干气密封原理及使用
螺旋槽干气密封工作原理
作者： 来源：天涯问答 发布时间：2009-11-12 13:27:12 浏览量：89次
在正常运转条件下该密封的闭合力等于开启力，这是理想的设计工况，若受到外来干扰，间隙减小，则气体剪切率增大，螺旋槽开启间隙的效能增加，开启力大于闭合力，恢复到原
间隙；若受到外扰间隙增大，则缝隙内膜下降，开启力小于闭合力，密封面合拢恢复到原间隙，只要在设计考虑的范围内，外扰消失后马上即可恢复到原来的位置。这种阻止气膜间隙改变的自我恢复能力叫气膜刚度，因此，螺旋槽面密封对压力波动和外来机械干扰是很敏感的。只要密封设计能产生最大的气膜刚度和很小的平衡间隙的最佳工况，螺旋槽面密封的运转时间间隙变化就不会很显著，因此，衡量干气密封稳定性的指标就是密封产生气膜刚度的大小，气膜刚度越大，表明密封的抗波动能力越强，密封运行就越稳定。
影响干气密封性能的主要参数
干气密封的性能主要体现在密封运行的稳定性（或者说使用寿命）和密封泄漏量的矛盾上面，影响干气密封泄漏量的直接因素就是干气密封的气膜厚度，也就是干气密封运转时密封面间形成的工作间隙。
干气密封系统：
(1)简介
干气密封是一种气膜润滑的流体动、静压结合型非接触式机械密封，主要应用于天然气管线、炼油、石油化工、化工等行业的透平压缩机、透平膨胀机等旋转机械。干气密封最早是由螺旋槽气体轴承转化而来的，和其他机械密封相比，其主要区别是在旋转环或静止环端面上(或者同时在这两个端面上)刻有浅槽，当密封运转时，在密封端面形成气膜，使之脱离接触，因而端面几乎无磨损。其可靠性高，使用寿命长，密封气泄漏量小，功耗极低，工艺回路无油污染，工艺气也不污染润滑油系统。
(2)工艺流程及说明
(a)氮气流程
氮气从氮气罐引出经粗滤器与精滤器，过滤精度达到1u后分为四路。
两路前置密封气(缓冲气)：一路经孔板进入高压端密封腔，另一路经孔板进入低压端密封腔。进入前置密封腔体内氮气主要是防止机体内介质气污染密封端面，用孔板控制氮气消耗量。两路主密封气：一路经流量计进入高压端主密封腔，另一路经流量计进入低压端主密封腔。压缩机运转时，依靠刻在动环上螺旋槽的泵送作用，打开密封端面并起润滑、冷却作用。一套主密封氮气正常消耗量≤1NM3／h。
(b)仪表风流程
仪表风从装置仪表风管网引出经过滤器，过滤到3u精度后，至干气密封柜，作为隔离气。两路后置密封气(隔离气)：一路经孔板进入低压端后置密封腔，另一路经孔板进入高压端后置密封腔。进入后置密封腔体内仪表风主要是防止润滑油污染密封端面，用孔板控制仪表风消耗量。
(3)报警联锁说明
主密封气与前置缓冲气压差正常值：≥0.3Mpa；低报：0.1Mpa；低低报：0.05Mpa。
(4)操作规程
干气密封投用:
(a)运行前要对管路进行彻底吹扫，防止管内焊渣等杂质进入、密封腔，清洁度lu，并将所有阀门关闭，处于待命状态。
(b)在机组油运前至少十分钟，必须先通后置隔离气，且在机组运行中不可中断，在机组进气前，投用缓冲气，当机组进气后，前置密封气压力应比平衡管处压力高0.05 Mpa。
(c)开机前必须投用主密封气。
干气密封停用:
(a)压缩机停车后需降低润滑油总管压力防止润滑油进入密封腔，造成密封损坏。
(b)压缩机正常停车后，缓冲气及主密封气不能立即停用，须等机体内无压力后，且介质气置换完全后，才可停用。
(c)压缩机正常停车后，后置密封隔离气必须在润滑油循环停止十分钟后，才可关闭。
精密流量计投用:
投用顺序：流量计副线阀开—流量计下游阀开一流量计上游阀开一流量计副线阀关(5)日常操作要求
过滤器差压是测量粗过滤器与精过滤器是否堵塞，差压为60Kpa报警，此时需更换过滤器芯；更换前应先打开另一路过滤器前后的阀门，再关闭己堵过滤器前后的阀门，放空后既可更换。
干气密封技术在离心压缩机中的应用
干气密封技术在离心压缩机中的应用摘要：通过对干气密封在 120万吨/年加氢裂化装置中循环压缩机上的应用，阐述了干气密封的工作原理及在装置中的运行情况。关键词：干气密封；工作原理；控制原理 The Application of Dry Gas Seal Technology in Centr
干气密封技术在离心压缩机中的应用
摘要：通过对干气密封在120万吨/年加氢裂化装置中循环压缩机上的应用，阐述了干气密封的工作原理及在装置中的运行情况。
关键词：干气密封；工作原理；控制原理
The Application of Dry Gas Seal Technology in Centrifugal Compressor Abstract: Through the application of dry gas seal technology in
circulation compressor of 1.2 million tons/year hydrocracking installation, the working principle of dry gas seal and its operating status in installation are specified in this paper.
