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干气密封的特性及主要工作原理

发布日期:2017-02-08   浏览次数:   来源:广州市工环实业有限公司   作者:工环实业

一、干气密封概述

早在20世纪60年代末期,奠定在气体动压轴承应用的基础上,干气密封发展起来,并成为一种全新的非接触式密封。该密封利用流体动力学原理,通过在密封端面上开设动压槽而实现密封端面的非接触性运行。最初,采用干气密封形式,主要为了改善高速离心压缩机的轴封问题。由于密封采取非接触性的运行方式,因此其密封的摩擦副材料基本不会受到PV值的任何影响,尤其在高压设备、高速设备中应用,具有良好前景。随着我国密封技术的飞速发展,再加上干气密封的广泛应用,彻底解决了困扰高速离心压缩机运行中的轴封问题,密封使用寿命及性能都得到了很大提高,为机组稳定,长周期运行提供了保证,因此该技术的应用范围进一步扩大,凡使用机械密封的场合均可采用干气密封。

干气密封的特性及主要工作原理

二、干气密封与机械密封性能比较

机械密封是一种传统的密封型式,其特点是密封结构简单,技术成熟,加工精度要求不太高。其缺点是泄漏率高,故障频发。

干气密封是目前最先进的一种非接触密封型式,与传统的机械密封形式相比较,采用干气密封技术,主要具备以下优势:

1)采用干气密封技术,可有效提高密封的质量与使用时间,确保设备安全、可靠、稳定运行。

2)采用干气密封技术,能源消耗较小。

3)干气密封技术应用到的辅助系统较为可靠,操作简单,在使用过程中不需要任何维护手段。

4)采用干气密封技术,泄漏量较少,应用效果良好。

三、干气密封工作原理

一般来讲,典型的干气密封技术,包含了静环、动环(旋转环)、副密封O形圈、静密封、弹簧和弹簧座等。静环位于弹簧座内,用副密封O形圈密封。弹簧在密封无负荷状态下使静环与固定在轴上动环(旋转环)配合。

这类密封与机械密封的区别在于,它是一种气膜润滑的流体动、静压相结合的非接触式机械密封。动环与静环配合表面具有很高的平面度和光洁度,通常在动环表面上加工有一系列的特种槽。随着转动,气体被向内泵送到槽的根部,根部以外的无槽区称为密封坝。密封坝对气体流动产生阻力作用,增加气体膜压力。配合表面之间产生的压力,使静环表面与动环脱离,保持一个很小的间隙。当由气体压力和弹簧力产生的闭合压力与气体膜的开启压力相等时,便建立了稳定的平衡间隙。在有效确保动力平衡的基础上,密封中产生的作用力状况。

闭合力Fc,即弹簧力与气体压力之间的总和。其中,开启力Fo通过端面之间分布的压力,对端面的面积形成积分。在平衡状态下,Fc=Fo;其中运行的间隙约3微米。如果由于受到干扰作用,造成密封的间隙逐渐降低,此时端面之间的压力就会有所升高,此时Fc>Fo,端面之间的间隙也会有所降低,则密封就会达到一种全新平衡状态。通过该机制的运行,可在动环组件与静环组件之间形成较为稳定的气体薄膜,在一定的动力条件下,可实现端面之间的平衡状态,同时由于彼此分离、没有接触,因此不容易造成磨损,极大延长使用寿命。

干气密封的结构形式根据被密封介质的不同、介质压力的不同及工作转速的不同又可分为单端面干气密封、双端面干气密封及串联式干气密封。

美国某公司从20世纪60年代末即开始研究干气密封技术, 到80年代已经完全达到实用化的程度,目前有不少外国公司可生产此类密封,并一度垄断了我国干气密封市场。而现在随着我国一些民族工业的崛起,我国已生产出了处于国际领先水平的干气密封产品,并已在国内许多石油化工企业中得到推广应用。

四、影响干气密封的相关参数

有关干气密封技术的运行技能,主要集中于密封运行的稳定性及使用寿命方面。而气膜的厚度参数,将对干气密封的泄漏量产生直接影响,即在干气密封技术运用过程中,会在密封面形成诸多间隙。一般情况下,对干气密封的性能产生影响的主要参数为密封操作参数与密封结构参数两种形式。具体分析如下。

4.1 密封操作参数

1)密封直径、转速的影响作用。经大量实践表明,密封的直径作用越大,则转速越高;密封的环线速度越快,则干气密封形式产生的泄漏量就越多。

2)密封气压的影响作用。一般情况下,如果存在干气密封的工作间隙,则其中压力越大,发生气体泄漏的可能性就越大。

3)工作介质温度、粘度的影响作用。有关工作介质温度产生的影响作用,主要原因是考虑到温度的影响,直接作用到介质粘度中。随着介质粘度的增加,动压效应有所增强,且气膜的厚度加重,同时加大了密封间隙中阻力。这种情况下,不会对密封泄漏量产生过大影响。

4.2 密封结构参数

1)动压槽的形状。以流体力学理论为出发点,在干气密封技术的端面形成沟槽,无论是何种形状,都将受到动压效应影响。尤其在数螺旋槽中,产生极大流体动压效应,且作用在干气密封动压槽中,产生一定气膜刚度,利于密封稳定性的提高。

2)动压槽的深度。如果干气密封流体的动压槽深度和气膜厚度处于同一个量级,则干气密封的气膜刚度处于最大值。在实际应用过程中,一般将干气密封的动压槽控制在3微米~10微米的厚度。

3)动压槽的数量。以实践数据来看,如果干气密封的动压槽数量趋向无限,则动压效应不断增强。但是如果动压槽的数量达到一定值,继续增加槽数,不会对干气密封的性能再产生影响。

五、结束语

由于采用了干气密封新技术装置的安全平稳、长周期提供了有力的保障。同时也说明采用新技术和新工艺是解决问题的一条有效途径。干气密封其密封端面在运行期间几乎无磨损,只在开停车时才出现很小的磨损。一旦有颗粒杂质进入密封腔,密封面压力槽根部很容易遭到磨损。因此,用于密封的气体一定要清洁无颗粒杂质。


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