關(guān)于干氣密封在離心壓縮機(jī)上的應(yīng)用研究

徐巖

（大慶煉化公司化工生產(chǎn)一部丙烯腈作業(yè)區(qū)，黑龍江 大慶 163411）

轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備在不斷應(yīng)用過程中，最必不可少的就是密封。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、人們生活水平的不斷提升，人們對(duì)密封的應(yīng)用要求也在進(jìn)一步提高。密封實(shí)際效果的好與壞，會(huì)直接影響整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備，尤其是處于特殊的介質(zhì)狀態(tài)，如果發(fā)生了相關(guān)問題，就會(huì)直接影響密封的正常運(yùn)行，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生概率進(jìn)一步增加。常見的密封形式有干氣密封、機(jī)械密封、迷宮密封、填料密封等，密封種類多種多樣，優(yōu)缺點(diǎn)也各不相同，本文著重介紹干氣密封在離心壓縮機(jī)上的應(yīng)用。

1 干氣密封原理和特點(diǎn)

1.1 原理

在干氣密封中，包含很多基本原件，與一般的集裝式機(jī)械密封一樣，主要有動(dòng)環(huán)、靜環(huán)以及彈簧等，但干氣密封在端面設(shè)計(jì)方面有所不同，在動(dòng)環(huán)組件的配合表面上，存在很多的螺旋槽，基于主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由外向內(nèi)輸送氣體到螺旋槽的根部位置。除根部以外位置，均屬于無槽區(qū)，稱為密封壩。密封壩最大的作用，是可以有效地阻止氣體的流動(dòng)，使氣體膜壓力提升。除此以外，在密封壩的內(nèi)側(cè)位置，還存在很多的反向螺旋槽，這些反向螺旋槽不但可以對(duì)配合表面的壓力分布進(jìn)行有效的改善，還可以實(shí)現(xiàn)反向泵送，進(jìn)而使靜環(huán)和動(dòng)環(huán)組件的能力進(jìn)一步加強(qiáng)。此外，在反向螺旋槽內(nèi)側(cè)位置，也存在密封壩，可以有效地阻止氣體的流動(dòng)，使氣體膜的壓力進(jìn)一步增加。對(duì)于氣體壓力和彈簧力這兩者實(shí)際產(chǎn)生的閉合壓力完全等于氣體膜的開啟壓力時(shí)，一種相對(duì)穩(wěn)定的平衡間隙得以建立。形成一個(gè)穩(wěn)定的密封區(qū)域，有效地阻止介質(zhì)外漏，達(dá)到密封的效果。

1.2 特點(diǎn)

對(duì)于干氣密封的動(dòng)環(huán)而言，主要是將具備較好剛性和高硬度的碳化鎢材料應(yīng)用進(jìn)來，進(jìn)一步制造而成，在旋轉(zhuǎn)軸上固定；對(duì)于靜環(huán)而言，則將具備自潤(rùn)滑性且具備較軟特性的碳石墨材料應(yīng)用進(jìn)來，進(jìn)一步制造而成，并且在不銹鋼夾持套中安裝進(jìn)來。由于主軸的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)，但靜環(huán)并不隨之旋轉(zhuǎn)，以此形成動(dòng)、靜環(huán)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，密封可以基于彈簧力和介質(zhì)力的雙重作用下，進(jìn)一步做軸向移動(dòng)。干氣密封不但可以使工藝管路密封油污染得到有效的消除，還能使裝置效率得到顯著的提升。具體特點(diǎn)如下：第一，就是可以使工藝氣的損失進(jìn)一步降低；第二，實(shí)際的工藝氣不會(huì)出現(xiàn)任何的油污染問題，避免發(fā)生密封油腐蝕現(xiàn)象；第三，就是可以節(jié)省油消耗和運(yùn)輸成本；第四，其不但具備可靠性的特點(diǎn)，而且實(shí)際的使用壽命還非常長(zhǎng)；第五，就是可以使能量的消耗得到有效的降低；第六，可以很大程度地減少維護(hù)；第七，提高安全性能。

2 干氣密封技術(shù)的應(yīng)用分析

2.1 干氣密封的結(jié)構(gòu)