Key words: dry gas seal; working principle; control principle
0引言
随着石油化工、能源工业的发展以及人们安全环保意识的提高，对各类转动设备轴封的要求也越来越高。目前，国内绝大多数石化企业转动设备轴封型式采用的是单端面机械密封或双端面机械密封。单端面机械密封结构简单，但存在工艺介质易泄漏的问题，不适合输送易挥发介质；双端面机械密封用外引密封液做润滑冷却介质，密封结构及辅助系统较为复杂。由于机械密封为接触式密封，其使用寿命已经不能满足石化企业长周期运行的要求。干气密封的出现，是密封技术的一次革命，它具有使用寿命长、无介质泄漏、轴功率消耗低等优点，因此，得到广泛应用。
该离心式压缩机由沈阳鼓风机集团有限公司制造，型号BCL406/A离心压缩机，是我厂加氢裂化装置的核心设备，其能否长周期运转关系到装置能否正常运行。
(责任编辑：admin)
1 干气密封工作原理典型的干气密封结构如图1 所示，由旋转环、静环、弹簧、密封圈、弹簧座和轴套组成。图
2 为干气密封旋转环示意图，旋转环密封面经过研磨、抛光处理，并在其上面加工出有特殊作用的流体动压槽。
1 干气密封工作原理
典型的干气密封结构如图1 所示，由旋转环、静环、弹簧、密封圈、弹簧座和轴套组成。图 2 为干气密封旋转环示意图，旋转环密封面经过研磨、抛光处理，并在其上面加工出有特殊作用的流体动压槽。
干气密封旋转环旋转时，密封气体被吸入动压槽内，由外径朝向中心，径向分量朝着密封堰流动。由于密封堰的节流作用，进入密封面的气体被压缩，气体压力升高。在该压力作用下，密封面被推开，流动的气体在两个密封面间形成一层很薄的气膜，此气膜厚度一般在3μm左右。气体动力学研究表明，当干气密封两端面间的间隙在2～3μm时，通过间隙的气体流动层最为稳定。这也就是为什么干气密封气膜厚度设计值选定在2～3μm的主要原因。当气体静压力、弹簧力形成的闭合力与气膜反力相等时，该气膜厚度十分稳定。
1.弹簧座
2.弹簧
3.静环
4.旋转环
5.密封环
6.轴套
图1 干气密封结构图
1.动压槽
2.密封坝
3.密封堰
4.密封旋向
图2 干气密封端面动压槽示意图
正常条件下，作用在密封面上的闭合力（弹簧力和介质力）等于开启力（气膜反力），密封工作在设计工作间隙。当受到外部干扰，气膜厚度减小，则气膜反力增加，开启力大于闭合力，迫使密封工作间隙增大，恢复到正常值。
相反，若密封气膜厚度增大，则气膜反力减小，闭合力大于开启力，密封面合拢恢复到正常值。因此，只要在设计范围内，当外部干扰消失以后，气膜厚度就可以恢复到设计值。衡量密封稳定性的主要指标就是密封产生气膜刚
相反，若密封气膜厚度增大，则气膜反力减小，闭合力大于开启力，密封面合拢恢复到正常值。因此，只要在设计范围内，当外部干扰消失以后，气膜厚度就可以恢复到设计值。衡量密封稳定性的主要指标就是密封产生气膜刚度的大小，气膜刚度是气膜作用力的变化与气膜厚度的变化之比，气膜刚度越大，表明密封的抗干扰能力越强，密封运行越稳定。干气密封的设计就是以获得最大的气膜刚度为目标。
干气密封是采用机械密封和气体密封的结合，是一种非接触端部密封，它是在机械密封
的动环或静环（一般在动环上）的密封面上开有密封槽（本密封为T形槽），当动静环高速旋转时，在两端面间形成一层气膜，在气体泵送效应产生的推力作用下把动静环推开，使两密封端面不接触，但在压缩机刚开机阶段，由于转速较低，动静密封面形成的动压力也较低，动静环是接触摩擦的，所以采用干气密封的压缩机，低速运行时间不宜过长[1]。
图3 T型槽
本装置双向串联干气密封特点：密封型式为双向串联干气密封；密封槽为T形槽，见图3；旋转环材料为碳化硅；静环为涂DLC工业金刚石碳化硅；辅助密封元件采用填充PTFE，弹簧（ALLOYC40）加载。采用T形槽密封端面，可以避免压缩机正反转造成密封损坏或减少使用寿命。
干气密封的密封气采用差压控制，利用启动薄膜式调节阀使平衡管气与密封气保持一定压差，隔离气和级间密封气分别利用自力式调节阀保持压力恒定。
装置开工和停车时，压缩机出入口压力相等，此时增压泵启动，保证密封气压力比平衡管气压力高0.3～0.4MPa（G）,增压泵驱动气源工业风为0.35～0.4 MPa（G），密封气密封室压力比一级排气压力高0.03 MPa以上，级间密封比二级排气压力高0.03 MPa以上。
2影响干气密封性能的主要参数
将影响干气密封性能的参数分为密封端面结构参数和密封操作参数。端面结构参数对密封的稳定性影响较大，操作参数对密封的泄漏量影响较大。
2.1 密封端面结构参数对气膜刚度的影响
2.1.1 干气密封动压槽形状(责任编辑：admin)
从流体动力学角度来讲，在干气密封端面开任何形状的沟槽，都能产生动压效应。
理论研究表明，螺旋槽产生的流体动压效应最强，用其作为干气密封动压槽而形成的气膜刚度最大，即干气密封的稳定性最好。
2.1.2 干气密封动压槽深度
理论研究表明，干气密封流体动压槽深度与气膜厚度为同一量级时，密封的气膜刚度最大。实际应用中，干气密封的动压槽深度一般在3～10μm。在其余参数确定的情况下，动压槽深度有一最佳值。
2.1.3 干气密封动压槽数量、动压槽宽度和动压槽长度
理论研究表明，干气密封动压槽数量趋于无限时，动压效应最强。不过在实际应用中，当动压槽达到一定数量后，再增加槽数时，对干气密封性能影响已经很小。此外，
干气密封动压槽宽度、动压槽长度对密封性能都有一定的影响。
2.2 操作参数对密封泄漏量的影响
2.2.1 密封直径、转速对泄漏量的影响。密封直径越大，转速越高，密封环线速度越大，
干气密封的泄漏量就越大。
2.2.2 密封介质压力对泄漏量的影响。在密封工作间隙一定的情况下，密封气压力越高，
气体泄漏量越大。
2.2.3 介质温度、介质粘度对泄漏量的影响。介质温度对密封泄漏量的影响是由于温度
对介质粘度有影响而造成的。介质粘度增加，动压效应增强，气膜厚度增加，但同时流经密封端面间隙的阻力增加。因此，其对密封泄漏量的影响不是很大。
3干气密封的控制系统
3.1 主要控制流程
3.1.1 主密封气控制流程
从压缩机出口来的密封气，首先经过除雾器V-3840除雾，然后进入密封气过滤器（精度3μm）FL-3841A/B进行过滤。如果密封气的压力与平衡管压力差低于0.345MPa（G）(设定值),则增压泵B-3840自启,给密封气提压。提压后的密封气进入储液罐D
-3840A/B进行气液分离，再经过过滤器（精度3μm）FL-3842过滤后进入密封气调节阀PDCV-3840。调节阀调节进气流量为1614-5663NL/min,密封气经调节阀后分两路并经过流量孔板进入一级密封腔。然后泄漏气经一级密封气泄漏线并经过孔板FE-3846/3847排入火炬。
3.1.2 辅助密封气控制流程
级间密封氮气从氮气区来的氮气经过滤器（精度1μm）FL-3840A/B过滤后，级间密封气经调节阀PCV-3840调节流量控制在65～100NL/min后，又分两路经流量孔板FE-3842/3843进入级间密封气密封腔，级间密封起辅助密封作用。然后氮气经二级泄漏线进入火炬。需要注意的是：二级密封进气流量应略小于一级密封放入火炬的流量。
