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离心压缩机中多彩的密封形式
作者:德耐尔 发布日期:

 
1)迷宫密封


        迷宫密封目前是离心压缩机用得较为普遍的密封装置,用于压缩机的外密封和内密封。迷宫密封的气体流动,当气体流过梳齿形迷宫密封片的间隙时,气体经历了一个膨胀过程,压力从P1降至右端的P2,这种膨胀过程是逐步完成的,当气体从密封片的间隙进入密封腔时,由于截面积的突然扩大,气流形成很强的旋涡,使得速度几乎完全消失,密封面两侧的气体存在着压差,密封腔内的压力和间隙处的压力一样,按照气体膨胀的规律来看,随着气体压力的下降,速度应该增加,温度应该下降,但是由于气体在狭小缝隙内的流动是属于节流性质的,此时气体由于压降而获得的动能在密封腔中完全损失掉,而转化为无用的热能,这部分热能转过来又加热气体,从而使得瞬间刚刚随着压力降落下去的温度又上升起来,恢复到压力没有降低时的温度,气流经过随后的每一个密封片和空腔就重复一次上面的过程,一直到压力P2为止。由此可见迷宫密封是利用节流原理,当气体每经过一个齿片,压力就有一次下降,经过一定数量的齿片后就有较大的压降,实质上迷宫密封就是给气体的流动以压差阻力,从而减小气体的通过量。
 
         离心压缩机常用的迷宫密封用的较多的有以下几种:平滑形.、曲折形、曲折形、迷宫密封、阶梯形。
 
         由于迷宫密封仍存在一定的泄漏量,因此在密封易燃、易爆或有毒气体时,采用充气式迷宫密封,间隙内引入惰性气体,其压力稍大于被密封气体压力,防止泄漏介质进入大气对环境造成危害。如果介质不允许混入充气,则可采用抽气式迷宫密封,将泄漏出的气体引至固定的地方再加以后期处理。
  
2) 浮环密封(油膜密封)

离心压缩机的密封形式
        浮环密封的原理是靠高压密封在浮环与轴套间形成的膜,产生节流降压,阻止高压侧气体流向低压侧,浮环密封既能在环与轴的间隙中形成油膜,环本身又能自由径向浮动。
 
        靠高压侧的环叫高压环,低压侧的环叫低压环,这些环可以自由沿径向浮动,但不能转动,密封油压力通常比工艺气压力高0.5Kg/cm2 左右进入密封室,一路经高压环和轴之间的间隙流向高压侧,在间隙中形成油膜,将高压气封住,另一路则由低压环与轴之间的间隙流出,回到油箱,通常低压环有好几只,从而达到密封的目的。
 
        浮环密封用钢制成,端面镀锡青铜,环的内侧浇有巴氏合金,以防轴与油环的短时间的接触,巴氏合金作为耐磨材料。浮环密封可以做到完全不泄露,被广泛地用作压缩机的轴封装置。
 
浮环密封有以下主要优点: 
  1) 属于非接触式密封, 寿命长, 可靠性高; 
  2) 对机器的运行状态并不敏感,有稳定密封性能;
  3) 密封件不产生磨损,密封可靠,维护简单、检修方便;
  4) 密封件材料为金属,耐高温;
  5) 浮环可以多个并列使用,组成多层浮动环,能有效的密封10MPa以上的高压;
  6) 能用于10 000~20 000r/min的高速旋转流体机械,尤其适用于气体压缩机,其许用速度高达100m/s以上,这是其他密封所不能比拟的;
  7) 采用耐腐蚀金属材料或里衬耐腐蚀的非金属材料(如石墨)作浮动环,可以用于强腐蚀介质的密封;
  8) 因密封间隙中是液膜,所以摩擦损失功率极小,使机器有较高的效率。
浮环密封的注意事项:
  1) 内泄漏仍然较大, 回收处理内泄漏油(污油)的设备比较复杂庞大, 包括油气分离器、脱气槽及控制系统,特别是当内泄漏过大和该系统失灵时便存在密封油污染工艺回路的危险, 其结果是降低产品质量, 甚至毒化催化剂, 直至造成装置停机。为了克服这一缺点, 浮环密封本身也在向减少内泄漏的方向发展,例如采用带泵吸效应的内浮环;
  2) 浮环密封的油气压差很小, 控制系统复杂。浮环密封辅助系统的投资远远高于密封本身的投资;
  3) 密封件的制造精度要求高,环的不同心度、端面的不垂直度和表面粗糙度对密封性能有明显的影响。

