干气密封的特性及其应用
干气密封的特性及主要工作原理
干气密封的特性及主要工作原理摘要介绍了干气密封的特点、结构及工作原理，分析了影响干气密封性能的主要参数。
关键词干气密封；结构及工作原理；主要参数中图分类号TH 文献标识码 A 文章编号1673-9671-(2012)051-0214-011 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。
2 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。
3 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，如图1所示。
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。
干气密封在石油化工中的应用
从实际工作中，我们深深体会到，干气密封是十几年来在我国广泛采用的一种密封形式。从实际运行看，其效果比较理想。我们也从中学习了不少知识，也掌握了干气密封的一些特点，更主要的是掌握了干气密封的安装特点。
2005年，在河南省蓝天集团30万吨/年甲醇项目中，合成气压缩机组就是我单位负责安装的。该台机组是国产的锦西化机厂制造的，打气量比较大，采用透平驱动方式，新鲜气量117000Nm3/h，循环量570000Nm3/h，转速10500rpm，是国内甲醇项目中最大的一台机组。
6干气密封的控制系统
干气密封的控制系统相当重要，它是干气密封的重要组成部分，主要由密封过滤单元、密封泄漏监测单元组成。
干气密封工作时，密封面间形成的气膜厚度在2~3μm左右，密封气中大于该粒度的固体颗粒会对密封面产生损坏；干气密封属于非接触密封，必然存在密封气体的泄漏，必须监视泄漏量，所以控制系统一般包括过滤、泄漏监测、密封隔离气体单元等三部分，过滤器有两个并联组成，过滤颗粒小于3μm，设有压差显示，泄漏量是通过对密封一次泄漏压力的监视，在一次泄漏量与放出口之间设有节流孔板，孔板前压力直接反映了泄漏量，孔板后设有泄漏量指示机井，并设联锁系统，正常时泄漏量应该稳定，其压力也应该稳定；当压力高于正常压力X倍时，就发出停车信号。
2干气密封应用的优势
现如今，压缩机生产厂家也都愿意使用干气密封。在干气密封问世之前，他们大都采用浮动环密封油密封技术。70年代我国引进的大型合成氨装置都采用浮动环密封油密封。据反映，密封油密封一不小心就会将油流入介质内，致使后序工程由于带油导致催化剂失灵，从而影响生产，尤其在开、停车阶段最易发生此类事故。所以，新厂都不愿意使用浮动环密封油密封，加上干气密封在国内有成套技术，厂家宁可多花钱也要采用干气密封。
干气密封的原理及应用场合
干气密封的原理及应用场合1. 干气密封的定义和基本原理干气密封是一种利用清洁干燥的气体（通常是氮气）在机械轴和密封部件之间形成一个气体屏障，以防止液体或气体泄漏的密封方法。
它主要利用气体压力高于液体或气体的压力，将气体或液体压缩在轴封附近的密封腔内，从而有效地防止泄漏。
干气密封的基本原理是通过气膜将两侧介质隔离开来，从而实现密封效果。
当轴旋转时，密封腔内的气体被强制流动，形成一个气膜屏障，防止液体或气体渗入密封腔。
2. 干气密封的优点•高效性能：干气密封具有较高的密封效果，有效防止液体或气体泄漏，提高设备的工作效率。
•可靠性：由于密封性能稳定可靠，干气密封可保持长时间的使用寿命而不需要频繁维护。
•适应性强：干气密封适用于各种介质，包括化工、石油、医药等不同行业。
•安全性高：由于采用气体作为密封介质，避免了液体泄漏导致的安全隐患。
•环保性好：干气密封无需使用润滑油，减少了对环境的污染。
3. 干气密封的应用场合3.1 化工工业在化工工业中，往往需要处理一些有害、腐蚀性或粘稠的介质。
传统的液体密封在这种条件下容易受到损坏或泄漏，而干气密封可以有效地解决这些问题。
比如，干气密封常被用于泵、压缩机、反应釜等设备的密封，确保介质不泄漏，从而保护操作人员的安全和设备的正常运行。
3.2 石油行业在石油行业中，由于介质种类多样，常常需要在恶劣的工作环境中进行密封。