3.1.3 隔离密封控制流程
隔离氮气从氮气区来的氮气经过滤器（精度3μm）FL-3840A/B过滤后，经隔离气经调节阀PCV-3841调量110—174NL/min后，又分两路经流量孔板FE-3844/3845进入隔离气密封腔，隔离润滑油。其中一部分经过密封进入二级密封排气腔；另一部分由端面进入轴承箱，高点放空。
3.2主要控制系统参数设置
主密封气过滤器设有差压变送器PDIT-3841，并设定压力0.138MPa（G）的高报警值，当过滤器差压变大时，必须切换进行清理或更换滤芯。主密封气与平衡管设有差压表PDIT-3840，当压差小于0.345 MPa（G）时，增压泵B-3840自启，给主密封气增压，当差压高于0.52 MPa（G）时，增压泵B-3840自动关闭。增压泵漏气压力PSA3842＞0.1MPa（G）时高报警，PSA3842＞0.14MPa（G）时停增压泵。
主密封气的流量表（标准状态）FIT-3840、FIT-3841设有＞5663NL/min高报警、设有＜1614NL/min低报警，此时需要调节流量，泄漏气和Ｎ2通过迷宫密封释放到火炬，流量计流量FA3846/3847＞164.2NL/min高报警；流量计流量FA3846/3847＞235NL/min停机。
级间密封气通过自立式调节阀PCV-3840调节压力，控制级间密封气压力＞0.0655 MPa （G）高报警，＜0.0193 MPa（G）低报警。
隔离气通过自立式调节阀PCV-3841调节压力，隔离气压力PIA-3840＜90kPa（G）低报警。隔离气供气流量表（标准状态）FIT-3844、FIT-3845设有＞184NL/min 高报警、设有＜99NL/min低报警。
以上主要参数全部经组态并入ESD系统，可以实现对该密封系统进行监控。
3.3几点整改
3.3.1 增压泵驱动气源由仪表风改为氮气，因为设计仪表风从管网引来，没有经过过滤和缓冲罐，压力可能会有波动或带液，不利于密封系统的稳定，所以经研究决定改为氮气，并经氮气过滤器过滤后进入密封腔，此氮气是从稳压氮气管网引出，这样既保证了驱动气源清洁度又保证了气源的稳定性。
3.3.2 对所有密封辅助系统工艺管线增加了电伴热线，有效防止了密封气中大分子量气在低温下凝液造成损坏密封的后果。
3.3.3 改造密封气放空系统，原设计排气到火炬，由于火炬有时候有背压，给排出气体造成一定的堵塞，改造后，把气体直接排向大气。
4运行情况
干气密封投用以来，经历了空负荷试车，氮气负荷试车，两次开停工及仪表假指示造成连锁停车等多种考验，表1是干气密封运行情况，从表中可以看出密封性能稳定，可靠，机组运行平稳，事实证明了干气密封的优越性。
?压缩机干气密封基本原理及使用分析
?2007-12-14 10:38:00 作者：admin来源：浏览次数：467网友评论 0 条
?
?Basic Principle And Use Analysis For Dry Gas Seal Of Compressor
Li Guiqin et al
Abstract:Research is carried out against the product of dry gas seal of German Burgmann Company,combining the operating performance of compressor,contents of principle of compressor dry gas seal,structural feature,seal material,service requirment and manufacture etc.are mainly discussed. Key words:Turbocompressor Dry gas seal Structure Application
一、引言
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。与其它密封相比，干气密封具有泄漏量少，磨损小，寿命长，能耗低，操作简单可靠，维修量低，被密封的流体不受油污染等特点。因此，在压缩机应用领域，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。干气密封使用的可靠性和经济性已经被许多工程应用实例所证实。
目前，干气密封主要用在离心式压缩机上，也还用在轴流式压缩机、齿轮传动压缩机和透平膨胀机上。干气密封已经成为压缩机正常运转和操作可靠的重要元件，随着压缩机技术的发展，干气密封正逐步取代浮环密封、迷宫密封和油润滑密封。
本文针对德国博格曼公司的干气密封产品进行了研究，结合压缩机的工作特点，重点论述压缩机干气密封的原理、结构特点、密封材料、使用要求和制造等方面的内容。
二、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1表示出了压缩机干气密封的具体结构。
图1 压缩机干气密封示意图
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O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。
干气密封与液体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)。气体进入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将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。此力靠特殊措施——三维的、弧形的槽来获得。
压缩机干气密封设计和使用为两种槽型：双向的(U形)和单向的(V形)槽型。两种槽型的特性见表1。
表1 V形槽和U形槽的特性
*注意：DGS在低于那些被采用的值以下操作仍能被保证，但是一个分离层是必要的。
三、密封材料分析
1.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。温度和压力极限由所用的辅助密封橡胶和端面材料决定。使用的端面材料对干气密封的工作起着决定性的作用。
端面材料对压缩机密封的操作影响很大。端面材料组对的选择与压力、轴径和转速有关(见表2 )。
表2 端面材料
图2 压缩机干气密封的形式
图3 V形槽U形槽
硬对软材料组对仅被用于低压范围。
博格曼干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压力的要求方面均显示出特殊的优势，又因密封间隙的几何形状受端面材料的压力和温度分布的影响，从表3材料的物理特性分析碳化硅做端面材料的优势最大。
表3 各种端面材料的物理特性
碳化硅的弹性模量(420GPa)较高保证了压力和温度的影响下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100～125W/m.K)保证必要的热量消散，因此密封端面的温度分布也是均匀的。