干氣密封件的結(jié)構(gòu)組成內(nèi)容非常多，不但有活動(dòng)環(huán)，還有固定環(huán)和定位環(huán)，不僅如此，還有軸套和彈簧座。對(duì)于固定環(huán)而言，其主要的固定位置，就是不銹鋼彈簧座，會(huì)將具備自潤(rùn)滑性能且非常軟的碳石墨作為材料應(yīng)用在那里。對(duì)于靜環(huán)而言，其不會(huì)隨著軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，而是基于介質(zhì)和彈簧的壓力作用，朝著軸的方向進(jìn)行移動(dòng)。正常情況下，在制作動(dòng)環(huán)的過程中，需要將兩個(gè)材質(zhì)應(yīng)用進(jìn)來，首先是鎢，其次就是碳化硅硬質(zhì)合金，不但具備非常好的剛度和硬度，而且耐磨性也非常好。對(duì)于動(dòng)環(huán)組件而言，一般都是加工成為特定形狀的淺槽，并且都是經(jīng)過螺旋加工而成。在靠近內(nèi)徑側(cè)的動(dòng)環(huán)，可以稱為密封壩。在旋轉(zhuǎn)的過程中，通過外徑，密封氣體會(huì)被吸進(jìn)，通過中心，進(jìn)一步進(jìn)入動(dòng)壓槽，并且在密封壩將徑向元件引入進(jìn)來。而密封壩又可以起到重要的節(jié)流作用，可以對(duì)密封表面的氣體進(jìn)行壓縮，進(jìn)而達(dá)到增加壓力的目的。與此同時(shí)，在螺旋槽的根部進(jìn)入氣體，并且同時(shí)被密封壩所阻擋，將氣釘和彈簧力結(jié)合在一起，當(dāng)實(shí)際的關(guān)閉壓力與氣膜的打開壓力，進(jìn)而形成相對(duì)穩(wěn)定的間隙。

2.2 干氣密封的失效、泄漏分析及相應(yīng)對(duì)策

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的問題。對(duì)于氣體的靜態(tài)壓力而言，其與彈簧力進(jìn)一步形成的閉合力，在一定情況下，要匹配氣體膜的反作用力，所以，在設(shè)計(jì)干式氣密封的過程中，可以保證實(shí)際的氣體膜厚度適中保持在2～3微米。如果實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不適合，則在動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)的過程中，就會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，如間隙過大，進(jìn)而出現(xiàn)密封件泄漏的問題；又或者是出現(xiàn)間隙過小的問題，進(jìn)而出現(xiàn)干摩擦。此外，在設(shè)計(jì)動(dòng)環(huán)槽的過程中，一般會(huì)將螺旋槽應(yīng)用進(jìn)來，而且通過旋轉(zhuǎn)的方式，實(shí)際引發(fā)的動(dòng)壓效果也會(huì)最大，因此，實(shí)際獲取的干氣密封氣膜本身的剛性和密封性也就最大。此外，根據(jù)相應(yīng)的研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，如果在設(shè)定槽壁厚度的過程中，將其與氣膜厚度相同的順序進(jìn)行同步設(shè)定，則可以達(dá)到最大的氣膜密封剛性。

（2）安裝干氣密封的失效原因。干氣密封對(duì)比普通的集裝式機(jī)械密封，有極大的不同，在移動(dòng)環(huán)和固定環(huán)的配合表面之間，干氣密封要具備間隙，而且要達(dá)到一種穩(wěn)定狀態(tài)，正常情況下，都會(huì)非常薄。而實(shí)際的干氣密封間隙大約是3微米。所以，要對(duì)干氣密封的靜環(huán)和動(dòng)間的清潔度進(jìn)行有效保持，與此同時(shí)，還要保證端面的干燥性。對(duì)于干氣密封件而言，其之所以會(huì)發(fā)生故障，主要原因，就是密封件受到了污染，而出現(xiàn)的污染源，就是設(shè)備之中流入的工藝氣體等，當(dāng)外部的氣體在進(jìn)入到封閉腔體時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生明顯的固體顆粒，這對(duì)干氣密封的正常使用會(huì)造成極大的影響。干氣密封的安裝及使用過程中要對(duì)清潔性和干燥度進(jìn)行特別注意，保證安裝環(huán)境的清潔性得到始終保持，特別是在安裝的整個(gè)過程，相關(guān)操作人員必須要佩戴干凈的手套，而且在安裝完成之后，要清理干凈密封孔，避免出現(xiàn)任何雜質(zhì)。

