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离心式压缩机干气密封系统浅析1 干气密封简介目前国内外石油化工行业普遍使用离心式压缩机来输送各种气体，主要是因为运转周期长、性能稳定。
实际生产要求离心式压缩机在高转速、大气量、大压力，尤其是在压缩易燃、有害、有毒气体的条件下工作，为了防止这些气体沿压缩机轴端泄漏至大气中，就必须采用各种密封方式，保证压缩机的正常工作，保证人身和设备的安全，防止造成环境污染，同时也决定了密封装置向高密封效率、低能耗的方向发展。
在压缩机领域，轴端干气密封正逐步替代迷宫密封、浮环密封和油润滑机械密封[1]。
对密封的基本要求是要保证结合部分的密闭性、工作可靠性、使用寿命长，密封装置的系统简单、结构紧凑、制造维修方便。
衡量密封好坏的主要技术指标是泄漏量、寿命和使用条件[2]。
干气密封是一种新型的非接触轴向密封，由它来密封旋转机器中的气体或液体介质。
与其它密封方式相比，干气密封具有泄漏量少，寿命长，能耗低，磨损小，维修量低，操作简单可靠，被密封的流体不受油污染等特点。
目前，干气密封主要应用在离心式压缩机上和轴流压缩机、透平膨胀机上。
干气密封已经成为离心式压缩机正常运转和操作可靠的重要元件。
2 干气密封工作原理图1 动环端面结构示意图干气密封是由动环、静环、弹簧、密封圈、弹簧圈和轴套组成。
动环和静环配合表面的平面度和光洁度很高，动环面上加工有一系列的螺旋形流体动压槽，槽深仅有几微米，外深内浅，如图1所示。
干气密封在非运转状态时，动环与静环的密封面靠弹簧力贴合在一起。
运转时，气体随着动环的旋转，被吸入动压槽内，被送到螺旋槽的根部，根部以外的一段无槽区称为密封坝，即动压槽末端没有通道。
螺旋槽间为密封堰。
密封坝和密封堰起到节流和密封的作用。
密封坝对气体产生阻力作用，被吸入的气体就被压缩，在密封面上产生动压力。
在该密封坝的内侧还有一系列反向螺旋槽，起到反向进气、改善配合表面压力分布的作用，反向螺旋槽内侧也有一段密封坝，对气体产生阻力作用，从而增大气膜压力。
离心压缩机级间密封泄漏的研究与优化随着工业技术的不断发展，离心压缩机在石油化工、制冷技术以及气体压缩等方面的应用越来越广泛。
而离心压缩机级间密封泄漏问题也被广泛关注。
本文将从该问题的研究和优化方面进行探讨。
一般来说，离心压缩机级间泄漏的原因可以分为以下几点：1.离心压缩机的结构本身存在制约：在离心压缩机结构设计中，级间密封要追求压缩机能量转移的最大化和阻挡气体泄漏的最小化，而这二者本身相互制约。
离心压缩机级间密封要同时具备一定承载能力和严格的泄漏要求，这是在设计时就必须考虑的问题，但结构上的弱点难免还是会存在。
2.加工和装配的问题：离心压缩机级间密封是由一个或多个环形部件组成的，这些部件必须经过加工、装配等工序才能形成完整的密封结构。
现实生产过程中，存在加工误差和装配不良导致的泄漏问题。
3.高速运转导致的磨损：离心压缩机的高速运转过程中，级间密封材料会不断受到磨损和冲击，进而导致泄漏问题的发生。
特别是在密封材料疲劳、断裂等情况下，泄漏的可能性更大。
针对离心压缩机级间密封泄漏的问题，许多研究者对其进行了详细的研究。
其中，流场数值计算、压力测试和优化设计是建立合理、可靠的级间密封方案的重要手段。
1. 流场数值计算：流场数值计算是离心压缩机级间密封泄漏问题研究中常用的方法之一。
该方法主要是利用计算流体力学（CFD）软件对离心压缩机内气流进行模拟，分析其流场特性，确定泄漏部位和泄漏量大小。
2. 压力测试：压力测试是检测离心压缩机级间密封泄漏的另一种方法。
该方法可以直接测量离心压缩机内的压力，从而得到泄漏的情况。
压力测试可以在不同压力下进行，较为客观地反映压缩机实际运行时的泄漏情况。
3. 优化设计：优化设计是充分利用现代工程设计方法，通过大量实验数据和数值模拟结果，通过工艺和材料等方面的优化来解决泄漏问题。
优化设计可以在提高级间密封承载能力的同时，保证其严格的泄漏要求。