密封面采用硬对硬组对，为了在启动和停车时，增强偶然端面接触的自润滑性，博格曼干气密封在采用硬对硬材料组对时，碳化硅表面喷涂金刚砂-即DLC=diamond-like carbon。
2.辅助密封材料
辅助密封材料见表4。对于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，密封腔的压力突然下降将导致O型圈气体侧爆炸减压，因此引起橡胶圈的变形。为了消除气吸的损害，压力下降率应低于2MPa/min。
表4 辅助密封材料
注：*——博格曼代码
3.弹簧和其他结构件
弹簧和其他结构件通常用铬钢、不锈钢、Mo2Ti不锈钢、沉淀硬化不锈钢和哈氏C-4等。
四、基本结构与使用分析
1.单端面密封结构
如图4，此结构可作为一种无泄漏结构选择，此结构有一个可把泄漏引到一个适合的火炬或排气口接口。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。
A—介质冲洗C—火炬D—分离气体
图4 单端面密封结构
(如：BURGMANN DGS)
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“A”输送到密封腔。这样，过滤的介质从密封腔流向叶轮侧，从而阻止杂质从叶轮侧进入密封。
2.串联密封结构
如图5，串联结构是一种操作可靠性较高的干气密封结构。作为油和气工业的标准结构，它是设计简单且仅需要一个相当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是容许的工况。
A—介质冲洗C—火炬
D—分离气体S—排气口
图5 串联结构(如：BURGMANN DGS)
A—介质冲洗B—缓冲气体
C—火炬D—分离气体S—排气口
图6 带中间迷宫的串联结构
(如：BURGMANN DGS)
A—介质冲洗B—缓冲气体
D—分离气体S—排气口
图7 双端面密封结构(如：BURGMANN DGS)
在串联结构中，两个单封被前后放置形成两级密封。介质侧密封(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“C”引到火炬。大气侧密封所承受的压力与火炬压力相同，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。
3.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工艺介质中，此时串联结构的两级密封间可加迷宫密封。典型的应用是不允许介质泄漏到大气中，如H2压缩机，H2S含量较高的天然气压缩机(酸气)，和乙烯、丙烯压缩机。
此种结构的密封工作时，工艺气体的压力通过介质侧密封被降低。泄漏的工艺气体通过接口“C”排到火炬。大气侧密封通过接口“B”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。
4.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。由于密封热量的产生，对于每一种工况，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“B”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质压力高0.2MPa)。缓冲气体一部分泄漏到大气，另部分泄漏到介质中。
五、设计与操作范围
1.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。
干气密封基本原理及投用步骤Word版
１、干气密封基本原理 干气密封动静环表面平面度和光洁度很高，动环组件配合表面上有一系列的螺旋槽，随着转动，气体被内泵送到螺旋槽的根部，根部以外的一段无槽区称为密封坝。密封坝对气体流动产生阻力作用，增加气体膜压力。该密封坝的内侧还有一系列的反向螺旋槽，这些反向螺旋槽起着反向泵送、改善配合表面压力分布的作用，从而加大开启静环与动环组件的能力。反向螺旋槽的内侧还有一段密封坝，对气体流动产生阻力作用，增加气体膜压力。配合表面间的压力使静环表面与动环组件脱离，保持一个很小的间隙，一般为3微米左右。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。 ２、干气密封投用步骤 注意事项：ａ、严禁在不投用干气密封的情况下，打开压缩机的出入口阀。 ｂ、干气密封应依次投用一级密封气，二级密封气，后置隔离气。 ｃ、严禁在不投用干气密封的情况下，启动压缩机润滑油泵。 ｄ、必须确保排放火炬和放空的背压小于进入干气密封的密封气 压力。 ｅ、在开机后应尽量避免在干气密封在低于3000转以下长时间 运行。 ｆ、严禁在增压泵活塞杆漏气大于50KPａ的情况下启动增压泵。 步骤：干气密封系统安装后，在一级，二级，后置隔离气入口法兰端口处接上洁净的仪表风或低压氮气连续吹扫4～6小时以上，直到用细纱漂白布贴近六个出口吹扫5分钟以上，用眼仔细观察确无灰尘、油污、水分等杂质为合格。吹扫干净后关闭所有阀门，处于待命状态。 打开系统所有常开取压阀，投用现场压力表、变送器、压力开关，液位计等并检查各管线，活接头连接情况。 打开低压N气去干气密封系统阀门，充分脱液后进行氮气置换，时间为
四小时，并通过一级密封气和平衡管差压控制阀 调节一级密封高低压端流量不低于１１７Nm3/h（柴油不低于２５０Nm3/h） 二级密封高低压端流量不低于２．９Nm3/h（柴油不低于６．５Nm3/h）排放火炬流量７－１１Nm3/h,（柴油５－８Nm3/h），并通过自力调节阀使阀后压力不低于0.185MPａ（柴油0.1 MPａ） 后置隔离气高低压端,流量不低于42.81 Nm3/h，（柴油15 Nm3/h），并通过自力调节阀使阀后压力不低于0.068MPａ（柴油不低于0.01 MPａ）。待一级密封气高低压流量表为0时，打开压缩机底部排液阀进行置换并气密。在此换过程中
干气密封的特性及主要工作原理
干气密封的特性及主要工作原理 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。 干气密封图 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
干气密封的工作原理和特点
