（机械工程专业论文）组合密封技术在催化气压机组轴封系统的应用及探讨.pdf

摘要 本论文主要是围绕重油催化富气压缩机进1 3 轴封国产化改造进行的。通过对高速 离心压缩机轴封用机械浮环密封理论的探讨与分析，确定了富气压缩机轴封改造 的可行性，并应用于现场实际。 论文对高速离心压缩机各种常见轴封形式进行了综述，并分别对机械密封、浮环 密封在高速离心压缩机上的应用情况进行了详细、透彻的分析。在此基础上提出了机 械浮环组合密封这种密封型式，其综合了浮环密封、机械密封的优点，更适合于 高速离心压缩机，并对其结构特点和使用要求作了具体介绍。 论文分析了原进口轴封存在的问题，指出了轴封密封油系统保护失效的原因。通 过计算，得出了密封副的主要设计参数，对原轴封的缺陷逐一进行了改造，增加了密 封油保护系统储能器的容积，使储能器保护时间延长，以起到保护系统作用。 改造后的轴封结构和密封油保护系统，经实际运行，完全符合使用要求，收效明 显，保证了机组长周期运行。 最后，对高速离心压缩机发展趋势做出了展望，提出无油密封将逐渐取代湿式密 封，真正达到密封装置的介质的“零泄漏”。 关键词：高速离心( 透平) 压缩机机械密封浮环密封组合密封失效 轴封国产化改造 a b s t r a c t t h i sp a p e rm a i n l yd e s c r i b e st h ed o m e s t i cr e c o n s t r u c t i o no ft h es h a f te n ds e a lf o rt h e h l 曲- s p e e dc e n t r i f u g a lc o m p r e s s o ro ft h eh e a v yo i lc a t a l y t i cc r a c k i n gu n i t b ym e a n s o f d i s c u s s i o na n da n a l y s i so ft h et h e o r yo ft h em e c h a n i c a l f l o a t i n gr i n gc o m b i n e ss e a lf o rt h e h i g h s p e e dc e n t r i f u g a lc o m p r e s s o rs h a f te n ds e a l i ti sd e m o n s t r a t e dt h ef e a s i b i l i t i e sf o rt h e r e c o n s t r u c t i o no ft h er i c hg a sc o m p r e s s o rs h a f te n ds e a l t h er e c o n s t r u c t i o ni sp u ti n t o o p e r a t i o n t h em a i nt y p e so fs h a f te n ds e a l sf o rt h eh i g h s p e e d c e n t r i f u g a lc o m p r e s s o ra r e j n t r o d u c e db r i e f l y t h ea p p l i c a t i o nc o n d i t i o n sf o rt h em e c h a n i c a ls e a la n dt h ef l o a t i n gr i n g s e a li nt h eh i g h - s p e e dc e n t r i f u g a lc o m p r e s s o ra r es e p a r a t e l y & i n t e n s i v e l ya n a l y z e d ，t h e t e c h n o l o g yf o rt h em e c h a n i c a l - f l o a t i n gr i n gc o m b i n e ds