  介于浮环密封的缺点,在应用上根据介质情况将密封油改为空气或惰性气体密封,称为干式浮环密封。将浮环材质由金属改为石墨,又叫做碳环密封。在碳环的外圆加工凹槽,放置环形弹簧,给碳环施加径向力,由于石墨属于自润滑材料,给碳环增加了自补偿能力,保证了密封的可靠性,在高压离心式空气压缩机组上得到了广泛的应用。
 
3) 机械密封
离心压缩机的密封形式
 
        机械密封装置有时用于小型离心压缩机轴封上,压缩机用的机械密封与一般泵用的机械密封的不同点,主要是转速高,线速度大,PV值高,摩擦热大和动平衡要求高等。因此,在结构上一般将弹簧及其加荷装置设计成静止式而且转动零件的几何形状力求对称,传动方式不用销子、链等,以减少不平衡质量所引起的离心力的影响,同时从摩擦件和端面比压来看,尽可能采取双端面部分平衡型,其端面宽度要小,摩擦副材料的摩擦系数低,同时还应加强冷却和润滑,以便迅速导出密封面的摩擦热。
 
     1) 克服了浮环密封内泄漏量过大和辅助系统复杂两大缺点;
  2) 在技术上已经成熟到其寿命和可靠性并不亚于浮环密封的程度。与浮环密封相比, 泄漏量大幅降低,不仅减少了密封油污染工艺回路的危险性, 而且污油回收设备的质量和占地面积均减小了。其次, 这类密封的油气压差由浮环密封的0.05 MPa提高0.15~0.30MPa,控制的安全可靠性提高, 系统也变得简单一些。这类密封与浮环密封相比, 密封本体投资加大, 系统投资减少, 设备总投资相差不多, 但更加安全可靠运行维护费用有所降低。
 
4)干气密封
离心压缩机的密封形式
        随着流体动压机械密封技术的不断完善和发展,其重要的一种密封型式螺旋槽面气体动压密封即干气密封在石化行业得到了广泛的应用。相对于封油浮环密封干气密封具有较多的优点:运行稳定可靠易操作,辅助系统少,大大降低了操作人员维护的工作量,密封消耗的只是少量的氮气,既节能又环保。
 
        螺旋槽面干气密封。它由动环1、静环2、弹簧4、O形环3、5、8,组装套7及轴6组成。Ru
如图所示为动环表面精加工出螺纹槽而后研磨、抛光的密封面。一般来讲螺旋槽深度约2.5~10μm,密封环表面平行度要求很高,需小于1μm,螺旋槽形状近似对数螺旋线。

         当动环旋转时将密封用的氮气周向吸入螺旋槽内,由外径朝向中心,径向方向朝着密封堰流动,而密封堰起着阻挡气体流向中心的作用,于是气体被压缩引起压力升高,此气体膜层压力企图推开密封, 形成要求的气膜。此平衡间隙或膜厚h典型值为3μm。这样,被密封气体压力和弹簧力与气体膜层压力配合好,使气膜具有良好的弹性既气膜刚度高,形成稳定的运转并防止密封面相互接触,同时具有良好刚度的氮气膜可有效的阻止被介质的泄漏。
干气密封作用力情况正常运转条件下该密封的闭合力(弹簧和气体作用力)等于开启力(气膜作用力),当受到外力干扰,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,则间隙内膜压下降,开启力小于闭合力,密封面合拢恢复到原间隙 。
 
         干气密封实质上是一对机械密封,它和机械密封在结构上并无太大区别,也由动环、静环及弹簧等组成,不同之处在于其动环表面开有气体动压槽(见图8),它是流体通过动环和静环的径向接合面上的唯一通路实现密封。密封表面被研磨得非常光滑,转动的硬质合金环在其旋转的平面上加工出一系列螺旋槽,随着旋转,流体被泵入螺旋槽的根部,在此环形面形成密封的屏障,此密封屏障阻止流动,并增高压力,使动环和静环表面之间产生大约3μm的间隙,此结果使得两个表面保持分离而不接触。延长使用寿命,在工作面没有磨损的情况下,形成可靠密封。干气密封的应用为压缩机组的可靠性和高效率提供了保证。现场运行的许多裂解气压缩机和制冷压缩机安装的都是干气密封。


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