为了解决离心压缩机级间密封泄漏问题，需要采取以下优化方案：1.选择优质材料：级间密封材料的选择对于其承载能力和泄漏性能有重要影响。
离心压缩机级间密封泄漏的研究与优化离心压缩机是工业领域中常用的机械设备，其主要作用是将气体或气体混合物压缩至高压。
然而，由于压缩机内部存在多个级间密封，这些密封容易出现泄漏问题，这对压缩机的效率和使用寿命都会产生较大的影响。
离心压缩机的级间密封主要由转子、固定环和O形密封圈组成。
由于离心压缩机工作条件的特殊性，其级间密封容易出现以下几种泄漏原因：1. 密封失效密封失效是离心压缩机级间泄漏的常见原因。
由于转子与固定环之间的间隙存在，当密封圈老化、损坏或磨损时，气体就会从间隙泄漏。
此外，当运行时间过长、转速增加或负载增加时，密封会出现失效现象。
2. 设计不合理离心压缩机的级间密封设计不合理也是泄漏问题的原因之一。
设计不合理包括转子与固定环接触面积小、密封圈材质选择不当、密封圈安装不牢固等问题，都可能造成气体泄漏。
3. 阀门故障离心压缩机内部的阀门是控制压缩机压力和流量的关键元件，当阀门存在故障时，也可能导致气体泄漏。
例如，当排气阀门失效或存在泄漏时，气体就会从排气阀门泄漏出来。
为了解决离心压缩机级间密封泄漏问题，我们可以从以下几个方面入手进行优化：1. 密封圈材质改良选用合适的密封圈材质可以有效提高密封圈的寿命和可靠性。
常用的密封圈材料包括聚四氟乙烯、硅橡胶、氟橡胶、丁晴橡胶等。
不同的材质适合不同的工况，需要根据实际情况进行选择。
2. 密封圈安装质量控制密封圈的安装质量也对离心压缩机级间密封泄漏有着重要的影响。
为了提高密封圈的安装质量，需要做好以下几点：（1）清洁密封圈、固定环和转子表面，确保无粉尘、油污等污染物。
（2）确认密封圈的方向和位置，避免装反或位移。
（3）在安装密封圈时，要用适当的工具帮助其恰当的展开。
3. 改进密封设计改进离心压缩机的级间密封设计，包括增加转子与固定环接触面积、优化密封圈尺寸、降低转轴偏心等，都可以提高密封的效果和可靠性。
4. 阀门保养维护为了减少阀门故障对离心压缩机的影响，需要定期对阀门进行保养和维护。
离心压缩机干气密封系统原理及泄漏原因分析离心压缩机干气密封系统是通过使用各种密封技术，将离心压缩机的内部压力与外部环境隔绝开来，以避免气体泄漏和损失。
该系统通常有两个密封环，分别位于离心压缩机的前端和后端，以提高密封效果。
离心压缩机干气密封系统的原理是利用密封环与转子之间的间隙来形成气体隔离区域，该区域内可以保持恒定的温度和压力，从而保证气体在转子和密封环之间的流动。
密封环上使用的密封材料和密封环与零件之间的接触方式，对密封效果有很大影响。
常见的密封材料有石墨、特殊陶瓷和聚四氟乙烯等。
此外还可以采用特殊的密封方式，如气体密封、液体密封和机械密封等，以提高密封效果。
尽管离心压缩机干气密封系统有很多优点，但该系统仍然会出现泄漏问题。
泄漏的原因包括：1.密封件材料损坏。
密封环与零件之间的间隙很小，游离的气体可以通过这些间隙渗透进去。
如果密封件材料磨损或损坏，则更容易导致气体泄漏。
2.密封件磨损。
离心压缩机密封环的磨损会导致气体泄漏，但一些碳化材料和涂层可以缓解这种情况。
3.间隙过大。
间隙过大会导致气体渗透，导致泄漏。
4.气体压力过高。
高压气体容易通过离心压缩机干气密封系统泄漏，特别是当密封材料的压力承受能力无法与之匹配时。
5.密封件未紧固好。
如果离心压缩机的密封件没有正确安装和紧固，则会导致气体泄漏。
为了避免离心压缩机干气密封系统的泄漏问题，需要对系统进行定期的检查和保养。
重要的维护任务包括清洁密封件，检查间隙，更换和修理磨损的密封件，增加适当的润滑和冷却，以及保持纯净的工作环境。
在做出决策之前，必须确保考虑到所有可能的因素，以确保密封系统的可靠性，从而避免延误和生产损失。
26一、干气密封工作原理干气密封是一种气膜润滑、流体动静压结合、非接触式机械密封，具有无介质泄漏、安全可靠、使用寿命长、功耗低等优点。
典型的干气密封结构如图1所示，包含有静环、旋转环、O形圈密封、弹簧和弹簧座等零部件。
与其他机械密封相比,干气密封主要区别是在动环表面上刻有浅槽，动环槽一般有单向槽型和双向槽型。