e a li sp r o p o s e d i ti n t e g r a t e st h e v i r t u e so f t h et w os e a l sa n da d a p t st ot h eh i g h s p e e dc e i l t r i f u g a lc o m p r e s s o rm o r et h a na n y o t h e rt h ec o n s t r u c t i o na n da p p l i c a t i o nd e m a n di si n t r o d u c e di nd e t a i l t h ep r o b l e mo ft h eo r i g i n a li m p o r t e ds h a f te n ds e a li sa n a l y z e da n dt h ec a u s eo ft h e f a i l u r eo ft h es e a lo i lp r o t e c t i o ns y s t e mo ft h es h a f te n ds e a l i sp o i n t e do u t b yc a l c u l a t i o n t h em a i nd e s i g np a r a m e t e r sa r eo b t a i n e d & t h eo r i g i n a ls h a f te n ds e a ld i s f i g u r e m e n ti s r e c o n s t r u c t e d o n eb yo n e t h ec u b a g ef o rt h es e a lo i lp r o t e c t i o ns y s t e mg a ss t o r a g ev e s s e l i si n c r e a s e d w h i c hg i v e st h eg a ss t o r a g ev e s s e lm o r et i m et op r o t e c tt h es y s t e m i ti sp r o v e dt h a tt h es h a f te n ds e a la n dt h es e a lo i lp r o t e c t i o ns y s t e ma f t e r b e i n gr e c o n s t r u c t e dm e tt h ea p p l i c a t i o nd e m a n da n de n s u r e dt h en o l l n a lr u n n i n go ft h e c o m p r e s s o ra s s e m b l y b r i n g i n gw i t h1 to u t s t a n d i n ge c o n o m i ca n ds o c i a le n l c i e n e y ad e v e l o p i n gt r e n df o rt h eh i 曲- s p e e dc e n t r i f u g a lc o m p r e s s o ri sp r e d i c t e d t h e n o n o i l s e a lw i l lg r a d u a l l yt a k et h ep l a c eo ft h ew e ts e a la n di tw i l lo b t a i nz e r ol e a k a g eo f t h es e a lu n i t k e y w o r d s ：h i g hs p e e dc e n t r i f u g a l ( t u r b i n e ) c o m p r e s s o r ，m e c h a n i c a ls e a l ， f l o a t i n gr i n gs e a l ，c o m b i n e ds e a l ，s h a f te n ds e a l ，f a i l l e ，d o m e s t i cr e c o n s t r u c t i o n 组合南封技术神：催化气压机纽轴封系统的应用成探 1 绪论 1 1 引言 离心式压缩机属透平压缩机，是压缩和输送气体的一种回转式机械。