干气密封类型及介绍

干气密封

一干气密封选型：

干气密封具有很强的适应性。根据压缩机的工艺参数和介质成分，采用鼎名公司的

TMO2D型串联式干气密封。TMO2D型是串联式带中间迷宫进气的干气密封，适用于介质为易燃易爆的气体，不允许介质气体泄漏到大气中，同时也不允许其它气体进入机组内的气体工况。

二干气密封的原理：

典型的干气密封结构是由静环、动环组件、副密封O形圈、静密封、弹簧和弹簧座（腔体）等组成。静环的材质为碳，动环组件的材质为硬质合金，轴套、推环、弹簧座、锁紧套材质为不锈钢，O型圈为氟橡胶，定位环为PTFE。

密封的核心技术为与静环表面配合的动环级组件表面上加工的一系列的螺旋槽，螺旋槽可以分为以下几个区域：螺旋槽、反向螺旋槽、密封堰、和坝。如下：

干气密封运转时，动环的旋向为逆时针。气体被向内送到螺旋槽的根部，根部以外的无槽区称为密封堰。密封堰对气体的流动产生阻力，增加气体的膜压力。使动环和静环分开，产生一微小间隙，所以干气密封是非接触式密封。反向螺旋槽对气体进一步起到增压作用，增加了气体的膜厚度。

三密封设计方案

密封结构

河南开祥化工有限公司甲醇装置氨冷冻压缩机采用TMO2D型干气密封，密封方案结构简图如下：

密封工作原理简介：

1.一级密封进气（A路）：采用压缩机出口介质气或新氢，大部分气体通过前置

迷宫进入机内，阻止机内的介质气扩散污染一级密封摩擦副的端面，少量气体经一级密封磨擦的端面泄漏至放火腔C。

2.二级密封气（B路）：二级进气采用氮气。在部分气体通过中间迷宫进入放火

腔C，它阻止一级密封泄漏出的介质气体进入二级密封面并泄漏大气，少量气体经二级密封摩擦副的端面泄漏至放空腔C。

3.放火线（C路）：火炬气的主要成分是一级密封泄漏的介质和在部分的二级氮气。

放火炬的目的是考虑工艺气排放的安全性和环保的要求。

高点放空（S路）：从二级密封泄漏出的是没有任何危险氮气，随部分隔离气高点放空。

隔离气（D路）：隔离气的主要作用是阻挡轴承油窜入密封端面，如果油窜入密封端面，密封运转会急据升温，而烧毁。在轴承油循环前必须先通隔离气，油停运后再停隔离气。

密封控制系统方案：

密封工作时，需要一控制系统盘来供给密封的供气量，同时监控密封的工作状态。密封工作时，必须保证各气源量的供给，不殷鉴不得中段。

控制系统的仪表、报警连锁设置主要集中在一级密封进气

、放火炬、二级密封进氮三路上。

一级密封气采用压缩机出口介质气，备用气源采用氮气或厂内符合条件的其它气源。密封气首先经过滤器。过滤器为一用一备，有一远传差压变送器监视它的工作状态。过滤器后为一气动薄膜调节阀，它将密封气压力调节在比较稳定的工作状态。密封气经针阀调节使其达到一定流量后进入密封腔。

条放火炬线上各安装一远传流量计和压力开关。密封正常工作时，他们的显示值比较稳定。当一级密封损坏时，经它的端面到火炬腔的气量增大，流量计和压力开关的值增大，报警，直至联锁停机。当它们的值减小时，说明第二级密封损坏。可见，放火炬线上的流量计是监视密封运行状态的关键仪表。

低压氮气经过滤器和自立式调节阀后分二路，一路经针阀控制其流量，进入二级密封腔，有流量计显示其流量。另一路用孔板控制綦流量进入后置隔离气腔。

迷宫密封

迷宫密封又称梳齿密封，在离心式压缩机中应用很普遍，它不仅用于空气、氨气、二氧化碳等无毒害气体的压缩机轴封装置，而且应用于压缩机内部的级间密封、轮盖密封以及平衡盘密封。

