針對使用條件，進(jìn)行了某風(fēng)機用干氣密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計，計算了干氣密封的性能參數(shù)，確定了螺旋槽的幾何參數(shù)；為了驗證該干氣密封的密封性能，進(jìn)行了試驗研究，試驗結(jié)果與理論計算結(jié)果吻合較好。

　　引言

　　隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，風(fēng)機用軸封發(fā)生了很大的變化，從迷宮密封、分瓣環(huán)密封和浮環(huán)密封、接觸式機械密封到非接觸式機械密封，密封技術(shù)取得了很大的進(jìn)步。干氣密封是20世紀(jì)60年代末期在氣體動壓軸承的基礎(chǔ)上通過對機械密封進(jìn)行根本性改進(jìn)發(fā)展起來的一種非接觸式機械密封，其優(yōu)點是泄漏量小，能實現(xiàn)介質(zhì)的零泄漏，而且在運行時兩端面之間形成氣膜，端面不接觸，因此功率消耗小，工作穩(wěn)定性好，使用壽命長；常用于工況復(fù)雜、不允許泄漏的封氣場合。

　　某企業(yè)風(fēng)機的軸封為雙端面接觸式機械密封，封液介質(zhì)為油。經(jīng)過一段時間的使用，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.healwit.com.cn/)認(rèn)為該機械密封一直存在不同程度的泄漏，而且端面磨損較嚴(yán)重，影響了整個裝置的正常生產(chǎn)，給企業(yè)帶來了較大的經(jīng)濟損失。本文依據(jù)原風(fēng)機的使用工況條件，經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計、理論計算和試驗研究，進(jìn)行了風(fēng)機用干氣密封的研制開發(fā)。

1、密封設(shè)計

　　1.1、工況參數(shù)

　　該密封的使用工況參數(shù)見表1。

表1 密封使用工況

　　1.2、結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　為了使風(fēng)機輸送介質(zhì)中的易燃和有毒氣體完全無泄漏，而且要保證密封結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)相對比較簡單來滿足現(xiàn)場需要，確定密封采用帶有緩沖氣的雙端面結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，再結(jié)合使用工況，進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)設(shè)計，其密封結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要設(shè)計參數(shù)見表2。主密封氣和緩沖氣都是由外部引入的工業(yè)氮氣，主密封氣壓力為0.6MPa，緩沖氣壓力為0.3MPa，其中緩沖氣的作用是防止介質(zhì)向外側(cè)擴散污染密封端面而影響主密封的正常運行。

表2 主要設(shè)計參數(shù)

圖1 密封結(jié)構(gòu)

　　1.3、理論計算

　　干氣密封工作時所產(chǎn)生的動壓效應(yīng)是依靠在密封環(huán)高壓側(cè)開有若干個一定幾何形狀的型槽來實現(xiàn)的，型槽深度為幾微米。旋轉(zhuǎn)時，密封氣被向內(nèi)泵送到型槽根部，在型槽內(nèi)被壓縮，壓力升高，產(chǎn)生開啟力，推開密封端面，開啟力與由作用在補償環(huán)背面的氣體壓力和彈簧力形成的閉合力達(dá)到平衡即穩(wěn)定，此時，流動的氣體在兩個密封端面間形成一層很薄的氣膜，從而實現(xiàn)對介質(zhì)氣體的密封。由此可知，為了能產(chǎn)生較好的動壓效應(yīng)，又能保證一定的氣膜剛度和合適的泄漏量，型槽的參數(shù)設(shè)計是干氣密封設(shè)計的關(guān)鍵。

2、試驗研究

　　針對所設(shè)計的風(fēng)機用干氣密封，進(jìn)行了試驗研究，以檢驗設(shè)計是否符合要求。本試驗是在我院機械密封試驗裝置上完成的，試驗裝置的最大試驗軸徑為ϕ180mm，試驗轉(zhuǎn)速為0～3000r/min，變頻電機驅(qū)動，可實現(xiàn)無級調(diào)速。

　　試驗方案如圖3所示。試驗運行過程中，高壓N2分別經(jīng)減壓閥減壓、過濾器過濾后給試驗密封源源不斷地提供主密封氣和緩沖氣，主密封氣的泄漏量可由流量計測出。

　　2.1、試驗內(nèi)容

　　干氣密封的試驗分為四個階段，分別是靜態(tài)試驗、動態(tài)試驗、目測檢查和確認(rèn)試驗。本試驗的主要內(nèi)容如下。

　　(1)靜態(tài)試驗：首先緩沖氣壓力為0MPa，主密封氣壓力為0.6MPa，保壓10min，記錄泄漏量；再將主密封氣壓力分別為0.45MPa、0.3MPa和0.15MPa，各保壓5min，記錄泄漏量。

　　(2)動態(tài)試驗：第一步，緩沖氣壓力為0MPa，主密封氣壓力為0.6MPa，將轉(zhuǎn)速緩慢增至980r/min，運行15min，泄漏量達(dá)到穩(wěn)定后，記錄泄漏量；第二步，將轉(zhuǎn)速增至1130r/min，運行15min，記錄泄漏量；第三步將轉(zhuǎn)速降至980r/min，運行1h，每隔5min記錄一次泄漏量；第四步，將緩沖氣壓力增至0.3MPa，運行15min，記錄泄漏量；最后，將緩沖氣壓力降為0，完成連續(xù)兩次的停車和啟動，啟動后轉(zhuǎn)速增至980r/min，達(dá)到穩(wěn)定后，記錄泄漏量。

　　(3)目測檢查：動態(tài)試驗完成后，拆卸密封，檢查密封端面磨損情況及其他部件狀況。

　　(4)確認(rèn)試驗：重新組裝密封，裝至試驗臺，重復(fù)靜態(tài)試驗步驟，記錄泄漏量。

　　2.2、試驗結(jié)果

　　試驗完成后，其試驗結(jié)果見表4、表5和表6。由下述試驗結(jié)果可知，該干氣密封能完全滿足設(shè)計要求，并能滿足文獻(xiàn)中規(guī)定的性能要求。當(dāng)緩沖氣壓力為0時，其單個密封端面的動態(tài)試驗泄漏量為0.08m³/h，略大于理論泄漏量0.067m3/h，誤差較小。

表4 干氣密封靜態(tài)試驗記錄

表5 干氣密封動態(tài)試驗記錄

表6 干氣密封確認(rèn)試驗記錄

3、結(jié)論

　　(1)針對風(fēng)機使用工況條件，進(jìn)行了其干氣密封設(shè)計，采用帶有緩沖氣的雙端面密封結(jié)構(gòu)。

　　(2)密封端面槽型采用螺旋槽，通過理論計算，得出了螺旋槽的幾何參數(shù)值；并計算了該槽型在運行條件下的理論泄漏量。

　　(3)對該干氣密封進(jìn)行了試驗研究，通過試驗測出的實際泄漏量略大于理論泄漏量，但誤差較小。