干气密封原理及在压缩机上的使用.pdf

香 一安 全 密 封 孟 称 一, 干气密封是一种新型的无接 触轴封,由它来密封旋转机器中 的气体或液体介质,具有泄漏量 少 、 磨损小 、 寿命长 、 能耗低 、 被 密封的流体不受油污染等特点 。 在压缩机行业,干气密封正逐渐 替代浮环密封 、 迷宫密封和油润 滑机械密封 。 目前,干气密封主要用在离 心式压缩机上,在轴流式压缩机 、 齿轮传动压缩机和透平膨胀机上 也有应用,干气密封已成为压缩 机正常运转和操作可靠的重要元 件 。 干气密封原理及在压缩机 上的使用 罗万英 神华宁煤集团煤炭化学工业分公司烯烃公司 宁夏 灵武, 摘 要 】 干气密封是一种新型的无接触轴封,简单实用,安全稳定,被 密封的流体不受油污染,具有广阔的发展前景。本文简要分析了压缩机 干气密封的工作原理和使用事项。 关键词 】 干气密封 原理 压缩机 使用 干气密封工作原理分析 干气密封的一般设计形式是 集装式,图表示出了压缩机干气 密封的具体结构 。 干气密封和普通平衡型机械 密封相似,也 由静 环 和动环 组 成,其中静环 由弹簧加载,并 靠型圈辅助密封 。端面材料可 采用碳化硅 、氮化硅 、硬质合金 或石墨 。 干气密封与普通平衡型机械 密封的区别在于干气密封动环端 面开有气体槽,气体槽深度仅有 几微米,端面间必须有洁净的气 体,以保证在两个端面之间形成 一个稳定的气膜使密封端面完全 分离 。气膜厚度一般为几微米,这 个稳定的气膜可以使密封端面间 保持一定的密封间隙 。间隙太大, 密封效果变差而间隙太小会使密 封面发生接触,因干气密封的摩 擦热不能散失,端面间无润滑接 触将很快引起密封端面的变形, 从而使密封失效 。气体介质通过 密封间隙时靠节流和阻塞的作用 而被减压,从而实现气体介质的 密封,几微米的密封间隙会使气 体的泄漏率保持最小 。 动环密封面分为两个功能区 外区域和内区域。气体进人密 封间隙的外 区域有空气动压槽, 这些槽压缩进来的气体 。为了获 得必要的泵效应,动压槽必须被 开在高压侧 。密封间隙内的压力 增加将保证即使在轴向载荷较大 的情况下也会形成一个不被破坏 的稳定气膜 。 干气密封无接触无磨损的运 行操作是靠稳定的气膜来保证的, 稳定的气膜是 由密封墙的节流效 应 和所开 动压槽 的泵效 应得 到 的 。 密封面的内区域密封墙是 困芜准益 罗万英一助理工程师,神华宁煤集团煤炭化学工业分公司烯 烃公司设备技术员 。 、静环、动环、 推环、弹簧、 型环、 腔体、 带杯形座的轴套 睡组亘猫舀言逐对面萄倒 平面,靠它的节流效应限制了泄 漏量 。干气密封的弹簧力很小,主 要 目的是为了当密封不受压时确 保密封面的闭合 。 选择干气密封时,决定性 的 判断是动环上所开动压槽的几何 形状 。对 于压 缩 机 的某 些 操 作 点,如启动和停车时,一套 串联 密封在低 速 或 无 压 操 作 的情 况 下,旋转的动压槽必须在密封面 之间产生一个合适的压力 。此力 行抽犯工诬绷 二任一州 派越曰 一 靠特殊措施一几 维 的 、弧形的槽 来 获得 玉缩机干气密封设一计和使用 为两种槽烈双向的形和单 向的形槽代两种槽塑的特 性 见表图、图 密封材料分析 选选项项阵 槽单形 卞 曹又 又 仪仪,运 转转又 能 短 的 反 回回沂 仃架 们 一速均均 运运运 转转弓 以以 飞 隙冬少月月月 吕 龙龙 门 、的 情 况卜 启 离离 速速泛 朴朴 刊寸启 离、力力多 端面材料 干气密封 的操作极限 与密封 各个元件的许用载荷有关温度 和力极 限由所用的辅助密封橡 胶 和端 面材料决定使用的端 血 材料对一 