干气密封的工作原理和特点 干气密封是一种新型的非接触式轴封。干气密封在结构上与普通的机械密封基本相同，重要的区别在于干气密封其中的一个密封环上面加工有均匀分布的流体动压槽。运转时进入槽中的气体受到压缩，在密封环之间形成局部的高压区，使密封面开启，从而能在非接触状态下实现密封。 干气密封与普通的机械密封相比主要有以下的优点： （1）省去了普通密封油系统以及用于驱动密封油系统运转的附加功率负荷。 （2）大大减小了计划外维修费用和生产停车。 （3）避免了工艺气体被油污染的可能性。 （4）密封气体泄漏量小。 （5）维护费用低，经济实用性好。 （6）密封驱动功率消耗小。 （7）密封寿命长，运行可靠。 该压缩机采用的是GCTL01/L99型带中间迷宫的串联式干气密封，是干气密封中安全性、可靠性最高的一种结构。这种结构可保证工艺介质不会泄漏至大气环境中，同时可以保证干气密封引入的外部气源氮气不会漏入工艺介质中。 串联式干气密封相当于前后串联布置的两组单端面干气密封。第一级干气密封为主密封，基本上承受全部压差；第二级干气密封为辅助安全密封，正常运行时在很低的压力下工作，当第一级密封失效时，第二级密封可以迅速承受较大的压差，起到密封作用，同时可防止一级密封失效时工艺气体大量向大气环境中泄漏，保证机组安全停车。大气端的隔离密封可避免轴承箱中的润滑油汽进入干气密封区域，保证干气密封在洁净、干燥的环境中运行。 为了保证干气密封运行的可靠性，每套密封系统都配有与之相匹配的监测、控制系统，其作用是一方面为干气密封提供干净、干燥的气源。另一方面对干气密封的运行状况进行实时监测，使密封工作在最佳状态，当密封失效时系统能及时报警。监控系统对密封是否正常运行的监测主要是通过对泄漏气体的流量及相关压力的监测来进行的。
干气密封工作原理
干气密封工作原理及结构布置 山东省东营市油田分公司油气集输总厂东营压气站 王玉军 [摘 要]详尽阐述了干气密封的工作原理,端面结构。指出根据现场实际工况及环境保护法要求,可分别采用的三种 典型布置,以及干气密封在使用时的维护,为用户在干气密封选择上提供指导。[关键词]机械密封 干气密封 螺旋槽 零泄漏 零溢出 作为一种非接触式机械密封,干气密封以其使用寿命长、无泄漏、节能、环保、运行维护费用低等一系列技术优势,逐渐在石油、化工以及冶金等工业的大型离心式压缩机和转子泵上得到广泛应用[1-2]。本文主要论述了干气密封,特别是螺旋槽干气密封的工作原理,结构特征以及使用时的维护,可为用户在干气密封选择、使用及维护方面提供借鉴。 1、工作原理 干气密封是基于现代流体动压润滑理论的一种新型非接触式气膜密封。气膜密封动环或静环端面上通常开出微米级流槽,主要依靠端面相对运转产生的流体动压效应在两端面间形成流体动压力来平衡闭合力,实现密封端面非接触运转。工程实际中使用较为广泛的流槽形式有雷列台阶式、斜平面式和螺旋槽面式, 其中尤以螺旋槽面式密封性能最佳。 螺旋槽干气密封工作原理如图1所示。动环端面上开有螺旋槽,整个端面分为槽区、台区和坝区。槽区主要提供必需的流体动压力,坝区主要阻挡气体向内侧流动以实现气体被压缩形成动压效应,增大气膜刚度,还可在密封停车时起密封作用。干气密封工作原理为:当动环按图示逆时针方向旋转时,由于粘性作用气体以速度V 进入螺旋槽;速度V 可分解为垂直于螺旋槽速度和与螺旋槽相切速度,其中主要提供流体动压力,而气流以速度运动到坝区后被压缩体积减小压力升高使密封面打开,从而实现非接触运转。干气密封正常工作时,端面间气膜一方面提供开启力来平衡闭合力,另一方面可起润滑冷却作用,因而省去复杂的封油系统 。图示干气密封为泵入式(气体从上游向下游流动)结构。 理想设计工况下,密封端面气膜开启力等于闭合力(密封介 质压力和弹簧力)。若密封受到外界扰动端面间隙减小,则流体动压效应增强,开启力大于闭合力,密封增大间隙重新恢复原来工作状态;反之,如果在外界干扰下间隙增大,则流体动压效果减弱,开启力小于闭合力,密封减小间隙并恢复到设计工作状态。如果设计合理,密封受到外界扰动可以自行恢复到原来工作状态,可见螺旋槽干气密封对外界扰动不敏感。 2、典型端面 近年来,国内外学者对螺旋槽干气密封端面结构形式作了 大量研究工作,以期能从结构形式改变来改善密封性能,其研究主要集中于如图2所示的螺旋槽及其组合结构形式[3-4]。 图2中黑色部分为螺旋槽。图2a 为外径侧开槽泵入式结构,当密封环逆时针旋转时,外径侧高压阻塞气体被泵入到端面间并形成一层稳定气膜从而使端面分离,阻塞气体既可润滑密封表面,又可防止工艺气体向外径侧泄漏。 图2b 为内径侧开槽泵出式结构,当端面顺时针旋转时,端面螺旋槽像一个个小容积泵一样,可将内径低压流体泵送到外径高压侧,从而实现工艺流体零泄漏或零逸出。 图2c 与图2a 不同之处在于密封坝上设置均匀分布的节流孔。节流孔可以将开槽环背面高压流体引入密封端面间,利用高压流体在密封端面间形成的静压效应提高端面气膜承载能力并增大气膜刚度。 图2d 所示密封环中间开槽,内外径侧均设置密封坝。其特点是可以实现端面双向旋转:当密封环顺时针旋转时就像图2b 所示螺旋槽泵出式结构,而当密封环逆时针旋转时就如图2a 中所示螺旋槽泵入式结构。内外径侧密封坝既可减少工艺气体泄漏,又可增大气膜刚度。 此外,还有Y 形槽和人字形槽等组合结构以及内外径开槽中间设置密封坝等多种结构形式。通常,通过在密封端面设计不同形式流槽以期改善端面流体流动状况,增强气体动压效应,促进端面热循环,保证密封动力学稳定性及挠性安装环具有良好追随性,从而获得性能优越并能适应特殊工况的密封端面结构。 3、结构布置 螺旋槽干气密封结构布置主要取决于密封工况条件(包括被密封气体组分、压力、温度,轴的转速等)、安全性以及环保要 — 072—
干气密封基本原理及使用分析
压缩机干气密封基本原理及使用分析 一、引言 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。与其它密封相比，干气密封具有泄漏量少，磨损小，寿命长，能耗低，操作简单可靠，维修量低，被密封的流体不受油污染等特点。因此，在压缩机应用领域，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。干气密封使用的可靠性和经济性已经被许多工程应用实例所证实。 目前，干气密封主要用在离心式压缩机上，也还用在轴流式压缩机、齿轮传动压缩机和透平膨胀机上。干气密封已经成为压缩机正常运转和操作可靠的重要元件，随着压缩机技术的发展，干气密封正逐步取代浮环密封、迷宫密封和油润滑密封。 本文针对德国博格曼公司的干气密封产品进行了研究，结合压缩机的工作特点，重点论述压缩机干气密封的原理、结构特点、密封材料、使用要求和制造等方面的内容。 二、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1表示出了压缩机干气密封的具体结构。 图1压缩机干气密封示意图 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O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。 干气密封与液体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)。气体进入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将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。此力靠特殊措施——三维的、弧形的槽来获得。 压缩机干气密封设计和使用为两种槽型：双向的(U形)和单向的(V形)槽型。两种槽型的特性见表1。 表1 V形槽和U形槽的特性 *注意：DGS在低于那些被采用的值以下操作仍能被保证，但是一个分离层是必要的。 三、密封材料分析 1.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。温度和压力极限由所用的辅助密封橡胶和端面材料决定。使用的端面材料对干气密封的工作起着决定