迷宫密的分类

曲折形迷宫密封；平滑形迷宫密封；阶梯形迷宫密封；径向排列的迷宫密封；

迷宫密封的基本原理：在密封处形成流动阻力极大的一段流道。当少量气体流过时，即产生一定的阻力降。由此可见，迷宫密封的特点是有一定的漏气量，并依靠漏气量经过密封装置时产生的压力降来平衡装置前后的压力差。气量流过迷宫密封的机理如下：当气流通过齿缝时，因流通截面变小，加速降压，近似于绝热膨胀过程。气流从齿缝出来进入密封片间空腔时，通流面积突然扩大，气流形成很强的旋涡，从而使速度几乎完全消失，而且动能头不能变为静能头而是转化为热量。即在空腔中进行等压膨胀过程。为使少量气体流过一系列空腔后，气体的压力降与密封装置前后的压差相等，需要装置

一定数目的密封齿。

提高迷宫密封的措施：

减小齿缝面积，即要求齿缝间隙小，密封周边短，使的小漏气量通过时，能有较大的动能头。

增大局部阻力，使两齿缝间的空腔能将齿缝中出来的动能头全部转化为热量，而不使它再恢复为静能头。为此需增加气流通流面积突然变化的程度及增加流通的曲折的程度。

增加密封片数，减小每个密封片前后的压力差。

迷宫齿片的材料一般用青铜、铜锑锡合金，做成薄的条环嵌在机壳上的内槽中。当气温超过120度时，采用镍铜铁金或不锈钢。当气体具有爆炸性时，则采用不会产生火花的材料如银、银铝合金或镍。我国生产的石油气压缩机中就采用铝片作为密封梳齿，也可采用聚四氟乙烯。

迷宫密封的主要尺寸

齿数Z；梳齿间隙；节距；梳齿顶削薄并制成尖角，这样可以减弱轴与密封片可能碰撞时发生的危害，又能降低漏气量；梳齿密应于转子同心。

浮环密封

浮环密封主要应用于离心式压缩机的轴封处。如果运转良好，可以做到绝对不泄漏到大气中，它特别适用于高压、高速，所以在石油化工厂中广泛应用于各种昂贵的高压气体以及各种易燃、易爆和有毒气体；对吸入压力较高的锅炉给水泵，化工泵也常用。

浮环密封的结构组成：低压侧浮环、L型固定环、销钉、弹簧、高压侧浮环、挡油环、甩油环、高压侧预密封梳齿、梳齿座、高压侧回油孔、泄油腔、进油口、低压侧回油空腔、轴套。它有几个活动的浮动环，在轴转动时，被油浮起。为了浮环转动，环中装有销钉3，密封液体从进油口13注入后，通过浮环和轴之间的间隙，沿轴向左右两端流动，密封液体的压力应严格控制在比压缩机内气体介质压力高半公斤左右。通常是用高位槽的液位来保持这个压差，槽内液面上与被密封的液体相通，便可保持密封液体的压力。图中左侧是高压端，右侧是低压端。流经高压端的密封液体通过高压浮环、挡油环6、及甩油环7，由混合腔11排至油气分离器。因为密封液与高压气体间的压差很小，因此向高压端的流油量也很少。这部分液体是和机内泄漏的气体混合排出的，必须经地经过气液分离后才能使用。但密封油压与低压侧的压差可达几个甚至十几个MPA，所以大部分密封液体都通过三个低压浮动环流至空腔14，通过回油管排至回油箱。这部分气体没有与压缩气体接触，所以是干净的，可以直接使用。浮动环一般装在L型固定环2中，有些浮环密封为了使浮环与固定环贴紧，用弹簧将浮环压向固定环一边。轴上一般装有轴套，轴套与浮环间的间隙很小，一般是轴径的5/10000~1/1000，其值与操作条件有