气密封的 卜 作起寿决定 性的作用 端而材料对压缩机密封的操作 影响很大端面材料组对的选择 压力 、 轴径和转速有关见表 硬对软材料组 对仅被用于低 压范于气密封的端面材料 主 要 为碳化硅碳化硅 与其它材料 相 比在满 足温度和仄 力的要求 方 面均 显示 出特殊的优势,又因密 封间隙的 儿何形状受端而材料的 压力和温度分布的影响,从表材 料的物理特性 分析碳化硅做端 血 材料的优势最大 碳 化 硅 的 较 高 弹 性 模 员 二保证在汪力和温度的 影响 密封 面 和辅助件的变形最 小因此,在所有操作期间,确保 了密封间隙的稳定碳化硅优 良 的热传导性导热系数为 一、保证 必要的热 童 消散,因此 密封 端的温 度 分布 也是均匀的 、 密封 而采用 硬 对硬组 对,在 启动 和停 车时,增 强偶然端 面接 触 的 自润滑性,下气密封在采川 硬 对硬材料组 对 一 时,碳化硅表 瓜 川人 十 才 半 组砚 、 硬 一 软 静 环 浸 锑石 动 少 碳 化,、 。 硬硬 碳化 侧 砂 护 、 川乙 了涂 二 念 刚碳 化 金 衣喷 涂 沙、 一 浸浸浸了 提提 、 冈,烧结结入毋卜 日才 州州 密密 这这、 石石斗弓六下 一日日 妊 山记 】一模 举尸、 夕夕二玉 石止业 吁吁热 系数数一一业 污污亏石 一竺 几几 目目目目目目目 热热 膨月 长系数数一一止 一 军圈 干 才贡贡温 立极 限史变川 城城化 一,丁 月 交交一一一一斗 一乙烯烯 氟氟 胶胶一一十 见、 氮氮氮氮氮 不 又然 见见 一 。 一飞一一含勺 尸 体体 个个氟 橡 胶胶一一, ,腐 蚀 和,温温 巨油和把工设备 安 全 密 封 一,每 一 一一一 书勺后 带 件、劝轰一 、, , 涵涵黝黝 介 质冲洗火炬分 离气体介质冲洗欠炬分离气体排气口 七七七 缪缪黝黝 飞 , ,娜摹摹 密封主密封和大气侧密封辅 助密封能够承受全部压力差 、 在 一般的操作中,介质侧的密封承 受了全部压差介质侧密封和大 气侧密封之间的泄漏可通过接 口 “ ”引到火炬大气侧密封所承受 的 权 力与火炬仄力相同,因此介 质泄漏到大气侧和到排气 口的量 几乎为零 。此结构使用过程中,当 主密封失败时,辅助密封 可作 为 安全密封,保证介质不会泄漏到 大气中 。 介质冲洗缓冲气体火炬分 离气体排 气 口 喷涂金刚砂 辅助密封材料 骊 打 上 功 密封材料见表辅助密 封最重 要的特性是温度极 限,挤 压特性 和压 力相关 的气吸现象 、 在气吸的环境,密封腔的仄 力突 然下降将导致型圈气体侧爆炸 减压,因此引起橡胶圈变形为了 消除气吸的损害,仄 力下降率应 低于, 介质冲洗缓冲气体分 离气体 排 气 口 旦 到地鱿渔夔难遥豁妞 泄漏结构选择,此结构有一个可 把泄漏引到一个适合的火炬或排 气接 口在这种情况下主要的 泄漏 与分离气一起被输送到火炬 或排气口 如果输送的气体介质含有杂 质,介质必须被过滤后才能通过 接 口 “ ” 输送到密封腔这样, 过 滤 的介 质 从 密封 腔 流 向时 一 轮 侧,从而阻止杂质从叶轮侧进人 密封 带中间迷宫的串联密封结构 如果 工艺介质不允许泄漏到 大气中和缓 冲气体不允许泄漏到 艺介质中,此时串联结构的两 级密封间可加迷宫密封,见图 此种结构的密封 作时, 艺气体的仄力通过介质侧密封被 降低 。泄漏的 一 艺气体通过接 口 “ ” 排到火炬大气侧密封通过接 口 “ ” 被缓冲气体氮气或空气 加压 。