（3）密封供氣系統(tǒng)失效原因。在動(dòng)環(huán)和靜環(huán)之間，干氣密封的間隙大約為3微米。對(duì)于間隙部位，主要是通過密封氣體達(dá)到密封的目的，但是這對(duì)于實(shí)際的密封氣體供應(yīng)系統(tǒng)提出了非常高的要求。不論是在安裝過程中，還是在使用過程中，都要始終保證干氣密封件的干燥性。在應(yīng)用該方法的過程中，不論是密封氣體的壓力，還是流量，都不可改變。與此同時(shí)，在全面進(jìn)入到密封面之前，要對(duì)氣源緩沖罐進(jìn)行安裝，與此同時(shí)，還要將粗和細(xì)濾器安裝進(jìn)來，避免密封面位置進(jìn)入任何的雜質(zhì)和液體，確保在密封氣體之中，含有的雜質(zhì)可以不超過具體要求的值。在實(shí)際操作的過程中，要對(duì)主密封氣體的溫度進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶嵘?，還要定期的切水，對(duì)主密封氣體的冷凝水進(jìn)行蒸發(fā)，避免產(chǎn)生冷凝水。

（4）開車、停車對(duì)于干氣密封的影響。在啟動(dòng)和停止離心壓縮機(jī)的過程中，整體的速度非常慢，而且動(dòng)環(huán)和靜環(huán)這兩者具備相互接觸的特點(diǎn)，整體形成的氣膜厚度并未達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，這使密封表面的磨損進(jìn)一步增加，與此同時(shí)，干氣密封在長(zhǎng)期運(yùn)行的過程中，要盡可能的避免長(zhǎng)期低速運(yùn)行狀態(tài)，與此同時(shí)，相應(yīng)的設(shè)備在停止或者運(yùn)行時(shí)，都要將壓縮機(jī)曲柄應(yīng)用進(jìn)來，對(duì)機(jī)器進(jìn)行全面的保護(hù)。如果將干氣密封應(yīng)用在離心壓縮機(jī)組中，則離心壓縮機(jī)的啟動(dòng)過程，應(yīng)該保證在10分鐘內(nèi)完成。除此以外，離心壓縮機(jī)組的停機(jī)次數(shù)應(yīng)盡可能的減少，只有如此，才能使形成的氣膜穩(wěn)定，使動(dòng)環(huán)和靜環(huán)表面的摩擦進(jìn)一步減少。

（5）干氣密封失效的其他原因。在離心壓縮機(jī)的運(yùn)行過程中，會(huì)發(fā)生不同程度的振動(dòng)問題，而干氣密封需要承受相應(yīng)的振動(dòng)影響。如果實(shí)際的振動(dòng)程度過高，會(huì)使干氣密封被損壞，所以，在實(shí)際應(yīng)用過程中，必須要對(duì)離心壓縮機(jī)組的振動(dòng)進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

3 結(jié)語

總而言之，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)的機(jī)械行業(yè)也隨之發(fā)展，但是在離心壓縮機(jī)實(shí)際運(yùn)行的過程中，要想達(dá)到更好的效果，必須對(duì)密封進(jìn)行升級(jí)改造。干氣密封在發(fā)展過程中，僅有60余年的歷史，在整個(gè)發(fā)展過程中，各項(xiàng)技術(shù)也在不斷地進(jìn)步和發(fā)展，雖然在現(xiàn)階段，整體的發(fā)展仍然有一些不足之處，但是也在不斷地進(jìn)行研究，并且不斷地克服。在未來階段，還會(huì)有更大更廣闊的發(fā)展空間，干氣密封性能在不斷提升的同時(shí)，還可以使我國(guó)機(jī)械行業(yè)得到更大程度的發(fā)展，促進(jìn)我國(guó)整體經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。