一般单向槽型为螺旋槽结构，双向槽型有T型槽、枞树槽等。
如图2干气密封动环槽为单向、螺旋槽结构，每个槽宽自内向外逐渐增大，槽深一般为2.5-10μm。
螺旋槽干气密封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2，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。
图1干气密封结构示意图图1干气密封结构示意图图2动环端面上的螺旋槽结构示意图二、干气密封装置的应用1.离心式压缩机基本结构和原理某公司生产的离心式压缩机为7级叶轮结构，主要由叶轮、扩压器、弯道、回流器等组成。
离心式压缩机增压是通过高速旋转的叶轮上的叶片对连续流动的气体作功，将叶轮的机械能传给气体。
旋转的气体在离心力作用下沿着叶轮的扩散式通道由中心向外缘流动。
在流动的过程中压力升高绝对速度增加。
从叶轮流出的气体在流经静子（扩压器）的扩散形通道时，一部分速度动能转换成压力能，使气体的绝对速度降低，压力进一步提高。
图3离心式压缩机结构2.干气密封组件密封气需要进入压缩机内部干气密封组件，经动静环后，出压缩机腔体进行放空。
因此，需要对迷宫密封的组件进行分析。
通过图4我们可以看出，如果干气密封盘出现问题，那将直接导致驱动端、非驱动端的一次放空压力不同。
由于对密封理论及实用技术掌握得不好,在密封的选型及对实际问题的处理当中,经常会出现一些问题,最终导致密封失效,介质泄漏, 装置停车停产, 企业效益严重受损。
为此本文针对离心压缩机的密封技术进行了探讨。
目前国内外石化行业普遍用离心压缩机来输送各种气体。
为了防止或限制这些气体沿压缩机旋转轴端部泄漏到大气中去, 就必须采用各种轴端密封装置, 以便维持主机的正常运转, 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。
离心压缩机所采用的密封通常有四种形式, 即迷宫密封、浮环密封、机械密封和干气密封。
1 迷宫密封
迷宫密封是依靠节流间隙中的节流过程( 压力能转化为动能) 和密封空腔中的动能耗散过程( 动能转化为热能) 实现密封。
迷宫密封结构简单、安装操作方便, 辅助设备少, 一般允许压缩机内的介质微量漏到大气中去, 而且只适用于低压介质密封。
首先, 以空气为介质的压缩机绝大多数采用通过节流来降低泄漏的迷宫式( 梳齿式)密封, 这是因为空气既无任何危险又非常廉价, 其泄漏量的大小只是影响主机的效率即能源的消耗。
因此, 对迷宫密封的主要研究方向是如何加强节流功能以降低泄漏量。
利用强化节流效应来降低气体泄漏量的蜂窝密封或刷式密封, 也可以看作改进型的迷宫密封。
其次, 压缩氮气、二氧化碳等“中性”气体的压缩机也可以采用迷宫密封, 但由于其价值远较空气为高, 故在某些大型化肥厂采用气膜螺旋槽密封,其目的是降低物料和能源的消耗。
石化行业危险性工艺气体压缩机使用的第一代轴端密封是迷宫式密封。
但是由于这类密封运行维护费用高, 污染环境等原因, 在80 年代基本都被浮环密封代替。
2 浮环密封
浮环密封是液体密封的一种, 它是从固定套筒式油封发展而来的。
浮环就是处于转轴上, 位于浮环密封腔内的两个与转轴具有较小间隙的圆环。
封油注入浮环密封腔后, 沿浮环间隙向内浮环内侧和外浮环外侧泄漏。
由于转子处于高速旋转状态,流入浮环间隙内的封油, 在旋转轴的作用下形成了具有一定承载能力的油膜。
该油膜一方面将浮环抬起, 使浮环与轴颈间实现液体润滑, 从而减轻摩擦、降低磨损。
另一方面, 由于油膜充满了整个浮环间隙, 所以阻止气体介质外漏, 从而起到了密封的作用。
浮环密封是压缩危险性工艺气体的离心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新一代密封。
浮环密封有两大主要优点:
( l ) 属于非接触式密封, 寿命长, 可靠性高;
( 2 ) 适应于高速和各种压力等级, 工况范围广。
正是这两点使浮环密封成为危险性工艺气体压缩机轴端密封的传统型式。
