干氣密封技術研究現狀及發展趨勢

張云洪（內蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責任公司，內蒙古 赤峰 025350）

與其他的非接觸型密封技術相比，干氣密封的介質泄露可能性幾乎為零，是一種環保性能極佳的技術，其密封功率消耗不足接觸性密封技術的5%，在工業體系應用中不存在任何的不利影響，因此得到了廣泛的研究和應用。

1 干氣密封工藝的工作原理

1.1 原理分析

密封工藝雖然不是現代工業中領先的技術構成，但往往發揮著關鍵性作用，如在航天航空、軍事國防、核能等高科技應用領域，以及化工、石油、煤炭等國民支柱產業中，密封工藝的落后會造成整體技術性的功能滯后。

單純地就軸端密封技術而言，我國經歷了迷宮密封、浮環密封、機械密封和干氣密封幾個重要階段，其中干氣密封的優勢明顯強于其他密封形式。

從工作原理角度分析，干氣密封工藝其實是一種潤滑性氣膜流體的動靜壓力結合形式、非接觸式機械密封與氣體阻塞密封的結合。在構成上包括外環（動環）、靜環、O形環、彈簧、轉軸、組裝套等，工作頻度較高的是動環和靜環，通過在端面上的均勻分布淺槽配合。

以較為常見的螺旋槽面干氣密封工藝為例，當密封部分發生旋轉時，密封氣體被吸入到螺旋槽內，徑向分量從外徑向中間流動，隨即密封壩開始限制氣流向低壓側運動，整個旋轉槽面被壓縮；而在干氣密封軸承端的槽根部位，此時形成了高壓局部區，在氣膜產生的開啟力和彈簧、介質之間達到閉合力平衡，從而形成非接觸型密封運轉。

1.2 結構分析

干氣密封結構設計取決于氣體的組成成分，也受到氣體壓力、工藝情況和生產環境的影響，尤其對工業生產中的副產品和廢棄物有較多的限制要求。按照我國當前普遍采用的干氣密封形式，主要有三種類型，分別是單端面密封結構、雙端面密封結構和串聯式密封結構。

其中，單端面密封結構也被稱之為單級密封，廣泛地應用在各類壓縮機中，如空氣、氮氣、二氧化碳等，具有很高的穩定性，一些小型化工企業內部使用較為合適，對于危險性較小的副產品氣體允許有一定的泄露。

雙端面密封結構要求選擇壓力較高的緩沖介質，或者生產中緩沖氣體帶有危害性，應該考慮使用這種設計。壓縮機在真空環境的運轉中采用雙端面密封工藝可以提供性能可靠的密封系統，確保有毒氣體、易燃易爆氣體的不外泄。

串聯式密封結構應用十分普遍，較為經濟適用，操作工序也十分簡單，其一般形式是采用多個干起密封端體首尾相連，分級承擔密封負載。這種形式沒有一定的應用標準，可以根據具體工業生產需求來設計規模。但通常情況下會采用兩級劃分的格局，第一級用來承受全部壓力和負載，第二級作為備用部分，確保不會向大氣中泄露。

2 干氣密封工藝的研究現狀和趨勢

就研究現狀而言，國內的研究對象集中在干氣密封的原理、設計理論、系統優化等理論方面，如:密封端面摩擦性能研究、干氣密封結構研究（機械密封部分）、密封結構現代設計、絕熱研究以及氣膜穩定性計算等。結合現狀出發，國內的研究主要存在以下問題:

首先，基礎研究工作薄弱。由于干氣密封工藝是一種引進技術，在國內缺乏必要的基礎理論，工業應用的出發點是生產的適應性，因此大多采用引進技術和設備的方案，很少主動進行技術研究。國內主要有高校和研究機構開設研究課題，但國外干氣密封產品生產企業對技術資料的嚴密封鎖，對我國的基礎性研究十分不利。同時，我國在關于密封性技術的研究人員培養上也缺乏競爭力，資料少、文獻少、專利少是典型的劣勢特征。

其次，密封材料性能較差。國內一些企業通過購買專利技術生產干氣密封設備，但由于材料選擇缺乏科學標準，其產品質量并不樂觀。從檢測結果來看，普遍存在材料不穩定的特點，對耐腐蝕性、耐酸堿性等不能滿足要求。

再次，產品結構陳舊落后。國內工業體系中的密封結構大多沒有進行更新，甚至停留在上世紀50年代，缺乏對新科技、新技術和新工藝的認知應用。造成這問題的原因，與我國密封產品的生產條件和固有工藝落后有關。

干氣密封技術的顯著特點是非接觸性，由于密封內部的端面不存在任何摩擦，整體的輔助系統實施簡單，因此得到了快速的推廣和應用；同時，干氣密封的免維修期較長，使用壽命周期可觀，不需要額外的潤滑劑和冷卻系統，可以有效節約生產成本，減少工業系統的介質復雜度。

從未來的發展趨勢來看，主要工作將集中在干氣密封總體設計結構、材料和計算理論三個方面；對泄漏量控制提出了更高的要求，同時要求環保效能提升，提高流體機械效率，并最大限度的降低能量損耗。

3 結語

截至目前，干氣密封工藝在我國經歷了40多年的發展，以優越的性能得到了工業生產領域的肯定，尤其在化工、石化等行業的壓縮機中較為普遍。同時，由于市場經濟環境下的影響，干氣密封設備的價格與傳統密封設備持平，開始成為未來應用領域的主流。

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