关，浮环结构有关。高压侧浮环间隙较小，高压侧浮环间隙较大。考虑到启动和通过临界转速时，浮环与轴套可能有短暂的摩擦接触，因此最好在环端面镀锡青铜，环内侧浇巴氏合金。如用水作密封液最好用防锈材料制成。

浮环密封的工作原理。浮环密封是靠高压密封油在浮环与轴套间形成油膜，产生节流降压，阻止高压侧的气流向低压侧。因为主要是油膜起作用，故称为油膜密封。当轴转动时类似于滑动轴承的工作原理。在偏心圆柱间隙内将形成油膜，产生流体动压力，将浮环托起。根据油膜原理，如果浮环与轴完全同心，则不会产生油膜浮力；如果浮环与轴偏心，则轴转动时将产生油膜浮力。这浮力使浮环浮起而使偏心减小。当偏心减小到一定程度，这时产生的浮力正好与浮环重量相等。便达到动态平衡。由于浮环很轻，则动态平衡时的偏心很小，即浮环与轴自动保持同心，又形成二者之间的流体摩擦状态，避免了轴和浮环的磨损。因为浮环与轴有自动同心作用，故间隙可以很小，大大减少了泄漏量。浮环密封通常与迷宫密封同时使用，即在浮环密封之前有一道迷宫密封，用来减少被高压油带走的气体。浮环密封与大多数不接触式密封一样，对运转工况的变化不敏感，同时在正常条件下不会产生磨损，故很安全。

充气密封与抽气密封

当被压缩的介质是易燃、易爆、剧毒等气体绝对不允许漏气，而又允许混入少量其它气体时，则可利用充气密封的方法防止有害气体外漏，密封气可以为空气、氮气或是其它气体，密封气的压力要高于机器的吸入压力，而出口端通过一道梳齿形密封进入A 室，而A室有平衡管与吸入端B室相连，以降低密封压力。这样，一部分密封气体便混入被压缩气体中，而另一部分气体则从梳齿形密封漏机外，以防止有害气体的漏出为防止易燃、易爆、剧毒气体向外泄漏，还可以采用抽气密封的方法。抽气密封装置需要一个空气源或一个蒸气源。蒸气通过一个引射器造成低于一个大气压的装置；这样，密封腔A、B室的压力将低于大气压力，机内的气体及在气通过管道而被引射到室外。为了减少有害气体的泄漏，而将机器的高压端与低压吸入端用平衡管相连，从而降低密封压力差，减少泄漏。

机械密封

机械密封的工作原理及分类

工作原理：机械密封是由两块密封元件垂直于轴的/光洁而平直的表面相互贴合，并作相对转动而构成的密封装置。

它是靠弹性构件（如弹簧）和密封介质的压力在旋转的动环和静环的接触面上（端面）上产生适当的压紧力，使这两个端面紧密帖合，端面间维持一层极薄的流体膜而达到密封的目的。这层液体膜具有流体的动压力和静压力，起着润滑和不稳平衡压力的作用。

结构原理：机械密封一般具有四个密封点。如图所示A点为端面密封点，B点为静环与压盖之间的密封点；C点为动环与轴套之间的密封点；D点为压盖与泵壳之间的密封点。

B、C、D是静止密封，一般不易泄漏；A点即为相对旋转旋转密封，只要设计合理即可达到减少泄漏的目的。

常用机械密封结构型式分类：

弹簧装置旋转或静止

旋转式：弹簧装置随轴旋转，结构简单、径向尺寸小。

静止式：弹簧装置静止不动，因此没有高速转动零件产生的离心力及对介质强烈搅动。

弹簧位于介质之内或之外

内装式：弹簧置于密封介质之内。受力情况良好端面比压随介质压力增大而增大，增加了密封的可靠性。一般情况下，介质泄漏方向与离心力方向相反而阻碍了介质的泄漏。

外装式：弹簧装于工作介质之外，受力情况较差。如常用的外装全平衡型，介质作用力与弹簧作用力相反，当介质波动时出现密封不稳定。端面比压常因介质压力降低而增大，尤其在低压起动时摩擦副尚未形成液膜，因而容易擦伤端面。一般情况下，介质泄漏方向与离心力方向相同，因而增加了介质的泄漏。但外装式因大部分零件不与介质接触且暴露在设备外故便与观察、安装、维修。

