干气密封原理

总第１６７期　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—２７９８．２０１３．０７．０２０　

浅谈干气密封的原理及应用　

王建通　

（潞安煤基合成油有限公司，山西长治０４６１０３）　

摘要：介绍干气密封的结构、原理；干气密封投运和停运时的注意事项以及事故案例和技改方面的经验　总结。　关键词：干气密封；泄漏量；使用寿命　中图分类号：ＴＢ４２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００５．２７９８（２０１３）０７．００４４．０２　

山西潞安煤基合成油公司年产１８万ｔ合成氨，　

３０万ｔ尿素项目于２００９年１０月开始试车。其中合　

成氨由２套离心式压缩机和１套氨合成装置组成。　

离心压缩机分别为合成气压缩机和氨压缩机，合成　

气压缩机是汽轮机驱动的三缸四段式离心压缩机，　

氨压缩机是汽轮机驱动的单缸三段式离心压缩机。　

每个缸体的轴端密封均采用串联式干气密封。干气　

密封的作用是密封缸体内的气体，实现零泄漏。　

１　干气密封结构和工作原理　

干气密封即“干运转气体密封”（ｄｒｙ　ｒｕｎｎｉｎｇ　ｇａｓ　

ｓｅａ１），是将开槽技术用于气体密封的一种新型轴端　

密封，属于非接触密封。从结构上看分为动环和静　

环，动环为碳化硅材料，静环为石墨材料。在动环上　

加工出特殊形状的流体动压槽，如螺旋槽、圆弧槽、　

Ｔ型槽等，深度一般为３—５　ｕｍ。　

以螺旋槽干气密封为例，当动环随轴高速旋转　

时，动环上的螺旋槽将外径处的高压气体泵人密封　

面之间，而靠中心处的密封坝阻止气体流向中心，于　

是气体被压缩而升压，形成高压区。端面气膜压力　升高形成开启力，大于作用于密封环上的弹簧力时，　

在动环和静环之间形成一层气膜，完全阻隔了相对　

低压的密封介质的泄露通道，实现了密封介质的零　

泄漏。　

每套干气密封可分为一级密封气、二级密封气、　

隔离气，其作用各不相同。一级密封气为中压氮气，　压力为１．８～２．０　ＭＰａ，首先经过过滤器，过滤精度　

为３　ｍ，再经过调节阀，孔板流量计，分两路到达　

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。

干气密封原理

干气密封是一种常见的密封方式，它主要应用于高速旋转机械设备中，如离心压缩机、涡轮机等。干气密封的主要作用是防止介质泄漏和外部空气进入设备内部，从而保证设备的正常运行和安全性。下面我们将详细介绍干气密封的原理及其工作过程。

干气密封的原理主要包括惯性气体密封和辅助密封两种。惯性气体密封是利用气体的惯性和离心力将气体挤压在密封面上，形成气体屏障，阻止介质泄漏。而辅助密封则是通过外部供气系统，向密封面提供压力，增加密封面上气体的密度和压力，从而提高密封效果。这两种原理的结合使用，能够有效地实现干气密封的功能。

干气密封的工作过程可以简单描述为，当设备开始运转时，密封面上的气体受到离心力的作用，形成高速旋转的气体屏障。同时，辅助密封系统向密封面提供压力，使气体屏障更加稳定和密实。当设备停止运转时，辅助密封系统也会停止供气，气体屏障逐渐消失。这样，就能够有效地实现密封面的密封和解除密封。

干气密封的优点主要包括以下几点，首先，它能够有效地防止介质泄漏，保护设备和环境的安全；其次，干气密封不需要润滑剂，能够避免润滑剂对介质的污染；最后，干气密封具有较长的使用寿命和较低的维护成本，能够降低设备的运行成本。

然而，干气密封也存在一些缺点，例如对设备的加工精度要求较高，安装和维护较为复杂，需要专业技术人员进行操作和管理。因此，在选择干气密封时，需要根据设备的具体情况和工作环境进行综合考虑。

总的来说，干气密封作为一种重要的密封方式，具有广泛的应用前景和发展空间。随着科技的不断进步和创新，相信干气密封技术将会得到进一步的完善和提升，为各行各业的设备运行和安全提供更加可靠的保障。

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