干氣密封的特性及應(yīng)用
各類泵中大部分密封都采用接觸式密封，其密封嚴(yán)重影響使用壽命和工作效率。隨著密封技術(shù)的發(fā)展，干氣密封技術(shù)的發(fā)明與應(yīng)用，徹底解決了困擾高速離心壓縮機(jī)的軸封問題，密封使用壽命及性能都得到了很大提高，為機(jī)組穩(wěn)定，長周期運行提供了保證。但目前干氣密封大部分應(yīng)用在高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備，像泵類產(chǎn)品中應(yīng)用較少。為了改進(jìn)泵類產(chǎn)品中密封存在的缺陷，筆者嘗試了把干氣密封應(yīng)用于泵中，取代原來的機(jī)械密封。
1、干氣密封與機(jī)械密封性能比較
機(jī)械密封是一種傳統(tǒng)的密封型式，其特點是密封結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)成熟，加工精度要求不太高。其缺點是泄漏率高，故障頻發(fā)。
干氣密封是目前最先進(jìn)的一種非接觸密封型式，其主要特點是：密封功率消耗小，僅為接觸式機(jī)械密封的5% 左右；與其它非接觸密封相比，干氣密封氣體泄漏量��；在離心壓縮機(jī)中，采用自身工藝氣體作為密封氣，對工藝流程無不利影響；可實現(xiàn)介質(zhì)的零逸出，是一種環(huán)保型密封；密封輔助系統(tǒng)較為簡單，可靠，使用中不需要維護(hù)。
2、干氣密封的工作原理
干氣密封基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示，由旋轉(zhuǎn)環(huán)，靜環(huán)，彈簧，密封圈以及彈簧座和軸套組成。圖2 為干氣密封旋轉(zhuǎn)環(huán)示意圖，旋轉(zhuǎn)環(huán)密封面經(jīng)過研磨，拋光處理，并在其上面加工出有特殊作用的液體動壓槽。
圖1 干氣密封系統(tǒng)示意圖 圖2 干氣密封旋轉(zhuǎn)環(huán)示意圖
干氣密封旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)環(huán)旋轉(zhuǎn)時，密封氣體被吸入動壓槽內(nèi)，由外徑朝向中心，徑向分量朝著密封堰流動。由于密封堰的節(jié)流作用，進(jìn)入密封面的氣體被壓縮，氣體壓力升高，在該壓力作用下，密封面被推開，流動的氣體在兩個密封面間形成一層很薄的氣膜，此氣膜厚度一般在3μm左右，據(jù)氣體動力學(xué)研究表明，當(dāng)干氣密封氣膜層厚度為2~3m時，流過間隙的氣體流動層最為穩(wěn)定，這也就是干氣密封氣膜厚度設(shè)計值選定在2~3μm的原因，當(dāng)氣體靜壓力，彈簧力形成的閉合力與氣膜反力相等時，該氣膜厚度十分穩(wěn)定，干氣密封密封面間的氣膜具有良好的氣膜剛度，保證密封運轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠。
正常條件下，作用在密封面上的閉合力（ 彈簧力和介質(zhì)力）等于開啟力，密封間隙為設(shè)計工作間隙。
當(dāng)受外部干擾，氣膜厚度減小，則氣膜反力增加，開啟力大于閉合力，迫使密封工作間隙增大，恢復(fù)到正常值。相反，若密封氣膜厚度增大，則氣膜反力減小，閉合力大于開啟力。密封面間隙恢復(fù)到正常值。因此，只要在設(shè)計范圍內(nèi)，當(dāng)外部干擾消失以后，氣膜厚度就可以恢復(fù)到設(shè)計值。
可見，干氣密封的密封面間形成的氣膜具有一定的氣膜剛度，氣膜剛度大，干氣密封抗干擾能力越強(qiáng)，密封運行越穩(wěn)定可靠。干氣密封的設(shè)計就是以獲得最大的氣膜剛度為目標(biāo)而進(jìn)行的。