然而, 浮环密封也有两大缺点:
( 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, 包话油气分离器、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。
正是由于上述两大缺点, 浮环密封受到了更先进的密封型式的严重挑战。
3 机械密封
过去, 迷宫密封和浮环密封被广泛采用, 随着密封技术的发展, 机械密封和干气密封相继
推广使用。
离心压缩机采用的传统的浮环密封正在逐步被先进的机械密封所取代, 因为机械密封的泄漏率明显低于浮环密封。
这不仅减少了密封油的消耗,更重要的是减少了密封油对工艺回路的污染。
机械密封的润滑和控制系统更简单、操作更方便且安全可靠。
尽管机械密封比浮环密封的成本高, 但从总的技术经济特性分析, 其优越性是十分明的。
这类密封在低中压离心压缩机领域之所以逐步替代传统的浮环密封, 是基干两方面的原因：( l ) 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, 这类密封的内泄漏量由2000mL/h～3000mL/h 降100mL/h～1000mL/h。
这佯,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重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0.05MPa 提高到0.15MPa～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
干气密封是20 世纪70 年代发展起来的一项新型技术, 与其他密封方式相比有着无可比拟的优势。
通常, 干气密封与机械接触式密封有相似的剖面外形, 密封是在与转动相垂直的平面内实现的。
干气密封公用面结构主要有扁平密封块、台阶形密封块、锲形密封块和螺旋槽表面四种形式。
现以螺旋槽气体密封为例, 简单分析干气密封的特点、结构、工作原理。
4 . 1 干气密封的特点
干气密封是目前最先进的一种非接触密封型式, 其主要特点是: 密封功率消耗小, 仅为接触式机械密封的5 % 左右; 与其它非接触密封相比, 干气密封气体泄漏量小; 在离心压缩
机中, 采用自身工艺气体作为密封气, 对工艺流程无不利影响; 可实现介质的零逸出, 是一种环保型密封; 密封辅助系统较为简单, 可靠, 使用中不需要维护。
4 . 2 干气密封的基本结构
干气密封主要由动静两部分组件组成。
静止部分包括O 形环密封的静环( 主环) 、加载弹簧及固定静环的不锈钢夹持套( 固定在压缩机机壳内) 。
动环( 配对环)由一夹紧套和一锁定螺母( 保持轴向定位)等部件安装在旋转轴上随轴高速旋转, 动环一般由硬度高、刚性好且耐磨的钨、硅硬质合金制造。
螺旋槽式干气密封设计的特别之处是在动环表面加工出一系列螺旋状沟槽,深度一般为0.0025mm～0.01mm。
在静止条件下, 静环上的弹性负荷使动环与静环保持相互接触。
4.3 工作原理
螺旋槽式干气密封的工作原理是利用流体静力和流体动力的平衡实现的。
密封气体注入密封装置, 使动、静环受到流体静压力作用, 不论配对环是否转动, 这些力都是存在的, 而流体的动压力只有在转动时才产生, 配对动环上的螺旋槽是产生流体动压力的关键, 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, 而密封坝对气体的流出有抑制作用( 静压力的存在) , 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, 当气体压力与弹簧恢复力平衡后, 维持最小间隙, 即气膜刚度。
密封的刚度与螺旋槽的结构形式密切相关, 目前主要有双向槽和单向槽两种, 其中单向槽干气密封刚度较好, 适用于中压和高压离心压缩机; 双向槽干气密封气膜刚度较差, 但可以安装在驱动端和非驱动端, 减少了备件数量, 适用于低压离心压缩机。