随着石油、 化工行业的迅猛发展，离心式压缩机得到了广泛的应用，除超高压聚乙烯生产仍采用 活塞式压缩机外，大多数倾向于使用离心式压缩机来输送各种气体。其作用原理是通 过高速旋转的叶轮把原动机的能量传递给气体，使气体的压力和速度升高，获得压力 能和速度能，并在机内的固定元件中将速度能转换成压力能，以利于气体压力的增加。 离心式压缩机若要取得良好的运行效果，必须在转子与定子间保留一定间隙，以 避免其间的摩擦、磨损以及碰撞、损坏等故障的发生。同时，由于间隙的存在自然会 引起压缩机级间和轴端泄漏的现象，泄漏不仅降低了压缩机的工作效率，而且会导致 环境污染，甚至发生着火爆炸等事故，因此，泄漏现象是不允许的。而密封就是保留 转子与定子间有适当间隙的前提下，避免压缩机级间和轴端泄漏的有效措施。根据压 缩机工作温度、压力和气体介质有无公害等条件，密封可选用不同结构形式，为了减 少机器的气体从高压处向低压处泄漏，在各级叶轮的进口圈外径处均设有轮盖密封。 在级与级问则有级间密封，这种密封通常使用非接触式迷宫密封( 或称梳齿密封) 。 此外，在转轴伸出机外之处安有密封，称为轴端密封，简称轴封。其主要作用是为防 止或限制被输送气体沿压缩机旋转轴端泄漏到大气中去，以维护主机的正常运转，降 低物料和能源的消耗，防止环境污染和保证人身及设备安全。 在石油化工企业中，离心式压缩机处理的工艺气体多为有毒、有害、易燃、易爆 危险性气体。因此，轴封的作用至关重要，它是压缩机组中最为关键的部件，其性能 的好坏直接影响着机组的运行状态。因此，必须采用密封性能良好的密封形式，来保 证大型机组的安全平稳运行。 1 2 高速离心式压缩机轴端密封的现状与发展趋势 目前，国内外所使用的离心式压缩机组中依据被密封气体的物理、化学性质及价 值的不同而采用不同的轴封形式，如迷宫抽充气密封、浮环密封、机械浮环组合密封、 双端面机械密封、螺旋槽端面密封等，以确保机组安全运行。 石化行业离心式压缩机使用的第一代轴端密封是迷宫式抽充气密封，沈阳鼓风机 厂在六七十年代用的就是这类密封，该厂八十年代引进意大利新比隆公司的浮环密封 技术后，将这类密封淘汰了，原因是这类密封运行维护费用高，蒸汽无法回收再利用 而造成环境污染。 浮环密封是压缩危险性工艺气体的离心式压缩机轴端密封的传统型式，到目前为 止，在各种实际应用的密封型式中仍然占据主导地位。从发展历史看，这种密封是替 代迷宫式抽充气密封的薪一代密封。目前，国内外石化行业大型压缩机组中使用浮环 密封的占9 0 以上。从原理上来说，浮环密封是一种液体节流非接触密封，通过油楔 作用使浮环克服自重，而与轴或轴套保持一定的间距，避免了固定件间的直接接触， 故可达到长寿命的目标。然而，浮环密封也存在着内泄漏大、控制复杂，适应性差等 缺点。 为了克服浮环密封存在的这些缺点，通过大量的实验与研究，机械密封技术被成 功地应用到离心压缩机轴封l f ，。机械密封技术是离心式压缩机的主要密封形式。其原 组合密封技术在催化气压机组轴封系统的埘用及探讨 理是一对带有自动补偿机构，垂直于轴的光洁平整的密埘面良好贴合，而起密封作用， 密封性能好，泄漏量比一般密封都小，工作状况稳定，停车时也能起到密封作用。但 由于是接触式密封，磨损受到限制，材料品种多，安装要求高。 随着石化行业生产需求的发展，机械密封技术发展迅速，出现了许多新技术、新 产品。其中机械浮环密封、机械螺旋密封等组合密封技术，是当今国际上的一个重要 技术发展趋势。 特别是近年来新研制出的干气密封技术基本达到了“零逸出”的要求。 另外，由于石化行业透平压缩机所处理的工艺气体对油润滑的主密封有不同程度 的腐蚀和污染，故在主密封与工艺气体之间往往设置一个前置的隔离气体密封，引入 干净的中性气体或腐蚀污染程度较低的脱硫干气作为隔离气体来保护主密封。