干气密封基本原理及常见故障分析及应对措施41页PPT

离心压缩机干气密封原理与典型故障分析一、干气密封基本结构及工作原理1. 干气密封基本结构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。

如图1-1所示，包含有静环、动环组件(动环)、副密封O形圈、静密封、弹簧和弹簧座(腔体)等零部件。

干气密封的结构设计特点为在密封端面上开设动压浅槽,其转动形成的气膜厚和流槽槽深均属微米级,并采用润滑槽、径向密封坝和周向密封堰组成密封和承载部分。

可以说是开面密封和开槽轴承的结合。

干气密封动压槽有单旋向和双旋向，一般单旋向为螺旋槽，双旋向常见有T型槽、枞树槽和U型槽。

如图所示，单旋向螺旋槽干气密封不能反转，反转则产生负气膜反力，导致密封端面压紧，致密封损坏失效。

而双旋向枞树槽则无旋向要求，正反转都可以。

单向槽相对于双向槽，具有较大的流体动压能，产生更大的气膜反力和气膜刚度，产生更好的稳定性。

2. 干气密封工作原理如图，对于螺旋槽干气密封，其工作原理是靠流体静压力、弹簧力与流体动压力之间的平衡。

当密封气体注入密封装置时，使动、静环受到流体静压力的作用。

而流体的动压力只是在转动时才产生。

如图1-2所示，当动环随轴转动时，螺旋槽里的气体被剪切从外缘流向中心，产生动压力，而密封堰对气体的流出有抑制作用，使得气体流动受阻，气体压力升高，这一升高的压力将挠性安装的静环与配对动环分开，当气体压力与弹簧力恢复平衡后，维持一最小间隙，形成气膜，膜厚一般为3-5μm，使旋转环和静止环脱离接触，从而端面几乎无磨损，同时密封工艺气体。

3. 干气密封的类型干气密封基本结构类型有单端面密封、串联式密封、带中间迷宫串联式密封和双端面密封。

（1）单端面密封适用于没有危害、允使微量的工艺气泄漏到大气的工况。

如N2压缩机、CO2压缩机、空气压缩机等。

（2）串联式密封适用于允许少量工艺气泄漏到大气的工况。

一般采用两级串联布置方式，一级为主密封，二级为备用密封。

正常工况下，全部或大部分负荷由主密封承担，而二级备用密封不承受或承受小部分的负荷和压力降。

干气密封常见损坏原因及维护探讨干气密封是在气体动压轴承基础上发展起来的一种干运转气体薄膜润滑非接触式机械密封，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，干气密封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，因此干气密封具有不受PV值影响、低泄漏率、无磨损运转、低能耗、寿命长，效率高、操作简单可靠、被密封流体不受油污染等特点，尤其在高压设备、高速设备及各类压缩机设备中应用具有良好前景。

目前，压缩机用干气密封已有20 MPa以上的成功应用案例，2012年机械标准《干气密封技术条件》将成熟的压缩机用干气密封范围界定为压力不超过15 MPaG，平衡直径不大于300 mm，线速度不高于140 m/s；泵用干气密封使用参数相对较低，介质压力不超过4.1 MPa （G），轴径不大于110 mm，线速度不高于25 m/s。

干气密封结构及原理见图1、2典型的干气密封结构由旋转环、静环、弹簧、O形圈及轴和组装套组成。

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浅槽，借助端面开设的流体动及串联式干气密封。

单端面布置压槽，在旋转状态下所产生的流体动、静压效应，使两端面被一稳定的薄气膜分隔开来，而处于非接触运行状态。

工作原理是动环旋转时，被密封的气体沿周向吸入螺旋槽内，由外径朝向中心，径向分量朝向密封堰流动，密封堰阻止气体流向中心，从而气体被压缩引起压力升高，密封端面间隙得到静定形成要求的气膜。

密封端面平衡间隙（膜厚）一般在2~10 μm之间。

如此，端面的间隙可自行控制界面开启力，与外界的闭合力平衡，使气膜具有良好的弹性（气膜刚度高），形成稳定的运转并防止密封端面相互接触。

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（见图3）适用于少量工艺气泄漏至大气中无危害的工况，如二氧化碳机、空压机、氮压机等；双端面布置（见图4）适用于不允许工艺气泄漏至大气中，但允许氮气进入机组的工况，比如工艺气比较脏、不稳定或存在负压的危险；串联式布置（见图5）适用于允许少量工艺气泄漏至大气的工况，采用两级串联式布置方式，一级为主密封，二级为备用密封。