干气密封介绍
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。 干气密封图 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。
密封原理
密封基本原理 干气密封基本原理2011-10-11 干气密封在气体动压轴承的基础上发展而来的。干气密封于1979年由JONH CRANE公司研制成功，JOHN CRANE借此成为干气密封技术之执牛耳者。时至今日，干气密封技术在离心式压缩机等高速流体机械上已获得了广泛应用，在泵和反应釜等低转速设备应用已经必然成为趋势。JOHN CRANE公司研制了泵用2800 和2800E 系列干运转气体润滑机械密封，占领了泵用密封的高端市场。 干气密封在结构上与普通机械密封相比，干气密封的旋转环与静止环密封端面较宽；在旋转环或静止环端面上加工出特殊形状的流体动压槽，如螺旋槽、圆弧槽、T形槽等，槽深一般在10-9m数量级。具有动压槽的环通常采用SiC为材料，不具动压槽的环采用C石墨作为材料。（图1-1、1-2） 以螺旋槽干气密封说明干气密封的运行原理。当旋转环高速旋转时，旋转环或静止环端面上的螺旋槽将外径处的高压气体向下泵入密封端面间，气体由外径向中心流动，而密封坝节制气体流向中心，于是气体被压缩引起压力升高，在槽根处形成高压区。端面气膜压力形成开启力，在密封稳定运转时，开启力与由作用在补偿环背面的气体压力和弹簧力形成的闭合力平衡，密封保持非接触、无磨损运转。（图1-2、1-3） 如果出现某些扰动因素使密封间隙减小，此时由螺旋槽产生的气膜压力将增大，引起开启力增大，而闭合力不变，密封间隙将增大，直到恢复平衡为止；反之，如果出现某些扰动因素使密封间隙增大，此时由螺旋槽产生的气膜压力将减小，引起开启力减小，而闭合力不变，密封间隙将减小，密封将很快再次恢复平衡。干气密封的这种抵抗气膜间隙变化的能力称之为气膜刚度。（图1-4、1-5） 由于其优越的摩擦润滑性能，更长的工作周期和更短的MTBM，以及更高的可靠性和稳定性，干气密封作为一种性价比高的密封产品，可以预期在将来会得到更加广泛的应用。 干气密封的设计涉及诸多学科的内容。其中摩擦与润滑、流体力学、热力学、空气动力学、工程材料学、机械振动、控制理论是干气密封设计的需要涉及的核心内容。干气密封的几何参数（尺寸和槽型）和工况条件（密封压力、转速、气体温度和黏度）对其性能参数具有重要影响。（图2-1） 干气密封的性能参数涉及密封面压力分布、开启力、泄漏量、刚度、开启力/泄漏量比值、刚度/泄漏量比值等参数。对于这些参数的分析，可以通过求解气体润滑Reynolds方程获得，这是干气密封计算分析的基本方程。根据分析问题的不同，考虑气体滑移流动和端面的表面粗糙度，Reynolds方程可以得到不同的具体表达形式。（2-2） 图2和4是JONH CRANE 2800E干气密封的结构示意图。以此型号的干气密封为例，采用ANTISSA STUDIO设计的计算软件DGSTA获得其压力分布状况。以飨读者。（图3）图5是对图1干气密封原理的进一步生动的阐释。所有的3D图形都是由STUDIO ANTISSA的干气密封分析设计软件DGSTA分析和绘制。干气密封在稳定运行时端面压力分布如图5-1。 如果存在振动窜动等不稳定工况因素的干扰，密封端面彼此靠近，此时的压力分布如图5-2，可以看到则此时端面的压力升高，端面开启力〉弹簧和介质压力，端面在开启力作用下返回平衡位置。 如果密封端面彼此远离，此时的压力分布如图5-3，可以看到则此时端面的压力明显降低，端面开启力<弹簧和介质压力。端面在弹簧和介质压力作用下返回平衡位置。
泵用干气密封的原理及特点
本文摘自再生资源回收-变宝网（https://www.360docs.net/doc/f21419970.html,）泵用干气密封的原理及特点 泵用干气密封主要应用于离心压缩机等高速流体设备上。随着甭、反应釜等设备的出现,干气密封技术逐渐在低转速设备上进行了推广,从而形成了泵用干气密封技术。 一、泵用干气密封的工作原理 泵用干气密封是一种高性能、长寿命的新型密封型式，在结构上它与普通机械密封显著不同的是：动、静环密封端面较宽；在动环或静环端面上加工出特殊形状的流体动压槽，如螺旋槽，槽深一般在3-10pm之间。 当动环高速旋转时，动环或静环端面上的螺旋槽将外径处的高压气体向下泵入密封端面间，气体由外径向中心流动，而密封坝节制气体流向中心，于是气体被压缩引起压力升高，在槽根处形成高压区。端面气膜压力形成形成开启力，在密封稳定运转时，该开启力与由作用在补偿环背面的气体压力和弹簧力形成的闭合力平衡，密封保持非接触、无磨损运转，其气膜厚度一般维持在2-3pm。如果出现某些扰动因素使密封间隙减小，引起开启力减小，而闭合力不变，密封间隙将减小，密封将很快再次恢复平衡。 干气密封的这种抵抗气膜间隙变化的能力称之为气膜刚度。虽然泵用干气密封的气膜间隙很小，但气膜刚度很大，比液膜润滑机械密封的膜刚度要大得多。 二、泵用干气密封的主要优点 与传统的接触式机械密封相比，在离心泵中采用干气密封有以下几个方面的优点： （1）摩擦功耗低
由于干气密封的两密封端面被一薄层稳定的气膜所隔离而且密封腔内为低粘度的气体介质，因此干气密封的端面摩擦功耗和动环组件的搅拌摩擦损失要比液体润滑的密封装置的摩擦功耗小很多，一般两者消耗的功率之比约为1：10-20。 （2）无磨损运转、使用寿命长 对干气密封，由于两个相对旋转的端面是非接触的，在正常使用条件下，一般都可达到3年以上。 （3）无封液系统、能实现泵送介质的零泄漏或零溢出 封液系统时常是复杂的和昂贵的，并存在不可避免的故障危险。泵送介质的外泄漏和封液冷却密封都依赖于封液系统的完善化。干气密封避免了所有这些复杂因素，它利用干燥洁净的氮气源作为密封气，很容易实现泵送介质的零泄漏或零溢出，对泵送介质没有任何污染，而且系统比较简单、可靠性非常高。 三、泵用干气密封的技术难点 与高速透平压缩机用干气密封相比，离心泵用干气密封存在三个方面的难点：
干气密封技术基本结构原理