一方面 通过隔离气体向工艺气体方向的流动来阻止工艺气体逆流方向的反扩散；另一方面， 通过节流来控制隔离气体的流量。 1 3 课题的提出 1 、重油催化富气压缩机轴封原为美国进口的机械浮坏组合密封，价格昂贵( 两套 共8 0 万人民币) ，长期使用成本过高，进行国产化改造可节约大量资金：并且原密封 在结构上也存在问题。 2 、原轴封的辅助设施密封油控制系统中蓄能器容积的设计存在缺陷。一旦主 泵出现故障，备用泵保护系统反映迟钝，不能及时补充油压，造成密封油与参考气压 差大降，致使机组联锁停机，对生产造成较大影响。对封油控制系统改造可保证机组 长周期平稳运行。 1 4 本课题设计要求 将原催化气压机组轴封系统进行国产化的改造，要遵循下列要求： 1 、密封性：允许的泄漏量、泄漏方向等，保证生产安全运转。 2 、使用寿命：反映密封的耐磨性、耐蚀性、耐温性和耐振性综合的结果，要求寿 命长，至少能达到两年一修的水平，保证工艺装置连续生产。 3 、外廓尺寸和结构条件的限制 4 、可靠性和稳定性 5 、节省能耗与物料损耗 1 5 本课题的主要任务 根据催化气压机组的型式、结构、工艺参数等做以下工作： 1 、分析机械密封、浮环密封机理与特点； 2 、设计方案的确定：包括使用要求、条件、型式选择和材料的确定 3 、辅助装置密封件主要尺寸的确定和现有系列产品的选择和比较 4 、主要构件的设计和计算( 主要是密封副、辅助密封、弹性元件、紧固件的设计 和计算) 5 、辅助装置的设计和计算( 主要是辅助装置中辅助措施的方案比较和具体参数的 计算) 6 、主要构件的材料和制造安装工艺的选择和确定 7 、整套图纸和技术要求 组合密封技术在催化气j k 机组轴封系统的应用及探讨 2 离心式压缩机组轴封系统用机械密封机理与结构 重油催化富气压缩机轴封为机械浮环组合式密封。为更好地对其进行国产化改 造，本论文将在第二章、第三章中分别对机械、浮环密封的基本结构、机理，以及在 高速离心压缩机上应用时的结构特点、设计要求加以论述。在本章中主要进行以下工 作： 1 、介绍机械密封基本结构及原理； 2 、讨论高速离心压缩机用机械密封的机理； 3 、确定高速离心压缩机用机械密封的结构特点和设计原则。 2 1 机械密封基本原理与结构 2 1 1 机械密封的密封理论 主要为流体润滑密封理论，理论的主要内容是流体膜润滑，由流体膜承载保持密 封的润滑，其理论基础是窄缝粘性流体流动理论，主要控制方程是简化纳维埃斯 托克斯方程雷诺方程吼 2 1 2 机械密封的基本结构、作用原理、特点 2 1 2 1 机械密封的基本结构 机械密封是一种依靠弹性元件，对静、动环端面密封副的预紧和介质压力与弹性 元件压力的压紧而达到密封的轴向端面密封装置，故又称端面密封吲。 图2 - 1典型机械密封示意图 f i 9 2 1s k e t c ho f t y p i c a lm e c h a n i c a ls e a l l 静环2 动环3 传动销4 弹簧5 弹簧座 6 紧定螺钉7 传动螺钉8 动环o 型圈卜静环0 型圈 1 卜防转销1 1 压盖1 2 推环1 3 轴套 i 、i i 、i i i 、v 、泄漏点 组合密封技术在催化气! 盘机组轴封系统的胁垌及探讨 由于密封介质及其操作条件的不同，机械密封的型式也随之繁多，但基本结构如 表2 1 所示陋1 。 表2 一l 机械密封的基本结构型式 t a b l e 2 一lt y p e so f m e c h a n i c a ls e a le s s e n t i a ls t r u c t u r e 型式主要特点应用 内装式弹簧等置于泵腔介质之内多数机泵 外装式弹簧等置于泵腔介质之外真空转鼓过滤机及耐酸泵等 平衡式动环左、右侧介质作用力自动抵消高压油泵等 非平衡式动环左、右侧介质作用力没有抵消低粘度油泵等 单弹簧式动环上仅有一只大弹簧多数机泵 多弹簧式动环圆周均布多只小弹簧密封要求严格的机泵 单端面式仅有一对动静环多数机泵 双端面式有两对动静环联合使用密封要求严格的机泵 旋转式弹簧随轴旋转 多数机泵 静止式弹簧不随轴旋转高速机泵 内流式 介质沿动静环外周向内泄漏多数机泵 外流式介质沿动静环内周向外泄漏真空转鼓过滤机等 如图2 2 所示t s l 当机械密封工作时，动环左侧承受的介质压力为砟三( 砬2 一d 2 ) ， 它由动静环的接触端面面积三( b 2 一d i 2 ) 来承受，静环单位面积上的比压为： p ；( d ：2 一d 1 2 ) r 。