干气密封的作用(干气密封的原理动画)
导语：超详细的干气体密封介绍，速度收藏
与机械接触式密封、浮环油膜密封相比，干气体密封可以省去密封油系统及排除一些相关的常见问题，具有泄漏量少、磨损小、使用寿命长、能耗低、操作简单可靠等优点。现已广泛用于石化行业的离心压缩机中。
通常干气体密封与机械接触式密封有着相似的剖面外形，密封是在与转动相垂直的平面内实现。干气体密封公用面结构主要有四种形式：扁平密封块、台阶形密封块、楔形密封块和螺旋槽表面。本文以螺旋槽式气体密封为例，简要介绍干气体密封的结构特点、工作原理和维护要求等。
01 基本结构干气体密封结构示意如图1。动环端面槽型示意见图2。干气体密封主要由动、静两部分组件组成。静止部分包括由O形环密封的静环（主环）、加载弹簧及固定静环的不锈钢夹持套（固定在压缩机机壳内）。动环（又称配对环）组件由一夹紧套和一锁定螺母（保持轴向定位）等部件安装在旋转轴上随轴高速旋转，动环一般由硬度高、刚性好且耐磨的钨、硅硬质合金制造。螺旋槽式干气密封设计的特别之处是在动环表面加工出一系列螺旋状沟槽，深度般为0.0025~0.01mm。在静止条件下，由于静环也就是主环上的弹性负荷，使动环与静环保持相互接触。
图1 干气体密封结构
1—动环；2—静环；3—弹簧；4，5，8—0形密封环；6—转轴；7—组装套
图2 部分非接触式密封端面槽型
02 工作原理螺旋槽的气体密封的工作原理是流体静力和流体动力的平衡。为了清晰起见，特将螺旋槽密封块外形放大示意如图3、图4。密封气体注入密封装置，使动、静环受到流体静压力作用，不论配对环是否转动，这些力都是存在的。而流体的动压力只是在转动时才产生。配对动环上的螺旋槽是产生这些流体动压力的关键，当动环随轴转动时，螺旋槽里的气体被剪切从外缘流向中心，产生动压力，而密封堰对气体的流出有抑制作用（静压力的存在），使得气体流动受阻，气体压力升高，这一升高的压力将挠性安装的静环与配对动环分开，当气体压力与弹簧恢复力平衡后，维持一最小间隙，形成气膜，密封工艺气体，这样，动、静环间互不接触，并且气膜具有良好的弹性，即气膜刚度。图5为动、静环工作时受力情况示意：①为动、静环间隙，根据不同密封形式，3~10μm左右，②为动环内螺旋槽，深度一般为0.0025~0.07mm，高压气由环的外侧进入螺旋槽内形成密封气动压力④，流动至密封堰⑤时受阻，气体压力升至最高值，然后迅速降低⑥，并使静环离开动环一个微小间隙，该间隙的大小是弹簧力⑦、介质气体压力⑧以及动静环间隙中密封气压力平衡的结果，并维持动、静环一个合适的间隙值。
图3 气体密封的公用面结构示意
图4 配对动环结构放大示意
图5 气体密封动、静环工作时的受力图
03 干气体密封在转子上的配置与运行要求由于结构上的要求，气体密封承担着两方面的任务：一是要防止转动期间主环与配对环接触，避免摩擦生热；同时当轴不转动时，密封应为零泄漏量。因此，首先主环与配对环要精加工、精安装，保持该接触面在光带上所测平面度要求。图6表示典型的安装在压缩机出口端的干气体密封。
图6 安装在压缩机出口端的干气体密封示意
这个密封是以固定的主环面安装在轴端上可以移动的夹持环里的简单装置。转动配对环利用台阶和O形环辅助密封与安装在轴上的夹持箍相连。这种固定压缩机密封主要工作面的方法是相当常见的。
由于密封面上的螺旋槽深只有几个微米，因此必须有非常干净的气体来启动并保护显微深度的密封面外表面。一般要求密封上游的注气非常洁净，无论是外设气源还是来自压缩机出口的工艺密封气都需要经过严格滤清。
04 干气体密封的辅助系统和浮环油膜密封比较，干气体密封不需要复杂的辅助系统。只需要提供简单的控制系统以监测密封的情况和自动停车的情况。图7所示为一典型的干气体密封辅助系统。洁净的密封气（可以是工艺气，也可以是外设的氮气）以高于压缩机内被封工艺气体的压力由入口1注入到密封装置，用以阻止压缩机工艺气体渗漏。在两侧干气密封面间泄漏的工艺介质气和隔离气的混合气经过压力开关PSM （PAM）、限流孔板3和流量计4后，排放到主放空口，去火炬系统。隔离气（氮气）由入口2注入，用以保护密封部件免受污染和阻止工艺气体泄漏，而靠近压缩机外部的密封泄漏气体主要为极少量的缓冲气体，经次放空口5放空。压缩机油泵运行前，必须将隔离气体（氮气）引入到干气密封装置，以防止密封部件和油接触。压缩机使用前，一般先注入洁净的氮气启动和保护密封面，在压缩机投入正常运行前，置换来自压缩机出口的工艺气，工艺气必须经过过滤器过滤。
图7 干气体密封的辅助系统
干气密封的支持系统控制部件及管线远不及常规液体密封安装的那么复杂或者那么昂贵，通常具有如下特点：①气源与支持系统工程简单；②操作时无磨损，密封寿命可达数年；③工艺气体漏损率低，且工艺介质不会被污染；④对转子轴向或径向移动不敏感；⑤对密封的气体性能相对来说不敏感；⑥低动力消耗，约为机械接触式密封的1/20左右。
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