干气密封可以适应高温、高压、腐蚀等艰苦环境，确保设备的正常运行。
比如，干气密封常用于石油泵、油井采气设备、管线等油气密封系统中。
3.3 医药行业在医药行业中，要求设备的密封性能高、可靠性强，并且要求设备无泄漏和无污染。
干气密封具有符合医药行业要求的特点，被广泛应用于制药设备、灭菌系统、制冷设备等。
3.4 其他行业除了化工、石油和医药行业外，干气密封还广泛应用于其他领域。
例如，干气密封可用于食品加工设备、纸浆设备、电力行业的泄漏控制等。
4. 干气密封的发展趋势随着技术的不断发展，干气密封正朝着更高效、更可靠和更环保的方向发展。
压缩机干气密封
压缩机干气密封一、压缩机干气密封的定义和作用压缩机干气密封是指在压缩机轴承处，使用气体代替传统的润滑油，实现轴承的润滑和密封。
其作用是防止润滑油泄漏，减少环境污染，提高设备可靠性和安全性。
二、压缩机干气密封的优点1.减少环境污染：压缩机干气密封不需要使用润滑油，可以有效降低环境污染。
2.提高设备可靠性：由于无需使用润滑油，可以避免因为润滑油泄漏引起的故障。
同时，压缩机干气密封具有较长的使用寿命和较小的维护量。
3.提高设备安全性：由于无需使用润滑油，可以避免因为润滑油泄漏引起的火灾等危险。
4.节约能源：由于无需使用润滑油，可以减少能源消耗。
三、压缩机干气密封的分类1.动态密封：动态密封是指在旋转轴上使用气体密封，通常采用活塞式密封或者旋转式密封。
2.静态密封：静态密封是指在不旋转的部件上使用气体密封，通常采用环形密封或者膜片式密封。
四、压缩机干气密封的工作原理压缩机干气密封的工作原理是利用气体的高速流动产生的离心力和摩擦力，将气体挤入轴承处形成一个气膜，从而实现润滑和密封。
五、压缩机干气密封的优化设计1.合理选择材料：选择高温耐磨材料可以提高干气密封的使用寿命和稳定性。
2.优化结构设计：通过优化结构设计，可以减少泄漏量和摩擦损失，提高干气密封的效率。
3.加强检测监控：通过加强检测监控，可以及时发现故障并进行维修保养，保证设备正常运行。
六、压缩机干气密封在工业生产中的应用压缩机干气密封广泛应用于石油化工、电力、钢铁、航空航天等行业，可以提高设备的可靠性和安全性，降低环境污染，节约能源。
七、压缩机干气密封的发展趋势随着环保意识的不断提高和技术的不断进步，压缩机干气密封将越来越广泛地应用于各个领域。
同时，未来的发展方向是进一步提高干气密封的效率和使用寿命，降低成本，实现智能化监控和维护。
干气密封及其应用
干气密封及其应用实用铆工经验与窍门精选.PDF电子书小商店10干气密封原理及应用一、引言干气密封是一种新型的非接触式轴封，干气密封的概念是六十年代末期从气体润滑轴承的基础上发展起来的，其中以螺旋槽密封最为典型。
经过数年的研究，美国约翰·克兰公司率先推出干气密封产品并投入工业使用。
实践表明，干气密封在很多方面都优越于普通接触式机械密封，它主要用于管线、海洋平台、炼油厂、石油化工行业等，适合于任何输送气体的系统。
由于干气密封属于非接触式密封，基本上不受PV值的限制，因此干气密封特别适合作为在高速高压条件下的大型离心压缩机轴封。
干气密封的出现，是密封技术的一次革命，气体密封的难题从此得以解决，而不再会受到密封润滑油的限制，而且其所需的气体控制系统比油膜密封的油系统要简单得多。
另外，干气密封的出现也改变了传统的密封观念，将干气密封技术和阻塞密封原理有机结合，“用气封液或气封气”的新观念替代传统的“液封气或液封液”观念，可保证任何密封介质实现零逸出，这就使得干气密封在泵用轴封领域也将有广泛的应用前景。
下表为压缩机干气密封与其它常见密封的泄漏量比较试验机组使用条件：轴径140mm,转速5000r/min,工艺气压力0.6MPa,封油（气）压力0.75MPa.与普通接触式机械密封相比，干气密封有以下主要优点：（1）省去了密封油系统及用于驱动密封油系统运转的附加功率负荷。
（2）大大减少了计划外维修费用和生产停车。
3）避免了工艺气体被油污染的可能性。
（3）密封气体泄漏量小。
（4）维护费用低，经济实用性好。
（5）密封驱动功率消耗小。
（6）密封寿命长，运行可靠。