= 土一= p k “三( d ：2 一d j 2 ) 式中世：必 【u 2 一u lj 当d 。= d 时，k = l ，此时动环左、右侧的介质力均未抵销，即平衡性最差，平衡 系数= 0 ，称之为非平衡式，如图2 - 2 ( a ) 所示。 当d 。= d ，时，k = o ，此时动环左、右侧的介质力均自动抵销，即平衡性最好， 组台密封技术在催化气压机组轴封系统的应用及探讨 平衡系数= 1 ，称之为全平衡式，如图2 - 2 ( b ) 所示。 当d l d d ：时，0 k 1 ，平衡系数0 0 1 1 0 。6 ) 工作，泄 漏比一般泵用机械密封大。 9 、离心式压缩机用机械密封的密封油系统一般与压缩机润滑油系统共用一个油 站，有时由于密封油压力较高，还需另设置密封油泵、密封油过滤器、密封油冷却器 等。另外，还需控制油气压差的差压控制系统及内漏油的排放分离系统等。 2 3 2 设计原则 l 、为了把气相密封转化成液相密封，一般设计成双端面机械密封，或浮环密封 和机械密封的组合密封，或固定环密封和机械密封的组合密封等。 2 、为了避免因离心力的影响使弹簧失效和因质量不平衡引起的振动，一般都设 计成静止式机械密封，同时还应尽量减少转动部分的零件，转动零件几何形状应对称， 以减少不平衡质量的影响，对转动部件应与主机转子一起严格做动平衡。 3 、为了降低端面摩擦系数，应尽量减小端面宽度，密封环上可附加散热结构以 强化散热。同时还必须对密封加强冷却润滑，透平压缩机机械密封一一般采取密封油强 组合密封技术在催化气j l 、机组轴封系统的应用及探讨 制循环冷却润滑。 4 、在密封环材料选择上，应尽量选用导热系数大、热膨胀系数小及抗热裂指数 高的材料。硬质合金对石墨是一对较理想的摩擦副材料。 另外，对高速机械密封，设计时还必须特别注意以下两点【】： ( 1 ) 补偿环组件的追随性：若旋转环与轴的垂直度较低，当旋转环转动一周时， 由于旋转环端面跳动的影响，环表面的较高处就把补偿环( 静止环) 向后推，但因转 速很高，补偿环组件在弹簧作用下还没有来得及补偿，第二转、第三转又转来。 这样继续下去，摩擦副之间实际被打开了一个微小间隙，造成泄漏。下面把补偿环组 件的自振频率与工件转速进行比较，补偿环组件的自振频率为： ， 6 0 0 ，2 百 6 0f k 2 石、fm ( 2 2 1 ) 式中甜补偿环组件的自振角速度 i 弹簧个数 m 补偿环组件的质量 k 一个弹簧的刚厦 对于透平压缩机机械密封，补偿环组件的自振频率f 比工作转速n 小得多，补偿 环的补偿能力大大滞后，特别是端面跳动较大时，端面贴合处打丌的间隙愈大，泄漏 量也就愈大。要靠增加弹簧刚度来改变此种情况往往是很困难的，最有效的办法是尽 量降低旋转环的端面跳动。为此必须采取如下措旌： a 、提高旋转环端面与轴配合内孔的垂直度； b 、增加旋转环内孔的配合长度； c 、改间隙配合为过渡配合。 ( 2 ) 机械密封的功率消耗，一般只计算机械密封摩擦副之间的摩擦功率，而在 透平压缩机的高速情况下，还必须计算旋转环的搅拌功率，后者往往占整个机械密封 功率消耗的绝大部分，经试验证明了这一点。旋转环搅拌功率可近似按下式计算： ：祭1 0 “n d 2 1 6 ( 2 2 2 ) 式中，密封流体密度k g m 3 n 一轴转速r m i n d 一旋转环最大外径m 2 4 本章小结 1 、以机械密封的基本结构及原理为基础，从高速离心压缩机轴封处的特殊工况 入手，详尽分析了机械密封在高速离心压缩机应用时，其端面问的液膜压力、摩擦工 况、泄漏等特性； 2 、根据应用机理，分析得出机械密封在高速离心压缩机上的应用特点，对设计 作出要求； 3 、从其应用机理来看，高速离心压缩机用机械密封在结构上最好是静止式、窄 端面、带强制润滑、摩擦副材料的选择应慎重。