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
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。

闭合力Fc，即弹簧力与气体压力之间的总和。

其中，开启力Fo通过端面之间分布的压力，对端面的面积形成积分。

在平衡状态下，Fc=Fo;其中运行的间隙约3微米。

如果由于受到干扰作用，造成密封的间隙逐渐降低，此时端面之间的压力就会有所升高，此时Fc>Fo，端面之间的间隙也会有所降低，则密封就会达到一种全新平衡状态。

通过该机制的运行，可在动环组件与静环组件之间形成较
为稳定的气体薄膜，在一定的动力条件下，可实现端面之间的平衡状态，同时由于彼此分离、没有接触，因此不容易造成磨损，极大延长使用寿命。

干气密封的结构形式根据被密封介质的不同、介质压力的不同及工作转速的不同又可分为单端面干气密封、双端面干气密封及串联式干气密封。

美国某公司从20世纪60年代末即开始研究干气密封技术，到80年代已经完全达到实用化的程度，目前有不少外国公司可生产此类密封，并一度垄断了我国干气密封市场。

而现在随着我国一些民族工业的崛起，我国已生产出了处于国际领先水平的干气密封产品，并已在国内许多石油化工企业中得到推广应用。

四、影响干气密封的相关参数
有关干气密封技术的运行技能，主要集中于密封运行的稳定性及使用寿命方面。

而气膜的厚度参数，将对干气密封的泄漏量产生直接影响，即在干气密封技术运用过程中，会在密封面形成诸多间隙。

一般情况下，对干气密封的性能产生影响的主要参数为密封操作参数与密封结构参数两种形式。

具体分析如下。

4.1 密封操作参数
1)密封直径、转速的影响作用。

经大量实践表明，密封的直径作用越大，则转速越高;密封的环线速度越快，则干气密封形式产生的泄漏量就越多。

2)密封气压的影响作用。

一般情况下，如果存在干气密封的工作间隙，则其中压力越大，发生气体泄漏的可能性就越大。

3)工作介质温度、粘度的影响作用。

有关工作介质温度产生的影响作用，主要原因是考虑到温度的影响，直接作用到介质粘度中。

随着介质粘度的增加，动压效应有所增强，且气膜的厚度加重，同时加大了密封间隙中阻力。

这种情况下，不会对密封泄漏量产生过大影响。

4.2 密封结构参数
1)动压槽的形状。

以流体力学理论为出发点，在干气密封技术的端面形成沟槽，无论是何种形状，都将受到动压效应影响。

尤其在数螺旋槽中，产生极大流
体动压效应，且作用在干气密封动压槽中，产生一定气膜刚度，利于密封稳定性的提高。

2)动压槽的深度。

如果干气密封流体的动压槽深度和气膜厚度处于同一个量级，则干气密封的气膜刚度处于最大值。

在实际应用过程中，一般将干气密封的动压槽控制在3微米～10微米的厚度。

3)动压槽的数量。

以实践数据来看，如果干气密封的动压槽数量趋向无限，则动压效应不断增强。

但是如果动压槽的数量达到一定值，继续增加槽数，不会对干气密封的性能再产生影响。

五、结束语
由于采用了干气密封新技术装置的安全平稳、长周期提供了有力的保障。

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。

压缩机干气密封的原理
一、干气密封是一种密封全部工艺气压力的非接触式端面密封。

该密封包括轴向浮动的碳化物环——静环，和旋转环——动环，旋转环密封面的外径部位刻有槽，槽的下面是被称为密封坝的光滑区域。

在轴处于静止和机组未升压时，静环背后的弹簧使其与动环接触。

当机组升压时，气体所产生的静压力将使得两个环分开并形成一极薄的气膜（约3μm）。

这间隙允许少量的密封气泄漏。

当机组开始旋转时，由于动环上槽的作用把气体向密封坝泵送，槽内压力从外径向内径增加，靠近槽的根部产生一高压区域，并扩大两环间的间隙，同时泄漏量也增加。

当弹簧力和气体的静压力与槽和密封坝的流体动力相等时，密封面之间形成稳定的气膜间隙。

当间隙减小时，流体动力学作用使得端面之间的分离力迅速增加，间隙将扩大。

间隙的增大时将导致打开力减小，间隙将减小。

干气密封的自动平衡原理使得密封端面之间形成了稳定的间隙和泄漏量。

当轴旋转时密封面非接触，所以没有磨损。

二、干气密封顾名思义是指干燥的、洁净的气体密封。

干气密封的密封面之间在运行时有非常小的间隙，密封气流过该间隙。

密封面之间的微小间隙要求密封气中不能含有直径超过间隙的颗粒，也不能含有液体，干气密封控制盘的特点是具有过滤装置、除湿装置（密封气用工艺介质时），提供高清洁度的气体以延长密封面的寿命，并防止静环背面堆积污染物。

密封气分为主密封气、隔离气（缓冲气）。

干气密封设计压力为机组的进气压力。

主密封进气腔的压力稍许高于进气压力，确保密封腔内清洁的环境。

由于密封腔与工艺气腔有压差，对于串联式结构来讲大部分经除湿、过滤的密封气流经工艺气拉别令密封进入压缩机，只有一小部分密封气流经密封面之间，成为泄漏气体；对于并联式双端面密封来讲，密封气流经两个密封面之间，成为泄漏气体。

串联式结构主密封气又分一级主密封气（内侧端面）、二级主密封气（外侧端面），内侧端面起主要密封作用，外侧端面是一
个安全密封，当内侧主密封突然失效时，危险介质不会发生大量外泄，造成安全事故。

一级主密封气使用工艺介质或氮气，二级主密封气只能使用惰性气体(氮气)。