二、干气密封的工作原理与其它机械密封相比，干气密封在结构方面基本相同。
其主要区别在于，干气密封的一个密封环上面加工有均匀分布的浅槽，干气密封能在非接触状态下运行就是靠这些浅槽在运转时产生的流体动压效应使密封面分开。
干气密封端面的槽形主要分单旋向和双旋向两大类。
干气密封基本原理及应用
Pressure [barG]
单向槽与双向槽的比较
单向槽：螺旋槽、V型槽 优点：动压效应强，气膜刚度大，抗外界扰动能力 强。
双向槽：枞树、U型槽、T型槽 优点：可以长时间反转； 缺点：较单向槽动压效应弱，气膜刚度小。 推荐：优先采用单向槽，特殊情况双向槽。
工作原理
FC 闭合力
S
P
弹簧力+流体压力
极低的工艺气泄漏
能承受速度和压力的快速变化
由于非接触的特点，理论上密封 寿命可以认为没有限制
干气密封主要特征
减少新机器的成本 集装式设计易安装，保护关键密封组
件 超过1亿5仟万小时运转经验 已安装1万2千套集装式干气密封
干气密封主要特性
取消了密封油系统 减少了维修费用 节能 防止了油系统的污染
10 6.625 in 密封直径
8 6 4 2
单向螺旋槽 改进型双向螺旋槽
最初的双向螺旋槽 雷列台阶
0
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000
Speed (rpm)
单向螺旋槽 与 改进型双向螺旋槽（ 5.687” ） －泄漏量与压力关系曲线
Leakage [std.l/min]
CSTEDY / CTRANS -功能
输入
压力，温度，转速，气 体组份，材料，槽形， 密封几何形状
输出
密封面间隙，泄漏量， 摩擦，功率，温升，气 膜稳定性
动态密封性能分析
密封直径 162mm 转速 16,110 rpm
压力 0 bar 温度 150 ℃
泄漏量 = 1.5 l/min
5 Microns/ div
New BD vs. UD : Seal Size 5.687"
干气密封的工作原理和特点
干气密封的工作原理和特点干气密封是一种新型的非接触式轴封。
干气密封在结构上与普通的机械密封基本相同，重要的区别在于干气密封其中的一个密封环上面加工有均匀分布的流体动压槽。
运转时进入槽中的气体受到压缩，在密封环之间形成局部的高压区，使密封面开启，从而能在非接触状态下实现密封。
干气密封与普通的机械密封相比主要有以下的优点：（1）省去了普通密封油系统以及用于驱动密封油系统运转的附加功率负荷。
（2）大大减小了计划外维修费用和生产停车。
（3）避免了工艺气体被油污染的可能性。
（4）密封气体泄漏量小。
（5）维护费用低，经济实用性好。
（6）密封驱动功率消耗小。
（7）密封寿命长，运行可靠。
该压缩机采用的是GCTL01/L99型带中间迷宫的串联式干气密封，是干气密封中安全性、可靠性最高的一种结构。
这种结构可保证工艺介质不会泄漏至大气环境中，同时可以保证干气密封引入的外部气源氮气不会漏入工艺介质中。
串联式干气密封相当于前后串联布置的两组单端面干气密封。
第一级干气密封为主密封，基本上承受全部压差；第二级干气密封为辅助安全密封，正常运行时在很低的压力下工作，当第一级密封失效时，第二级密封可以迅速承受较大的压差，起到密封作用，同时可防止一级密封失效时工艺气体大量向大气环境中泄漏，保证机组安全停车。
大气端的隔离密封可避免轴承箱中的润滑油汽进入干气密封区域，保证干气密封在洁净、干燥的环境中运行。
为了保证干气密封运行的可靠性，每套密封系统都配有与之相匹配的监测、控制系统，其作用是一方面为干气密封提供干净、干燥的气源。
另一方面对干气密封的运行状况进行实时监测，使密封工作在最佳状态，当密封失效时系统能及时报警。
监控系统对密封是否正常运行的监测主要是通过对泄漏气体的流量及相关压力的监测来进行的。
干气密封工作原理
干气密封工作原理一、引言干气密封是一种广泛应用于各种机械设备中的密封方式，它通过利用气体的特性来实现密封效果，具有结构简单、维护方便等优点。
本文将详细介绍干气密封的工作原理及其应用。
二、工作原理干气密封的工作原理基于气体的压力平衡原理和密封面的相对运动。
一般情况下，干气密封由静密封和动密封两部分组成。