为了将气相密封转为液相密封，可用 浮环密封与之组合。 纰台密封技术往催化气压机纰轴封系统的应用发探_ f 3 离心式压缩机组轴封系统用浮环密封机理与结构 第二章讨论了高速离心压缩机用机械密封的机理与结构特点。本章将就浮环密封 在高速离一t s , 压缩机上的应用进行讨论。主要为以下几个方面： l 、介绍浮环密封基本结构及原理； 2 、对浮环密封应用时的静力、动力的理论计算进行介绍： 3 、根据高速离心压缩机轴封的工况对浮环密封结构作出设计要求。 3 1 浮环密封原理与基本结构“3 3 1 1 浮环密封的基本原理 浮环密封从原理上说是一种接触一非接触式组合密封。将浮环密封与机械密封组 合是利用其适用于p b v 值较高的工况的特点。 图3 1 所示为浮环密封的示意图。它由内、外侧密封环组成。这些密封环依靠弹 簧的预紧力使端面与密封盒壁面贴紧。密封环与轴之间保持很小的间隙。具有一定压 力( 稍高于被密封介质的参比压力) 的封液进入密封环与转轴之间狭窄的间隙中，便 产生节流作用，以限制介质的轴向泄漏，因为封液压力高于介质压力，通过内侧密封 环间隙的液膜阻止介质向外泄漏，经过外侧密封环间隙的封液因节流作用降低了压力 后流入大气侧，因外侧密封间隙中的压力降较大，显然它的轴向长度比内侧密封环要 长些，压力差很大时，可用多个外侧环( 或采用与内侧密封环不同的间隙) 。流入大 气侧的封液可直接回贮箱，以便循环使用。通过内侧密封环间隙的封液与压缩机内部 泄漏的工作气体混合，这部分封液要经过油气分离器将气体分离出去后再回贮箱，经 冷却、过滤后再循环使用。这样封液不仅起密封作用，同时也起到冷却散热和润滑的 作用。 出黼补漏 图3 - 1 浮环密封示意幽 f i 9 3 1s k e t c ho ft h ef l o a t i n g - - r i n g 1 内侧密封环2 外侧密封环3 转轴 3 1 2 浮环密封基本结构特性与型式 3 1 ，2 1 浮环密封的结构特性 1 、浮环密封是一种径向可以活动的密封，这样就可以补偿转子相对箱体的不同 4 纽台街封技术d 二催化气压机组轴封系统的应用发探讨 心度和径向摆动，考虑到浮环的自由定位，密封的阳j 隙和泄漏量应尽可能做到工艺上 决定的最小值； 2 、浮环的密封性取决于径向间隙； 3 、浮环的自由定位是靠端面滑动的可能性来保证的； 4 、端面接头的密封性是依靠端面互相贴合，两表面平直度和粗糙度来保证的； 5 、浮环压向端面是依靠弹簧和工作介质压降来压紧的； 6 、浮环具有径向间隙运转，要求相对于转子自动定中- t i ( 自动定位) 。 因此，浮环密封实质上既是流体静、动压，又是接触与非接触的一种径向缝隙密 封与轴向端面密封组合的混合密封。 3 1 2 2 浮环密封的基本结构型式 离心压缩机的浮环形式很多，下面介绍其中的几种。 ( 1 ) 宽环 宽环的宽度与其直径的比值( 相对宽度) l y d = 0 4 o 6 较大。在相同的压差和泄 漏量的条件下，环的数量可以少些，缩短密封的轴向尺寸，使密封结构紧凑。但因两 侧压差较大，环端面上压力也就较大，端面摩擦力也就较大，浮动较为困难。 ( 2 ) 窄环 窄环的宽度相对与其直径的比值l y d = o 1 0 2 。窄环由于其节流长度短，产生的 流体动压也小，每个浮环所承受的压差要比宽环小些。 ( 3 ) 螺旋槽面浮环密封 浮环内孔开有螺旋槽，实质是螺旋密封与光滑浮环密封的组合密封，采用螺旋槽 面浮环，在同样的宽度和压差下，泄漏量要比光滑浮环密封小，特别是在高速下可以 有效地密封。 ( 4 ) 具有锥形轴套的浮环密封 浮环密封部位的轴套为锥形，与此相应的浮环内孔也是锥形的。这种浮环密封的 特点是高压侧密封间隙比一般圆筒形内侧环间隙大。封液通过锥形缝隙通道时，由于 锥形轴套的旋转带动封液产生离心力阻止封液向内侧泄漏，起到叶轮抽吸作用。 ( 5 ) 带冷却孔的浮环密封 高压侧的密封环间隙小，泄漏封液带走的热量也少，这样就造成高压侧浮环温度 较高。为了改善高压侧浮环的工作条件，在高压侧浮环上开冷却i l ，同时将封液先引 入高压侧浮环来冷却浮环。 