多級高速離心式蒸汽壓縮機(jī)兩種密封對比分析

毛佳佳，吳勇前，高亞威，潘 浩，鄭世彥

（浙江奇彩環(huán)境科技股份有限公司，浙江 紹興312016）

1 多級高速離心式蒸汽壓縮機(jī)

多級高速離心式蒸汽壓縮機(jī)相當(dāng)于將兩套或三套單級高速離心式蒸汽壓縮機(jī)串聯(lián)起來，相比于單機(jī)高速離心式蒸汽壓縮機(jī)串聯(lián)，多級高速離心占地面積小，系統(tǒng)集成性高，使用和維護(hù)更加方便，投資成本也大大減少，多使用于蒸發(fā)、結(jié)晶、塔器、干燥、污水處理、海水淡化、中藥和醫(yī)藥中間體提取、蛋白質(zhì)氨基酸低溫提取、染料、果汁濃縮、溶劑（如酵類）分餾、蒸餾等。

多級高速離心式蒸汽壓縮機(jī)如圖1 所示。

圖1 多級高速離心式蒸汽壓縮機(jī)示意圖

多級高速離心式蒸汽壓縮機(jī)本體（圖1 以兩級壓縮為例）主要分為一級壓縮本體、二級壓縮本體、增速箱以及級間管道。氣封位置在葉輪和高速軸連接部位，受限于轉(zhuǎn)子動力學(xué)設(shè)計(jì)和葉輪高速軸連接處增加斷面密封（需增加軸套，導(dǎo)致密封直徑變大），氣封的設(shè)計(jì)不但在空間上受到一定的限制，在線速度方面也存在著一定的要求，增加了設(shè)計(jì)難度。

2 兩種氣封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和密封方式闡述

本文介紹的兩種氣封形式為梳齒密封和碳環(huán)密封，如圖2 和圖3 所示。

2.1 一種梳齒密封

梳齒密封如圖2 所示。

圖2 梳齒密封結(jié)構(gòu)

梳齒密封結(jié)構(gòu)如圖2 所示，圖2 中梳齒密封共有四道梳齒結(jié)構(gòu)，每道梳齒結(jié)構(gòu)由五六個密封齒組成，其中第一道梳齒在葉輪背部，其余三道梳齒在軸套徑向處。

轉(zhuǎn)子內(nèi)部高壓蒸汽經(jīng)過葉輪背部第一道梳齒減壓后進(jìn)入軸套徑向處密封，再經(jīng)過第二道梳齒，進(jìn)入蒸汽回流泄壓系統(tǒng)（圖2 中的7），將一部分高壓蒸汽回流至壓縮機(jī)進(jìn)口，起到平衡壓力的作用。蒸汽經(jīng)過第二道梳齒由蒸汽回流泄壓系統(tǒng)回流泄壓后，分為以下幾種情況：①葉輪進(jìn)口壓力為負(fù)壓時，蒸汽回流泄壓系統(tǒng)壓力表如果是負(fù)壓，則泄壓或充蒸汽系統(tǒng)需要補(bǔ)充蒸汽密封，壓力設(shè)定大于大氣壓3 kPa 即可；②葉輪進(jìn)口壓力為負(fù)壓時，蒸汽回流泄壓系統(tǒng)壓力表如果是正壓，則泄壓或充蒸汽系統(tǒng)為泄壓口；③葉輪進(jìn)口壓力為正壓時，蒸汽回流泄壓系統(tǒng)壓力表如果是正壓，且壓力差比較大時，則蒸汽排凝口和泄壓或充蒸汽系統(tǒng)同時作為泄壓口，此時泄壓的流量大于②中的情況；④葉輪進(jìn)口壓力為正且正壓差比較大時，蒸汽排凝口處需接入抽氣泵，阻止蒸汽從第四道密封泄漏。

根據(jù)以上幾種情況的闡述，需根據(jù)多級高速離心式蒸汽壓縮機(jī)各級的氣動參數(shù)，來確定圖2 中7、8、9 的作用，靈活性較高。梳齒密封一般用于多級高速離心式蒸汽壓縮機(jī)的第一級壓縮密封，也用于單級高速離心式蒸汽壓縮機(jī)密封。

2.2 一種碳環(huán)密封

碳環(huán)密封結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 碳環(huán)密封結(jié)構(gòu)

碳環(huán)密封共有四道密封結(jié)構(gòu)，第一道密封由五六個梳齒組成，其余三道密封為碳環(huán)結(jié)構(gòu)。第一道梳齒密封在葉輪背部，第二道密封為側(cè)推式碳環(huán)密封，第三道密封為主碳環(huán)密封，第四道只有一個碳環(huán)，主要作用是防止蒸汽泄漏至大氣壓。

轉(zhuǎn)子內(nèi)部高壓蒸汽經(jīng)過葉輪背部第一道梳齒密封減壓后進(jìn)入軸套徑向處密封，再經(jīng)過第二道側(cè)推碳環(huán)密封，進(jìn)入蒸汽回流泄壓系統(tǒng)（圖3 中8），將一部分高壓蒸汽回流至壓縮機(jī)進(jìn)口，起到平衡壓力的作用。蒸汽經(jīng)過第二道側(cè)推碳環(huán)由蒸汽回流泄壓系統(tǒng)回流泄壓后，分為以下幾種情況：①葉輪進(jìn)口壓力為負(fù)壓時，蒸汽回流泄壓系統(tǒng)壓力表如果是負(fù)壓，則蒸汽泄壓系統(tǒng)需要補(bǔ)充蒸汽密封，壓力設(shè)定大于大氣壓3 kPa 即可；②葉輪進(jìn)口壓力為負(fù)壓或微正壓時，蒸汽回流泄壓系統(tǒng)壓力表如果是正壓，則蒸汽泄壓系統(tǒng)可關(guān)閉，蒸汽排凝系統(tǒng)可稍微開啟；③葉輪進(jìn)口壓力為正壓時，蒸汽回流泄壓系統(tǒng)壓力表如果是正壓，且壓力差比較大時，則蒸汽泄壓系統(tǒng)作為泄壓口，蒸汽排凝系統(tǒng)可稍微開啟排冷凝水。

碳環(huán)密封一般用于多級高速離心式蒸汽壓縮機(jī)后幾級，正壓比較大，出現(xiàn)上述第1、2 種情況比較少，多用于第3種情況。

3 兩種密封形式的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 梳齒密封的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：成本低、加工周期短、耐用性好，可作為測試密封使用，也可作為現(xiàn)場維修應(yīng)急使用。

缺點(diǎn)：需要根據(jù)啟動參數(shù)計(jì)算確定各個系統(tǒng)的使用方式，不利于標(biāo)準(zhǔn)化，對控制系統(tǒng)有一定要求，長時間使用后泄漏量會隨著磨損增大。

3.2 碳環(huán)密封的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：密封性好，特別是高壓密封效果更佳，使用壓力范圍廣。

缺點(diǎn)：成本高、加工周期長、易損壞。

4 總結(jié)

多級高速離心式蒸汽壓縮機(jī)解決了單級高速離心式壓縮機(jī)為了達(dá)到高溫升的要求串聯(lián)所帶來的一系列問題，對蒸發(fā)、結(jié)晶、塔器、干燥、污水處理、海水淡化、中藥和醫(yī)藥中間體提取、蛋白質(zhì)氨基酸低溫提取、染料、果汁濃縮、溶劑（如酵類）分餾、蒸餾等行業(yè)有重要意義。本文闡述了兩種密封各自的特點(diǎn)、密封方式，以及在不同工況下密封的使用方法，成功地解決了高壓差情況下蒸汽泄漏問題。