1. 静密封部分静密封部分主要由密封面和密封环组成。
密封面通常采用硬质合金、陶瓷等材料制成，具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。
密封环则负责与密封面接触，并通过压缩使其与密封面形成密封。
2. 动密封部分动密封部分主要由活塞、活塞环和密封环组成。
活塞和活塞环的运动可产生压力差，从而形成气体的流动。
密封环则负责承受气体的压力，并通过其自身的弹性使气体无法泄漏。
三、工作过程干气密封的工作过程可以分为压缩、密封和润滑三个阶段。
1. 压缩阶段当活塞运动时，活塞环与密封环之间形成一定的压力差，使气体被压缩。
同时，密封环的弹性使其与密封面紧密接触，形成初步的密封效果。
2. 密封阶段在密封阶段，由于活塞环的运动，压缩气体逐渐流向密封面，与密封面接触。
此时，密封面与密封环之间的压力差逐渐增大，从而形成更好的密封效果。
3. 润滑阶段在润滑阶段，密封面和密封环之间的润滑剂起到重要的作用。
润滑剂可减少密封面和密封环之间的摩擦，提高密封的效果。
四、应用领域干气密封广泛应用于各种机械设备中，特别是涉及高速旋转的轴承和密封件。
其主要应用领域包括但不限于以下几个方面：1. 压缩机在压缩机中，干气密封可有效防止压缩气体泄漏，提高压缩机的工作效率。
同时，干气密封还可减少摩擦磨损，延长设备的使用寿命。
2. 泵站在泵站中，干气密封可防止液体泄漏，保证泵站的正常运行。
与传统的液体密封相比，干气密封不会受到液体蒸发和结晶的影响，具有更好的稳定性和可靠性。
3. 机床在机床中，干气密封可防止切削液进入主轴轴承，保护轴承免受污染。
同时，干气密封还可减少主轴轴承的磨损，提高机床的加工精度和效率。
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力， 弹簧力形成的闭合力与气膜反力相等时， 该气 膜厚度十分稳定， 干气密封密封面间的气膜具有良 好的气膜刚度， 保证密封运转稳定可靠。 正常条件下， 作用在密封面上的闭合力 （ 弹簧 力和介质力） 等于开启力 （ 气膜反力） ， 密封间隙为 设计工作间隙。 当受外部干扰， 气膜厚度减小， 则气膜反力增 加， 开启力大于闭合力， 迫使密封工作间隙增大， 恢 复到正常值。相反， 若密封气膜厚度增大， 则气膜反 力减小， 闭合力大于开启力。密封面间隙恢复到正 常值。因此， 只要在设计范围内， 当外部干扰消失以 后， 气膜厚度就可以恢复到设计值。 可见， 干气密封的密封面间形成的气膜具有一 定的气膜刚度， 气膜刚度大， 干气密封抗干扰能力 越强， 密封运行越稳定可靠。干气密封的设计就是 以获得最大的气膜刚度为目标而进行的。
４ 应用实例
离心泵输送介质为液体，双端面干气密封可以 应用在绝大多数离心泵的轴封上，具体结构图 （ 略） ， 辅助系统见图 １。 该密封具有以下特点： ①＂ 气体阻塞 ＂ 替代传统的 ＂ 液体阻塞 ＂， 即用 带压密封气替代带压密封面，保证工艺介质实现 ＂ 零逸出 ＂； ②整套密封非接触运行， 其功率消耗仅为传统双 端面密封的 ５％ ， 使用寿命比传统密封长三倍以上； ③结构简单的辅助系统，保证工作介质不受污 染及工作介质不向大气泄漏，彻底摆脱了传统双端 面机械密封对油系统的依赖， 密封气采用工业氮气， 其压力高于介质 ２Ｍｐａ 。 泵采用双端面干气密封的不足之处是： ① 需要一定压力的气源，气源压力至少高于 ２Ｍｐａ ； 介质压力 ０． ② 有微量气体进入工艺流程。
各类泵中大部分密封都采用接触式密封， 其密 封严重影响使用寿命和工作效率。随着密封技术的 发展， 干气密封技术的发明与应用， 彻底解决了困 扰高速离心压缩机的轴封问题， 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。但目前干气密封大部分应用在高速旋转 设备， 像泵类产品中应用较少。为了改进泵类产品 中密封存在的缺陷， 笔者尝试了把干气密封应用于 泵中， 取代原来的机械密封。
５ 结束语