3 2 浮环密封的力学计算 3 2 1 浮环密封的静力计算 ( 1 ) 浮环自定中心条件 组台密封技术在催化气胝机组轴封系统的旃用及探讨 ”夸 图3 - 2 浮环在环的平面上作用力简图 f i 9 3 - 2d i a g r a mo f a c t i o no nt h es u r f a c eo f t h ef l o a t i n g - r i n g 在实现自定中心条件下，才能实现浮环密封的主要优点径向缝隙非接触工 况。在最不理想的情况下，对于水平轴的密封，当轴对箱体有与重力方向相反的位移 时，此条件具有下一形式【6 】： 只( p 。“) ) f 十+ 埘，g + k o ( p ，一) ( 3 一1 ) 式中p ，广一径向缝中流体力学作用力的法向分量，即沿环中心和轴中心作用的力： f r 一端面接头的摩擦力； k 0 - 一浮环弹性支座刚度； m ，环的质量 e s _ 一轴心对箱体中心的位移； 法向力p 。在轴对轴最大位移e 。时计算。e 。可按下式计算： e m a 。= h o c ( r a ，+ r a ，+ ，+ ，+ u 。+ u ，) 式中c = i 2 - 1 5 系数 r 。、凡r _ 一轴和环表面粗糙度 出、r 轴和环表面的不圆度 u 。、u r _ 一轴和环的温度变形 p 。和f 的计算列于后面。 ( 2 ) 端面接头不打开的条件 端面接头打开会使密封的密封性遭到破坏，井且在浮环受力矩作用下发生端面打 开。在最不利的条件下，在立轴布置时，径向缝隙中流体作用力和环重量作用下产生 环绕a 点的旋转力矩，阻止接头打开。 纽合密封技术在催化气压机组轴封系统的席用及探讨 图3 3 通过轴线平面上浮环作用力简图 f i 9 3 3d i a g r a mo f t h ef l o a t i n g r i n ga c t i o nt h r o u g ht h ea x i a ls u r f a c e 端面接头不打开的条件一般形式如下6 1 m a ( p ) + m ，g ( r 十b ) f 。( 什b ) + k o e r l y ( 3 2 ) 式中m 。( p ) 浮环对轴最大位移e 决定的流体力学作用力矩 e 端面法向压力n ； b - 端面接头的密封面宽度m ； 茚浮环相对于箱体朝着力p 方向的位移m 弹性支座侧作用力臂m 。 对于层流工况： 只卫8 0 掣占 o f 。 c = 弘等卜 式中、e 缝隙入口径向间隙和偏心距； m 转速r p m 粘度瞎s m 2 户密度k g f m 3 占 。相对偏心距m 在一般场合下： f ：= f 。d + p o s ，t b k ) ( 3 4 ) 组合密封挫术曲二催化气压机组轴封系统的心用发探讨 式中弹簧轴向载荷 b = s r s 。端面接头的平衡比或液力载荷系数 其中墨液力加载作用面积肌2 s 密封端面积。z 世= 乡磊s ) 考虑端面接头内液压分布的膜压系数 只= 2 i r f ( p 一只) 胁 ( 3 - 6 ) 对于无润滑物料和端面无泄漏的摩擦工况下，k = 0 。当边界或流体润滑时， 0 i 时。浮坏受到液力加载，当b 1 ) 。 3 3 浮环密封在高速离心压缩机轴封上应用时的结构和材料的设计原则 3 3 1 结构设计原则 ( 1 ) 尽可能减少封液通过高压浮环的内泄漏量( 减少漏向机内封液的泄漏量) 。 为此，在允许的条件下，高压侧浮环的密封间隙及液气压差应尽量小些。高压侧浮环 还可采用上述螺旋面槽浮坏或锥形轴套等措施。 ( 2 ) 有效地排除封液在高压、高速下产生的摩擦热及节流热，主要是散除高压 侧浮环的热量。为改善高压侧浮环的工作条件，可以采取上述浮环开孔、冷却液先通 过高压侧浮环等措施。 ( 3 ) 在刚度、强度允许的条件下，尽量取较薄的环截面，即环的内、外径之比 不宜太小。 ( 4 ) 提高浮环寿命，延长使用期。浮环材料的膨胀系数要比轴大，以免高温下 产牛抱轴的危险性。 ( 5 ) 液气混合腔要留有一定的容积：机内平衡室要合理连通，为防止封液窜入 气缸内，要控制通过迷宫密封的流速。 