介质泄漏方向

内流式：介质沿半径方向从密封端面外周向内泄漏。因泄漏方向与离心力方向相反，故泄漏量较外流式为小。

外流式：介质沿半径方向从内周向外泄漏。

介质以端面引起的卸载情况

平衡型：介质压力在密封端面上引起卸载的称为平衡型；全部卸载称全平衡型；K≤0时为全平衡型；

部分平衡型：部分卸载称部分平衡型当0＜K＜1时为部分平衡型

非平衡型：不卸载的称为非平衡型。K＞1时为非平衡型。

摩擦副的对数

单端面：在密封装置中仅有一个摩擦副。制造、安装方便。在理论上不能消除介质泄漏。

双端面：在密封装置中，有两对摩擦副且处于相同的封液压力作用下。从端面密封因要通入带有压力的封液密封腔，起堵封和润滑作用，而需要另设一套辅助装置。封液选择不影响被密封介质的性能，又无毒、无腐蚀、润滑性能良好。汽化温度高的介质。一般采用软水，封液压力应比介质工作压力高0.5-1.5公斤/厘米。

单弹簧和多弹簧

仅有一个大弹簧，弹簧与轴同中心安装，称单弹簧。如有数个小弹簧，弹簧沿圆周均匀

端面比压与弹簧比压的选择：

端面比压（密封面上的单位压力）选择的一般原则：

1.端面比压始终是正值（即P C＞0），且不能小于端面间液膜的反向力，使端面始终被压

紧贴合。

2.端面比压应大于因摩擦使端面间温度升高时的介质饱合蒸气压，否则因介质蒸发而破

坏端面间液膜。

3.控制端面比压数值，使端面间液膜在泄漏量尽可能小的情况下，还能保持端面间的

润滑作用。

4.必须同时考虑到摩擦副线速度的影响，使P V C值小于材料的允许[P V C]值。

5.弹簧比压应（弹性元件在端面上产生的单位压力）的大小应保证低压操作、停车时的

密封和克服密封圈与轴套间的摩擦力。

6.通常压力高且润滑性能好的介质，端面比压及弹簧比压应取大值。反之，应取小值。

7.辅助密封采用橡胶制造，弹簧比压可选的小些，若采用聚四氟乙烯制造，弹簧比压选

得高些。

8.摩擦副端面的比压（P C）与平均线速度（V）的乘积，是选择和比较机械密封的重要

依据，具有高P C V值又能长期工作，是密封先进水平的重要标志。P C V值影响着密封的三个主要性能：一是泄漏量，即密封性。与P2C成反比；二是摩擦发热量，即摩擦功率，与P C V乘积成正比；三磨损量，即寿命，与P C V乘积成正比。更为重要的是P C V值影响着端面间液膜的形态和厚度，当P C V值超过一定数值范围后，端面间便不能维持一个完整的液膜，使摩擦副的半湿式摩擦工作状态遭到破坏。此时端面间温度迅速升高，磨损剧烈，密封失效。

动环的一般传动方式：弹簧传动、传动套传动、拔叉传动、螺钉传动、键或销传动。静环的固定方式：

浮装式固定：静环的台肩借助密封圈而安装在压盖的台肩上，静环与压盖之间没

有直接的硬接触面，利用密封圈的弹性变形使得静环具有一定的补尝能力。因此，对压盖的制造和安装误差不敏感，是较常用的一种，浮装式固定需要安装防转销，以防静环可能出现转动。

托装式固定：静环端面依托在压盖端面上，同时用密封圈封闭静环与压盖之间的间隙，这是坚实的固定方式。适用于高压密封。但静环的补尝能力降低，需相应提高压盖的安装和制造精度要求。托装固定也需要防转销。