干气密封技术基本结构原理 一般来讲，典型的干气密封结构包含有静环、动环组件（旋转环）、副密 封O形圈、静密封、弹簧和弹簧座（腔体）等零部件。静环位于不锈钢弹簧座内，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转子上的动环组件配合。在动环组件和静环配合表面处的气体径向密封有其先进独特的方法。配合表面平面度和光洁度很高，动环组件配合表面上有一系列的螺旋槽，随着转子转动，气体被向内泵送到螺旋槽的根部，根部以外的一段无槽区称为密封坝。密封坝对气体流动产生阻力作用，增加气体膜压力。该密封坝的内侧还有一系列的反向螺旋槽，这些反向螺旋槽起着反向泵送、改善配合表面压力分布的作用，从而加大开启静环与动环组件间气隙的能力。反向螺旋槽的内侧还有一段密封坝，对气体流动产生阻力作用，增加气体膜压力。配合表面间的压力使静环表面与动环组件脱离，保持一个很小的间隙，一般为3微米左右。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。在动力平衡条件下，作用在密封上的闭合力Fc，是气体压力和弹簧力的总和。开启力Fo是由端面间的压力分布对端面面积积分而形成的。在平衡条件下 Fc=Fo，运行间隙大约为3微米。如果由于某种干扰使密封间隙减小，则端面间的压力就会升高，这时，开启力Fo大于闭合力Fc，端面间隙自动加大，直至平衡为止。类似的，如果扰动使密封间隙增大，端面间的压力就会降低，闭合力Fc大于开启力Fo，端面间隙自动减小，密封会很快达到新的平衡状态。 这种机制将在静环和动环组件之间产生一层稳定性相当高的气体薄膜，使得在一般的动力运行条件下端面能保持分离、不接触、不易磨损，延长了使用寿命。 具体介绍干气密封 气体润滑非接触式机械密封 (简称干气密封) 液体润滑上游泵送非接触式机械密封 (简称上游泵送密封) 都是基于现代流体动压润滑理论的新型非接触式机械密封。 与普通的接触式机械密封相比,干气密封与上游泵送密封可实现密封介质的零泄漏甚至零逸出,彻底消除对环境的污染,且因端面无直接的固体摩擦磨损而使使用寿命延长、密封可靠性提高和运行维护费用下降,从而使经济效益明显提高。该技术在国外已被人们所接受并在各种转子泵上推广应用。自20世纪80年代以来,国内有关科研院所就已开展了流体润滑非接触式机械密封的研究工作,但在工业开发应用方面进展缓慢。 1.干气密封（Dry gas seals） 干气密封最早于20世纪70年代中期由美国的约翰•克兰密封公司研制开发,首先应用于高速透平压缩机上。 工业应用表明,干气密封具有下列特点:; 干气密封是一种新型的非接触轴封,与其它密封相比,干气密封具有泄漏量少、摩擦磨损小、寿命长、能耗低、操作简单可靠、维修量低、被密封的流体不受油污染等特点。此外，干气密封可以实现密封介质的零逸出,从而避免对环境和工艺产品的污染；密封稳定性和可靠性明显提高;对工艺气体无污染;密封辅助系统大
干气密封的原理之令狐文艳创作
干气密封的原理 ? 令狐文艳 ?干气密封是一种密封全部工艺气压力的非接触式端面密封。 ?该密封包括轴向浮动的碳化物环——静环，和旋转环——动环，旋转环密封面的外径部位刻有槽，槽的下面是被称为密封坝的光滑区域。 ?在轴处于静止和机组未升压时，静环背后的弹簧使其与动环接触。当机组升压时，气体所产生的静压力将使得两个环分开并形成一极薄的气膜（约3μm）。这间隙允许少量的密封气泄漏。 ?当机组开始旋转时，由于动环上槽的作用把气体向密封坝泵送，槽内压力从外径向内径增加，靠近槽的根部产生一高压区域，并扩大两环间的间隙，同时泄漏量也增加。 ?当弹簧力和气体的静压力与槽和密封坝的流体动力相等时，密封面之间形成稳定的气膜间隙。 ?当间隙减小时，流体动力学作用使得端面之间的分离力迅速增加，间隙将扩大。间隙的增大时将导致打开力减小，间隙将减小。干气密封的自动平衡原理使得密封端面之间形成了稳定的间隙和泄漏量。当轴旋转时密封面非接触，所以没有磨损。
?干气密封顾名思义是指干燥的、洁净的气体密封。 ?干气密封的密封面之间在运行时有非常小的间隙，密封气流过该间隙。密封面之间的微小间隙要求密封气中不能含有直径超过间隙的颗粒，也不能含有液体，干气密封控制盘的特点是具有过滤装置、除湿装置（密封气用工艺介质时），提供高清洁度的气体以延长密封面的寿命，并防止静环背面堆积污染物。 ?密封气分为主密封气、隔离气（缓冲气）。 ?干气密封设计压力为机组的进气压力。主密封进气腔的压力稍许高于进气压力，确保密封腔内清洁的环境。由于密封腔与工艺气腔有压差，对于串联式结构来讲大部分经除湿、过滤的密封气流经工艺气拉别令密封进入压缩机，只有一小部分密封气流经密封面之间，成为泄漏气体；对于并联式双端面密封来讲，密封气流经两个密封面之间，成为泄漏气体。串联式结构主密封气又分一级主密封气（内侧端面）、二级主密封气（外侧端面），内侧端面起主要密封作用，外侧端面是一个安全密封，当内侧主密封突然失效时，危险介质不会发生大量外泄，造成安全事故。一级主密封气使用工艺介质或氮气，二级主密封气只能使用惰性气体(氮气)。 ?一级主密封气使用工艺介质的机组，在一定的运行模式下，例如循环和启动，压缩机还没有产生足够给干气密封供气的压差。在这种运行模式下，干气密封容易受到
干气密封工作原理
1 干气密封工作原理 典型的干气密封结构如图1 所示，由旋转环、静环、弹簧、密封圈、弹簧座和轴套组成。图 2 为干气密封旋转环示意图，旋转环密封面经过研磨、抛光处理，并在其上面加工出有特殊作用的流体动压槽。 干气密封旋转环旋转时，密封气体被吸入动压槽内，由外径朝向中心，径向分量朝着密封堰流动。由于密封堰的节流作用，进入密封面的气体被压缩，气体压力升高。在该压力作用下，密封面被推开，流动的气体在两个密封面间形成一层很薄的气膜，此气膜厚度一般在3μm左右。气体动力学研究表明，当干气密封两端面间的间隙在2～3μm时，通过间隙的气体流动层最为稳定。这也就是为什么干气密封气膜厚度设计值选定在2～3μm的主要原因。当气体静压力、弹簧力形成的闭合力与气膜反力相
等时，该气膜厚度十分稳定。 正常条件下，作用在密封面上的闭合力（弹簧力和介质力）等于开启力（气膜反力），密封工作在设计工作间隙。当受到外部干扰，气膜厚度减小，则气膜反力增加，开启力大于闭合力，迫使密封工作间隙增大，恢复到正常值。 相反，若密封气膜厚度增大，则气膜反力减小，闭合力大于开启力，密封面合拢恢复到正常值。因此，只要在设计范围内，当外部干扰消失以后，气膜厚度就可以恢复到设计值。衡量密封稳定性的主要指标就是密封产生气膜刚度的大小，气膜刚度是气膜作用力的变化与气膜厚度的变化之比，气膜刚度越大，表明密封的抗干扰能力越强，密封运行越稳定。干气密封的设计就是以获得最大的气膜刚度为目标。 干气密封是采用机械密封和气体密封的结合，是一种非接触端部密封，它是在机械密封的动环或静环（一般在动环上）
的密封面上开有密封槽（本密封为T形槽），当动静环高速旋转时，在两端面间形成一层气膜，在气体泵送效应产生的推力作用下把动静环推开，使两密封端面不接触，但在压缩机刚开机阶段，由于转速较低，动静密封面形成的动压力也较低，动静环是接触摩擦的，所以采用干气密封的压缩机，低速运行时间不宜过长[1]。 本装置双向串联干气密封特点：密封型式为双向串联干气密封；密封槽为T形槽，见图3；旋转环材料为碳化硅；静环为涂DLC工业金刚石碳化硅；辅助密封元件采用填充PTFE，弹簧（ALLOYC40）加载。采用T形槽密封端面，可以避免压缩机正反转造成密封损坏或减少使用寿命。 干气密封的密封气采用差压控制，利用启动薄膜式调节阀使平衡管气与密封气保持一定压差，隔离气和级间密封气分别利用自力式调节阀保持压力恒定。
压缩机干气密封基本原理及使用分析_图文.