缓 冲气体 的压 力保 证有连 续的气流通过迷宫到火炬的出口 弹簧和其他结构件 弹簧和其他结构件通常用铬 钢 、不锈钢 、,不锈钢 、 沉淀 硬化不锈钢和哈氏一 等 基本结构与使用分析 单端面密封结构 如图,此结构可作为一种无 串联密封结构 如图,串联结构是 一种操作 可靠性较高的干气密封结构作 为油气工业的标准结构,设计 简 单,目仅需要一个简单 的气体辅 助 系统典型应用是介质气体少 量泄漏到大气中时容许 的 五况 在串联结构 中,两个单封被 前后 放置形成两级 密封介质侧 双端面密封结构 当没有火炬,但具有 可以提 供 合适压 力的缓 冲气体的时候, 使用双端面密封结构,见图由 于密封热量的产生,对于每一 种 卜 况,操作极 限必须通过计算 此结构典 型的应用是不 允许 介质 泄漏到大气侧,主要用于石油化 工行业和其他有 害气体压缩 机 双端 面密封是一种有效地 防止介 质气体逃逸到周围环境 中的密封 结构它包括供给缓 冲气体,如 氮气,在两道密封之间通过接 口 “ ”加一个比介质压力高的缓 冲 气体一般缓 冲气体的压力比介 巨油和化工设备 手簇荞 轰考景祥会然轰密爵熟 鑫塑粤钾赓,碑哗易舀钾丝粤照些竺鲤二 一一 一二 二 二 二一 质压力高。 缓冲气体一部 分泄漏到大气,另部分泄漏到介 质中。 一般操作范围 压缩机气体密封的基本形式 应用范围如下 公称直径一 压力一绝橡 胶辅助密封一绝 非橡胶辅助密封 最大压力差与材料和公称直 径有关 。 温度 一一 橡胶辅 助密封,一一 非橡胶 辅助密封 滑动速度动环外径的最大速 度为毗 。 最大操作速度与滑 动面的材料有关 。 允许的轴位移轴向 标准为 士 标准为土 伍 卜标准为土 特殊形式为最大 土 径向一标准为 土 ” 平衡符合平衡等级标 准或。 设计与操作范围 压力 为了确定最大允许压力必须 考虑与密封元件的挤压间隙和挤 压特性相关 的密封端面的变形 。 所有间隙必须被计算来排除在操 作压力和操作温度下辅助密封元 件的挤压 。每一个气体密封的间 隙情况必须根据有效的操作温度 检查 。 温度 为 了确 定 最 大允 许操作 温 度,不仅考虑被密封气体的使用 温度也要考虑密封间隙间的涡流 和摩擦所产生的热 。这些热与密 封的速度 、 压力 、气体和密封设 计结构有关 。因此,在应用温度 下,密封的每一个元件都应被计 算 。这些计算的温度应低于材料 的特性温度,即密封元件的最大 允许温度 。 旋转试验 在操作期间被加载的动环的 抗拉应力因离心力而减少 。金属 材料制造保证材料的抗拉强度, 但碳化硅制造和其他非金属端面 材料将仅采用失效概率因子作为 加载功能 。 每一个动环的强度都要试验, 因此,在旋转试验中,旋转试验需 要的速度为最大操作速度的 倍 。 试验压力为操作时压力的 倍 。如果碳化硅环可经受此试验, 它就能保证组件长时间承受工作 载荷 。 功能试验 压缩机密封总是 由制造商进 行静压和动压功能试验 。试验是 在 比最高工况值还高的情况下完 成的 。空气被用作试验介质 。 千气密封制造质量要求 端面速度 端面的最大滑移速度 以端面 材料允许作用的载荷为基础,计 算的安全系数至少为,允许靠 离心力来减少张力 。它们在旋转 试验中检查 。 最大滑动速度数值根据用来 计算的直径不 同,制造也是不同 的 。动环的内径或外径和静环的 动态的或气动的直径全是可能的 。 碳化硅动环外径的最大滑动速度 可以达到。 压缩机密封和它们的缓冲气 系统产品要严格控制 。重要的材 料 和组 件 的试 验 应 当有 详 细记 录 。 标准检查计划 干气密封和缓 冲气系统的标 准试验和检查属于标准检查计划 。 附加材料和组件试验也可以要求 。 标准检查计划的要点为 对于关键性零件应有符合 标准的材料证明 动环的速度试验旋转试验 动环的表面