压缩机干气密封基本原理及使用分析

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1、压缩机干气密封基本原理及使用分析【关键词】透平式压缩机,干气密封,结构,应用【论文摘要】针对德国博格曼公司的干气密封产品进行了研究，结合压缩机的工作特点，重点论述了压缩机干气密封的原理，结构特点，密封材料，使用要求和制造等方面的内容。BasicPrincipleAndUseAnalysisForDryGasSealOfCompressorAbstract:ResearchiscarriedoutagainsttheproductofdrygassealofGermanBurgmannCompany,combiningtheoperatin

2、gperformanceofcompressor,contentsofprincipleofcompressordrygasseal,structuralfeature,sealmaterial,servicerequirmentandmanufactureetc.aremainlydiscussed.Keywords:Turbocompressor　Drygasseal　Structure　Application一、引言　　干气密封是一种新型的无接触轴封，由它来密封旋转机器中的气体或液体介质。与其它密封相比，干气密封具有泄漏量少，磨损小

3、，寿命长，能耗低，操作简单可靠，维修量低，被密封的流体不受油污染等特点。因此，在压缩机应用领域，干气密封正逐渐替代浮环密封、迷宫密封和油润滑机械密封。干气密封使用的可靠性和经济性已经被许多工程应用实例所证实。　　目前，干气密封主要用在离心式压缩机上，也还用在轴流式压缩机、齿轮传动压缩机和透平膨胀机上。干气密封已经成为压缩机正常运转和操作可靠的重要元件，随着压缩机技术的发展，干气密封正逐步取代浮环密封、迷宫密封和油润滑密封。　　本文针对德国博格曼公司的干气密封产品进行了研究，结合压缩机的工作特点，重点论述压缩机干气密封的原理、结构特点、密封

4、材料、使用要求和制造等方面的内容。二、干气密封工作原理分析　　干气密封的一般设计形式是集装式，图1表示出了压缩机干气密封的具体结构。干气密封和普通平衡型机械密封相似，也由静环和动环组成，其中：静环由弹簧加载，并靠O型圈辅助密封。端面材料可采用碳化硅、氮化硅、硬质合金或石墨。　　干气密封与液体普通平衡型机械密封的区别在于：干气密封动环端面开有气体槽，气体槽深度仅有几微米，端面间必须有洁净的气体，以保证在两个端面之间形成一个稳定的气膜使密封端面完全分离。气膜厚度一般为几微米，这个稳定的气膜可以使密封端面间保持一定的密封间隙，间隙太大，密封效果

5、变差；而间隙太小会使密封面发生接触，因干气密封的摩擦热不能散失，端面间无润滑接触将很快引起密封端面的变形，从而使密封失效。　　气体介质通过密封间隙时靠节流和阻塞的作用而被减压，从而实现气体介质的密封，几微米的密封间隙会使气体的泄漏率保持最小。　　动环密封面分为两个功能区(外区域和内区域)。气体进入密封间隙的外区域有空气动压槽，这些槽压缩进来的气体。为了获得必要的泵效应，动压槽必须被开在高压侧。密封间隙内的压力增加将保证即使在轴向载荷较大的情况下也将形成一个不被破坏的稳定气膜。　　干气密封无接触无磨损的运行操作是靠稳定的气膜来保证的，稳定的

6、气膜是由密封墙的节流效应和所开动压槽的泵效应得到的。　　密封面的内区域(密封墙)是平面，靠它的节流效应限制了泄漏量。干气密封的弹簧力很小，主要目的是为了当密封不受压时确保密封面的闭合。　　选择干气密封时，决定性的判断是动环上所开动压槽的几何形状。对于压缩机的某些操作点，如启动和停车时，一套串联密封在低速或无压操作的情况下，旋转的动压槽必须在密封面之间产生一个合适的压力。此力靠特殊措施——三维的、弧形的槽来获得。压缩机干气密封设计和使用为两种槽型：双向的(U形)和单向的(V形)槽型。两种槽型的特性见表1。图1　压缩机干气密封示意图表1　V形

7、槽和U形槽的特性　V形槽　单向U形槽　双向反向运转仅能短期的反向运转所有操作速度均可以间隙(μm)3～102～8无压的情况下启离速度*(m/s)0.61.2静止时，启离压力*(MPa)≥0.6≥0.6*注意：DGS在低于那些被采用的值以下操作仍能被保证，但是一个分离层是必要的。三、密封材料分析1.端面材料　　干气密封的操作极限与密封各个元件的许用载荷有关。温度和压力极限由所用的辅助密封橡胶和端面材料决定。使用的端面材料对干气密封的工作起着决定性的作用。　　端面材料对压缩机密封的操作影响很大。端面材料组对的选择与压力、轴径和转速有关(见表2

8、)。表2　端面材料材料组对　　　　静环　　　　动环硬/软高硬度浸锑石墨Buko03碳化硅Buka25硬/硬碳化硅表面喷涂金刚砂Buka251碳化硅表面喷涂金刚砂Buka251图2　压缩机干气密