3、影響干氣密封性能的主要參數(shù)
干氣密封的性能主要體現(xiàn)在密封運行的穩(wěn)定性（ 或者說使用壽命）和密封泄漏量的矛盾。影響干氣密封泄漏量的直接因素就是干氣密封的氣膜厚度，也就是干氣密封運轉(zhuǎn)時密封面間形成的工作間隙。我們將影響干氣密封性能的參數(shù)分為密封結(jié)構(gòu)參數(shù)和密封操作參數(shù)。
3.1、密封結(jié)構(gòu)參數(shù)
3.1.1、干氣密封動壓槽形狀
從流體動力學(xué)角度來講，在干氣密封端面開任何形狀的溝槽，都能產(chǎn)生動壓效應(yīng)。理論研究表明，對數(shù)螺旋槽產(chǎn)生的流體動壓效應(yīng)最強(qiáng)，用其作為干氣密封動壓槽而形成的氣膜剛度最大，及干氣密封的穩(wěn)定性最好。
3.1.2、干氣密封動壓槽深度
理論研究表明，干氣密封流體動壓槽深度與氣膜厚度為同一量級時，密封的氣膜剛度最大。實際應(yīng)用中，干氣密封的動壓槽深度一般在3~10 微米。在其余參數(shù)確定的情況下，動壓槽深度有一最佳值。
3.1.3、干氣密封動壓槽數(shù)量、動壓槽寬度、動壓槽長度理論研究表明，干氣密封動壓槽數(shù)量趨于無限時，動壓效應(yīng)最強(qiáng)。不過，當(dāng)動壓槽達(dá)到一定數(shù)量后，再增加槽數(shù)時，對干氣密封性能影響已經(jīng)很小。此外，干氣密封動壓槽寬度、動壓槽長度對密封性能都有一定的影響。
3.2、密封操作參數(shù)
3.2.1、密封直徑、轉(zhuǎn)速對泄漏量的影響
密封直徑越大，轉(zhuǎn)速越高，密封環(huán)線速度越大，干氣密封的泄漏量就越大。
3.2.2、密封氣壓力對泄漏量的影響
不難想象，在密封工作間隙一定的情況下，密封氣壓力越高，氣體泄漏量越大。
3.2.3、工作介質(zhì)溫度、粘度對泄漏量的影響
工作介質(zhì)溫度對密封泄漏量的影響是由于溫度對介質(zhì)粘度有影響而造成的。介質(zhì)粘度增加，動壓效應(yīng)增強(qiáng)，氣膜厚度增加，但同時流經(jīng)密封端面間隙的阻力增加。因此，對密封泄漏量的影響不是很大。
4、應(yīng)用實例
離心泵輸送介質(zhì)為液體，雙端面干氣密封可以應(yīng)用在絕大多數(shù)離心泵的軸封上，具體結(jié)構(gòu)圖（ 略），輔助系統(tǒng)見圖1。該密封具有以下特點：
①" 氣體阻塞" 替代傳統(tǒng)的" 液體阻塞"，即用帶壓密封氣替代帶壓密封面，保證工藝介質(zhì)實現(xiàn)"零逸出"；
�、谡酌芊夥墙佑|運行，其功率消耗僅為傳統(tǒng)雙端面密封的5% ，使用壽命比傳統(tǒng)密封長三倍以上；
�、劢Y(jié)構(gòu)簡單的輔助系統(tǒng)，保證工作介質(zhì)不受污染及工作介質(zhì)不向大氣泄漏，徹底擺脫了傳統(tǒng)雙端面機(jī)械密封對油系統(tǒng)的依賴，密封氣采用工業(yè)氮氣，其壓力高于介質(zhì)2Mpa 。
泵采用雙端面干氣密封的不足之處是：
① 需要一定壓力的氣源，氣源壓力至少高于介質(zhì)壓力0.2Mpa ；
�、� 有微量氣體進(jìn)入工藝流程。
5、結(jié)束語
由于采用了干氣密封新技術(shù)而使問題得到解決,為裝置的安全平穩(wěn)、長周期、滿負(fù)荷運行提供了有力的保障。同時也說明采用新技術(shù)和新工藝是解決裝置運行問題的一條有效途徑。干氣密封其密封端面在運行期間幾乎無磨損, 只在開停車時才出現(xiàn)很小的磨損。一旦有顆粒雜質(zhì)進(jìn)入密封腔,密封面壓力槽根部很容易遭到磨損。因此,用于密封的氣體一定要清潔,無顆粒雜質(zhì)。
資料下載：干氣密封的工作原理及使用分析