由于采用了干气密封新技术而使问题得到解 决， 为装置的安全平稳、 长周期、 满负荷运行提供了 有力的保障。同时也说明采用新技术和新工艺是解 决装置运行问题的一条有效途径。干气密封其密封 端面在运行期间几乎无磨损， 只在开停车时才出现 很小的磨损。 一旦有颗粒杂质进入密封腔， 密封面压 力槽根部很容易遭到磨损。 因此， 用于密封的气体一 定要清洁， 无颗粒杂质。 参考文献
图 １ 干气密封系统示意图
２ 干气密封的工作原理
干气密封基本结构如图 １ 所示，由旋转环， 静 环， 弹簧， 密封圈以及弹簧座和轴套组成。 ２ 图 为干气密封旋转环示意图， 旋转环密封面 经过研磨， 抛光处理， 并在其上面加工出有特殊作 用的液体动压槽。 干气密封旋转转环旋转时， 密封气体被吸入动 压槽内， 由外径朝向中心， 径向分量朝着密封堰流
１ 彭建． Ｊ］流体工程， １９９５， ２３（ ３） 螺旋槽干气密封的优化设计［ ２ 顾永泉． １９９０． ２ 流体动密封． 石油大学出版社， ３ 王玉明， Ｊ］ ． 马将发， 等． 高速透平压缩机的轴端密封［ 石 ２０００（ ４） 油化工设备技术，
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张剑慈（ 浙江工业大学浙西分校机电控制工程系 浙江衢州 ３２４００６）
摘 要 介绍了干气密封的特点、 工作原理、 典型结构以及辅助系统， 分析了影响干气密封性 能的主要参数， 并列举了应用实例。 关键词 干气密封 工作原理 参数
１ 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， 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。
密封直径越大， 转速越高， 密封环线速度越大， 干气密封的泄漏量就越大。 ３． ２． ２ 密封气压力对泄漏量的影响 不难想象， 在密封工作间隙一定的情况下， 密封 气压力粘度对泄漏量的影响 工作介质温度对密封泄漏量的影响是由于温度 对介质粘度有影响而造成的。 介质粘度增加， 动压效 应增强， 气膜厚度增加， 但同时流经密封端面间隙的 阻力增加。因此， 对密封泄漏量的影响不是很大。
３ 影响干气密封性能的主要参数
干气密封的性能主要体现在密封运行的稳定 性 （ 或者说使用寿命） 和密封泄漏量的矛盾。影响 干气密封泄漏量的直接因素就是干气密封的气膜 厚度， 也就是干气密封运转时密封面间形成的工作 间隙。我们将影响干气密封性能的参数分为密封 结构参数和密封操作参数。 ３． １ 密封结构参数 ３． １． １ 干气密封动压槽形状 从流体动力学角度来讲， 在干气密封端面开任 何形状的沟槽， 都能产生动压效应。理论研究表明， 对数螺旋槽产生的流体动压效应最强， 用其作为干 气密封动压槽而形成的气膜刚度最大， 及干气密封 的稳定性最好。 ３． １． ２ 干气密封动压槽深度 理论研究表明，干气密封流体动压槽深度与气 膜厚度为同一量级时， 密封的气膜刚度最大。 实际应 用中， 干气密封的动压槽深度一般在 ３￣１０ 微米。在 其余参数确定的情况下， 动压槽深度有一最佳值。 ３． １． ３ 干气密封动压槽数量、 动压槽宽度、 动压槽长度 理论研究表明， 干气密封动压槽数量趋于无限 时， 动压效应最强。不过， 当动压槽达到一定数量 后， 再增加槽数时， 对干气密封性能影响已经很小。 此外， 干气密封动压槽宽度、 动压槽长度对密封性 能都有一定的影响。 ３． ２ 密封操作参数 ３． ２． １ 密封直径、 转速对泄漏量的影响
２００４－０６－０１ 收稿日期： １９６４－） ， 作者简介： 张剑慈（ 女， 副教授， 浙江诸暨人， 从事教学与科研工 作。
图 ２ 干气密封旋转环示意图
动。由于密封堰的节流作用， 进入密封面的气体被 压缩， 气体压力升高， 在该压力作用下， 密封面被推 开， 流动的气体在两个密封面间形成一层很薄的气 据气体动力学研 膜， 此气膜厚度一般在 ３μ! 左右， 究表明， 当干气密封气膜层厚度为 ２￣３μ! 时， 流过 间隙的气体流动层最为稳定， 这也就是干气密封气 膜厚度设计值选定在 ２￣３μ! 的原因，当气体静压