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壓縮機的干氣密封技術

干氣密封是采用機械密封和氣體密封的結合,是一種非接觸端部密封,它是在機械密封的動環或靜環的密封面上開有密封槽,當動靜環高速旋轉時,在兩端面間形成一層氣膜,在氣體泵送效應產生的推力作用下把動靜環推開,使兩密封端面不接觸。

工作原理:一般來講,典型的干氣密封包含了靜環、動環組件(旋轉環)、副密封O形圈、靜密封、彈簧和彈簧座(腔體)等,靜環位于不銹鋼彈簧座內,用副密封O形圈密封。彈簧在密封無負荷狀態下使靜環與固定在軸上的旋轉環———動環組件閉合如圖1所示。動環組件和靜環構成的氣體徑向密封有其先進獨特的運行方式。配合表面平面度和光潔度很高,動環組件配合表面上有一系列的螺旋槽。

隨著動環組件的旋轉,氣體被向內泵送到螺旋槽的根部。根部以外的一段無槽區稱為密封壩。密封壩對氣體流動產生阻力作用,增加氣體膜壓力。該密封壩的內側還有一系列的反向螺旋槽,這些反向螺旋槽反向泵送氣體以改善配合表面壓力分布,從而加大開啟靜環與動環組件的能力。反向螺旋槽的內側還有一段密封壩,對氣體流動產生阻力作用,增加氣體膜壓力。配合表面間的壓力使靜環表面與動環組件脫離,保持一個很小的間隙,一般為3μm左右。當由氣體壓力和彈簧力產生的閉合壓力與氣體膜的開啟壓力相等時,便建立了穩定的平衡間隙。干氣密封工作時,作用在密封上的力處于動平衡狀態。

閉合力FC,是氣體壓力和彈簧力的總和。開啟力FO是由端面間的壓力分布對端面面積積分而形成的。在平衡條件下FC=FO,運行間隙大約為3μm。由于某種干擾使密封間隙減小,則端面間的壓力升高,開啟力FO大于閉合力FC,使得端面間隙加大,從而使FO減小,直至平衡為止,如圖4所示。如果擾動使密封間隙增大,端面間的壓力就會降低,閉合力FC大于開啟力FO,使得端面間隙減小,從而使FO增大,密封會很快達到新的平衡狀態。

這種機制將在靜環和動環組件之間產生一層穩定性相當高的氣體薄膜,使得在一般的動力運行條件下端面能保持分離、不接觸、不易磨損,延長了使用壽命。

2影響參數

我們將影響干氣密封性能的參數分為端面結構參數和操作參數。端面結構參數對密封的穩定性影響較大,操作參數對密封的泄漏量影響較大。

2.1 端面結構參數

2.1.1 動壓槽形狀

從流體動力學角度來講,在干氣密封端面開任何形狀的溝槽,都能產生動壓效應。理論研究表明,對數螺旋槽產生的流體動壓效應**強,用其作為干氣密封動壓槽而形成的氣膜剛度****,密封的穩定性****。

2.1.2 動壓槽深度

理論研究表明,干氣密封流體動壓槽深度與氣膜厚度為同一量級時密封的氣膜剛度****。實際應用中,干氣密封的動壓槽深度一般在3~10μm。在其余參數確定的情況下,動壓槽深度有一****值。

2.1.3 動壓槽數量、寬度和長度理論研究表明,干氣密封動壓槽數量趨于無限時,動壓效應**強。不過,當動壓槽達到一定數量后,再增加槽數時,對干氣密封性能影響已經很小。此外,干氣密封動槽寬度、動壓槽長度對密封性能都有一定的影響。

2.2 操作參數

2.2.1 密封直徑和轉速

密封直徑越大,轉速越高,密封環線速度越大,干氣密封的泄漏量就越大。

2.2.2 密封介質壓力不難想象,在密封工作間隙一定的情況下,密封氣壓力越高,氣體泄漏量越大。

2.2.3 介質溫度和黏度介質溫度對密封泄漏量的影響是由于溫度對介質黏度有影響而造成的。介質黏度增加,動壓效應增強,氣膜厚度增加,但同時流經密封端面間隙的阻力增加。因此,其對密封泄漏量的影響不是很大。

3 結論

在大型機組關鍵設備如離心式壓縮機或輸送有毒、有害、易氣化介質的離心泵上采用不同型式的干氣密封,可以實現工藝介質零泄漏,甚至零溢出,完全滿足環境保護法對該類介質日益苛刻的泄漏排放要求,同時實現機組長周期、低能耗、安全、可靠運轉。

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