2000年1月5日收到大连市116000 压缩机干气密封基本原理及使用分析 B a s ic P rinc ip le A nd Us e A na lys is Fo r D ry G a s S e a l O f C om p re s s o r L i G uiq in e t a l 李桂芹王玉华 大连博格曼有限公司沈阳鼓风机股份有限公司 【摘要】针对德国博格曼公司的干气密封产品进行了 研究,结合压缩机的工作特点,重点论述了压缩机干气密封的原理,结构特点,密封材料,使用要求和制造等方面的内容。 关键词:透平式压缩机干气密封结构应用 Abstract :R esearch is carried ou t again st the p roduct of dry gas seal of Germ an B u rgm ann Com p any ,com b in ing the op erating p erfo rm ance of com p resso r ,con ten ts of p rinci p le of com p resso r dry gas seal ,structu ral featu re ,seal m aterial ,service requ irm en t and m anufactu re etc .are m ain ly discu ssed . Key words :Turboco m pressor D ry ga s sea l Structure Appl ica tion 一、引言 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。与其它密封相比,干气密封具有泄漏量少,磨损小,寿命长,能耗低,操作简单可靠,维修量低,被密封的流体不受油污染等特点。因此,在压缩机应用领域,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。干气密封使用的可靠性和经济性已经被许多工程应用实例所证实。
干气密封的工作原理及设计计算
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 干气密封的工作原理及设计计算 干气密封是一种新型的非接触轴封,与其它密封相比,干气密封具有泄漏量少、磨损小、寿命长、能耗低、操作简单可靠、维修量低、被密封的流体不受油污染等特点。机械密封一直不能干运转,但干气密封利用流体动压效应,使旋转的两个密封端面之间不接触,而被密封介质泄漏量很少,从而实现了既可以密封气体又能进行干运转操作。在压缩机应用领域,无论离心压缩机、轴流式压缩机、齿轮传动压缩机还是透平膨胀机,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。在泵和反应釜上干气密封应用也越来越广泛。 1、干气密封的基本工作原理干气密封与通常机械密封的平衡型集装式结构一样,但端面设计有所不同,表面上有几微米至十几微米深的沟槽,端面宽度较宽。与通常润滑机械密封不同,干气密封在两个密封面上产生了一个稳定的气膜。这个气膜具有较强的刚度使两个密封端面完全分离,并保持一定的密封间隙, 这个间隙不能太大,通常为几微米。密封间隙太大,会导致泄漏量增加,密封效果较差;而密封间隙较小,容易使两密封面发生接触,因为干气密封的摩擦热不能及时散失,端面接触无润滑,将很快引起密封变形、端面过度发热从而导致密封失效。这个气膜的存在,既有效地使端面分开又使相对运转的两端面得到了冷却,两个端面非接触,故摩擦、磨损大大减小,使密封具有长寿命的特点,从而延长主机的寿命。 如由此看出,干气密封的设计,决定性的因素是密封环上开槽的几何形状和几何尺寸,选择合理、适用易于加工制造的槽形设计和结构设计是至关重要的。 密封面开槽既可在动环上也可以在静环上,通常来说高速情况下,在动环密封面上开槽;在低速或中速情况下可以在静环上开槽。要注意由于密封间隙只有几微米,因而一定要注意防止固体颗粒介质进入密封端面。
干气密封结构、原理和密封气供给流
干气密封结构、原理和密封气供给流程及要求 1、干气密封结构和工作原理 涩北首站压缩机采用的二级串联干气密封，具体结构如图1。 图1干气密封剖面图 参照图1干气密封剖面图，对干气密封的结构和气体流向说明如下。图1中，1——动环，2——静环，3——推环，4——弹簧所在空间（弹簧未画出），A ——密封气进气口，B——一级密封气排气口，C——未使用，D——隔离气排气口（二级密封泄露的少量密封气亦从此通道排除），E——隔离气进气口。 干气密封主要由动环1、静环2、弹簧组件（3和弹簧）等元件构成，静环、动环端面均为环形平面，但在动环端面具有一组“T”型槽，槽的深度大约5微米。压缩机不运转时，在弹簧力的作用下，动环与静环之间的端面紧贴而无间隙。但是，压缩机运转时，密封工作，密封气通过A孔进入动环上的“T”型流道，由于气体具有粘性以及两平行平面间具有沟槽，根据雷诺方程在两平行平面之间产生流体动压力，当流体动压力与作用在密封上的气体静压力以及弹簧力平衡时，就在两端面之间形成并维持一层极薄的气膜，气膜厚度大约5微米。通常，从A孔进入的密封气压力高于压缩机平衡管的压力，该气体一部分进入压缩机内阻挡机内脏的介质气；另一部分从动静环之间的气膜泄漏到下游的腔室内，从而形成对压缩机内工艺气的密封。由于气膜厚度非常小，泄漏出的气体量也非常小。 该密封包括两级相同的密封，两者为串联布置。第一级密封即主密封，密封气体是经过过滤的天然气，第二级密封的密封气体是从一级密封中泄漏出来的天然气。在主密封正常工作时，二级密封作为主密封的安全备用密封，加强密封的安全性，当主密封出现故障而不能正常工作时，二级密封就替代主密封，保证干气密封正常发挥密封功能和压缩机安全停机检修。 在靠近压缩机内侧（图1中的右侧），迷宫密封位于干气密封的前端，作为前置密封。通过对密封气压力的调节使得从A孔进入的密封气压力高于迷宫密封内侧工艺气体的压力（此压力实际为压缩机平衡管压力），从而保证压缩机内脏的天然气不会向干气密封侧流动，保证干气密封始终在干燥、干净的气氛中运行。 在靠近轴承的一侧（图1中的左侧），采用了以空气作为密封气体的隔离密封，该密封俗称“碳环密封”，与浮环密封同样的原理，碳环密封也是非接触式
干气密封的原理及使用分析
一、引言 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。与其它密封相比，干气密封具有泄漏量少，磨损小，寿命长，能耗低，操作简单可靠，维修量低，被密封的流体不受油污染等特点。因此，在压缩机应用领域，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。干气密封使用的可靠性和经济性已经被许多工程应用实例所证实。 目前，干气密封主要用在离心式压缩机上，也还用在轴流式压缩机、齿轮传动压缩机和透平膨胀机上。干气密封已经成为压缩机正常运转和操作可靠的重要元件，随着压缩机技术的发展，干气密封正逐步取代浮环密封、迷宫密封和油润滑密封。 本文针对德国博格曼公司的干气密封产品进行了研究，结合压缩机的工作特点，重点论述压缩机干气密封的原理、结构特点、密封材料、使用要求和制造等方面的内容。 二、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1表示出了压缩机干气密封的具体结构。 图1压缩机干气密封示意图 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O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。 干气密封与液体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)。气体进入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将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。此力靠特殊措施——三维的、弧形的槽来获得。 压缩机干气密封设计和使用为两种槽型：双向的(U形)和单向的(V形)槽型。两种槽型的特性见表1。 表1V形槽和U形槽的特性 *注意：DGS在低于那些被采用的值以下操作仍能被保证，但是一个分离层是必要的。 三、密封材料分析 1.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。温度和压力极限由所用的辅助密封橡胶和端面材料决定。使用的端面材料对干气密封的工作起着决定性的作用。 端面材料对压缩机密封的操作影响很大。端面材料组对的选择与压力、轴径和转速有关(见表2 )。 表2端面材料