夹紧式固定：静环被夹紧在压盖与密封腔的止口间，压盖、密封腔与静环之间的间隙用垫片密封。介质作用在静环上的压力被压盖和密封腔承受，不会产生静环位移而破坏密封的现象。因此特别适用于外装式密封。采用此固定方式，静环不需要做出辅助密封圈安装槽，对陶瓷等硬脆材料的静环很适用。静环完全无补尝能力，对压盖的制造安装精度要求严格。

摩擦副的材料：纯石墨、浸渍树脂石墨、浸渍金属石墨聚四氟乙烯、酚醛塑料、陶瓷、堆焊硬质合金、碳化钨硬质合金、青铜、高硅铸铁。

辅助密封圈材料：橡胶、聚四氟乙烯、软聚氯乙烯塑料

弹簧材料：

1.磷青铜，在海水、油类中使用。

2.磷素弹簧钢：

60Si2Mn、65Mn。用于温度较低的无腐蚀性介质

50CrV用于温度较高（300摄氏度）的无腐蚀性介质。

3．铬钢：3Cr13、4Cr13用于弱腐蚀性介质。

4．不锈钢：1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti、用于强腐蚀性介质。机械密封的冷却、冲洗方法：

1.当介质温度在0－80度时，通常由泵出口将输送干净的介质直接引入密封腔，

或者由单独设置的一套系统中将冲洗液引入密封腔，冲洗、冷却密封端面。

2.在上述冷却、冲洗方式的基础上，增加静环背部的冷却，冷却条件有所改进，还

可收集易恢发和有味的流体。

3.当介质温度在80－200度时，除采取以上两和种措施外，通常在密封腔外加一冷

却水套进行间接冷却。介质易结晶时，冷却水改为通蒸气，起到保温作用。

4.介质温度高于200度时，除了在冷却水套中通冷却水外，尚应采取强制措施，即

从泵出口将输送的干净介质经外部强制冷却后，引入密封腔内冲洗冷却。

密封端面，或者由单独设置的一套系统中，将压相当的常温干净冲洗液直接引入密封腔内进行冲洗、冷却。

5．如果介质中含有颗粒或杂质，必须采取过虑措施，把干净介质或常温冲洗液直接引入密封腔内，进行冷却、冲洗。

6．由于冷却水的引入，往往在轴上形成水垢，容易破坏密封，故应软水冷却。否则应采取措施防止水垢结在密封端面。

端面间的液膜润滑

为使端面间的液膜起良好的润滑和密封作用，除需从介质特性.压力.温度.滑动速度等因素综合考虑.并且从选择适当的端面比压.合理的润滑结构和提高摩檫副的表面质量来加以保证之外，必要时，还要采取强化润滑条件的结构，下面介绍几种方法。

1.端面偏心

将动环或静环中某一个环的端面的中心线做成与轴线偏移一定距离E，使环在旋转时不断带入润滑液至滑动面间起润滑作用。应当注意：

1）对于高压，偏心尺寸E不宜过大，否则端面比压产生显著的不均匀性，由图6-51可见，偏心环的偏心一侧容易受到磨损。同时，任意摩檫副内的环有某一偏移时，摩檫面宽度增加2E。

2）对于高压转速密封，不宜用动环作为偏心环，以避免偏心离心力作用引起不平衡。

3）由偏心造成的比压不均匀性其最大和最小单位压力值由下式表示：

2．端面开槽。高压和高速机械密封间的液膜因高压和摩擦热所破坏，对于这种情况，采取开槽形式来强化润滑是相当有效的。

3．静压润滑。

静压润滑是在静环端面上开均布小孔或在动环的端面上开环形槽，将润滑介质直接引到摩擦面间起润滑作用。液膜压力由单独的液源产生，用此压力与流体形成的推力相对抗，此种形式也称为流体静力密封。