過鎖緊螺母的側(cè)面進(jìn)而在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的作用下，對(duì)這密封噴射，導(dǎo)致潤(rùn)滑油進(jìn)入密封中。

3? 防止?jié)櫥臀廴靖蓺饷芊獾膬?yōu)化及改進(jìn)措施

3.1 對(duì)密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化

3.1.1 在構(gòu)造上增加甩油和積油裝置

積油裝置能夠防止?jié)櫥鸵绯隽魅氲捷S承中，進(jìn)而能夠有效減少軸承中的潤(rùn)滑油進(jìn)入到密封裝置的概率。而在鎖緊螺母的尾部增加甩油裝置，能夠?qū)R落到鎖緊螺母表面的潤(rùn)滑油迅速甩出，避免潤(rùn)滑油直接噴射到梳齒的間隙中，進(jìn)而對(duì)潤(rùn)滑油起到良好的阻擋作用。

3.1.2 在鎖緊螺母和軸承之間增加O形密封圈

由于潤(rùn)滑油很容易通過鎖緊螺母和軸承之間的間隙進(jìn)入到隔離密封中，這時(shí)，通過在兩者之間的間隙位置改造O形圈進(jìn)行密封，能夠在一定程度上起到對(duì)潤(rùn)滑油的隔離作用。一般都是采用密封性能更好的密封圈，或者適當(dāng)增加密封圈的大小。

3.2 對(duì)壓縮機(jī)軸承區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化

一般在這個(gè)過程中都是采用增加軸承和密封圈的直徑差，有利于增大鎖緊螺母的外側(cè)擋油面外圓直徑，有效防止?jié)櫥驮竭^鎖緊螺母的外側(cè)進(jìn)入到梳齒間隙部位。另一方面。通過增大軸承與隔離密封的距離，進(jìn)而能夠?qū)赜涂走M(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，這樣有利于減少潤(rùn)滑油對(duì)鎖緊螺母外側(cè)擋油面的沖擊，增大回油腔儲(chǔ)油空間，降低油位。

3.3 對(duì)隔離氣供氣控制優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)于梳齒性的隔離密封，一般都是采用流量控制，隔離氣的流速通?？刂圃?0m/s。當(dāng)密封軸的直徑大于20cm時(shí)，還需要增加流量計(jì)指示，以便更加準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)隔離氣的流速。在啟動(dòng)軸承時(shí)應(yīng)先確保隔離氣正常流通后再啟動(dòng)軸承，避免因操作失誤導(dǎo)致潤(rùn)滑油進(jìn)入干氣密封中。

3.4 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作進(jìn)行優(yōu)化控制

首先，嚴(yán)格按照相關(guān)要求應(yīng)先投氣再投油，要嚴(yán)格控制隔離氣的流量。其次，隨時(shí)關(guān)注排凝扣的漏油情況，在壓縮機(jī)正常工作時(shí)要保證排凝扣呈打開的狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)漏油情況時(shí)，要及時(shí)查找原因。最后，在不影響軸承正常運(yùn)行的條件下，可適當(dāng)降低潤(rùn)滑油壓力，進(jìn)而減少軸承內(nèi)部的潤(rùn)滑油油量。

4? 結(jié)語

總之，導(dǎo)致干氣密封被潤(rùn)滑油污染的主要原因是由于設(shè)計(jì)和安裝不當(dāng)引起的，在實(shí)際過程中主要與密封和軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、隔離氣供氣控制、安裝和實(shí)際操作等因素有關(guān)，因此，當(dāng)出現(xiàn)潤(rùn)滑油污染干氣密封時(shí)，工作人員就需要進(jìn)行綜合分析找出其原因，才能從根本上消除真正隱患，保證壓縮機(jī)的正常運(yùn)行。

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