组台密封技术打1 ；| ! 化气坻机组轴封系统的应用驶探讨 3 3 2 材料设计原则 浮坏密封主要元件是指浮环、轴或轴套，主要元件材料分别要求如下： 浮环材料应保证摩擦面的必要精度和粗糙度；以及尺寸的稳定性( 完好性) ，浮 环和轴的材料都应该具有相近的线膨胀系数，良好的抗抓伤性能、很高的耐磨性以及 化学稳定性、耐腐蚀性和抗冲蚀性。 对于浮环密封推荐使用下列材料，封液为透平油时，可用3 5 号碳钢浇铸巴氏合 金( 3 5 + z c h p b s b d l 6 6 ) ，高压侧浮环还可用2 0 号碳钢浇铸巴氏合金 ( 2 0 + z c l l p b s b d l 6 6 ) 。轴套材料与设计压力有关： p 。 7 m p a 时可用合金结构钢如4 0 n i c r m o 作轴套，其配合过盈也取大些( 1 5 2 ) d 。轴套材料也可用3 8 c r m o a i 作表面氮化处理等。 3 4 本章小结 ( 1 ) 浮环密封的密封性能比简单的径向缝隙密封好，但泄漏量大： ( 2 ) 浮环密封不单独作用端部轴封，主要在前置密封、级间密封和辅助密封， 或与其它密封形式相配合； ( 3 ) 寿命长，可靠性高； ( 4 ) 适用于高速和各种压力等级，工况范围广： ( 5 ) 浮环密封对大气环境为“零泄漏”密封，依靠密封液的隔离作用，确保气 相介质不向大气环境泄漏。 ( 6 ) 内泄漏量仍然较大，回收处理内泄漏油的设备比较复杂、庞大，存在密封 油污染工艺回路中的介质的危险； ( 7 ) 浮环密封的油气压差很小，控制复杂，适应性差，浮环辅助系统的投资远 远高于密封本身的投资。 组合密封技术在催化气压机组轴封系统的麻川及探讨 4 重油催化富气压缩机轴封系统国产化改造 本章根据第二、三章所得出的结论，针对重油催化富气压缩机轴封系统存 在的问题，为完成其国产化改造，主要进行以下工作： 1 、分析机组轴封使用特点及要求： 2 、通过比较得出原机组轴封存在的问题： 3 、确定改造的整体方案： 4 、根据使用要求，确定机械一浮环密封的型式，并进行关键设计参数的计 算与校核； 5 、针对机组密封油系统存在的问题进行计算，提出改进措施； 6 、确定主要安装控制指标。 4 1 重油催化富气压缩机组技术性能 4 1 1 机组状况概述 重油催化富气压缩机型号为2 m c l 6 0 6 5 ，输送介质为催化裂化富气；压缩 机安置在钢板底座上。压缩机组由二段5 级组成，气体经第一段压缩后进入第二 段前，流经中间冷却器进行冷却。本压缩机由背压汽轮机( n g 4 0 3 2 0 ) 驱动， 压缩机与汽轮机间用齿式联轴器连接。 4 1 2 机组主要技术参数 型号：2 m c l 6 0 6 5 流量：3 8 5 8 0 m 3 h 入口压力：0 2 m p a 出口压力：1 6 m p a 额定功率：3 5 3 2 k w 额定转数：7 9 2 1 r p m 入口温度：4 0 出口温度：1 0 9 ，3 原轴封结构为：美国进口机械浮环组合式密封 4 1 3 机组轴封使用的主要特点 ( 1 ) 密封环易受压变形或碎裂，密封圈易被挤出； ( 2 ) 转速高，动环旋转时，弹簧受离心力影响，介质受搅拌影响，摩擦热 高。磨损快，高速下振动( 零件的动平衡问题) ，p v 值高。 4 1 4 机组轴封使用的主要要求 ( 1 ) 密封环要求有足够强度和刚度，结构上考虑防变形，要避免密封圈被 挤出： ( 2 ) 要求端面材料允许p v 值高，要考虑离心力和搅拌的影响，零件要经 过动平衡矫正，防止振动。要求冷却润滑措施，适应高速条件下运转。 4 2 重催富气压缩机原轴封系统结构及存在问题 组台密封技术存催化气压机组轴封系统的麻用及探讨 4 2 1 重催富气压缩机原轴封结构( 见图4 1 ) 图4 - 1 原轴封结构简图 f i 9 4 - 1t h eo r i g i n a ls h a f ts e a ls t r u c t u r e 4 2 2 原轴封结构存在问题 1 、原浮环与挡圈之间为一圈波型弹簧，两者接处面积较大，造成浮环浮 组合密封技术在催化气压