多級高速離心式蒸汽壓縮機兩種密封對比分析

毛佳佳，吳勇前，高亞威，潘 浩，鄭世彥

（浙江奇彩環境科技股份有限公司，浙江 紹興312016）

1 多級高速離心式蒸汽壓縮機

多級高速離心式蒸汽壓縮機相當于將兩套或三套單級高速離心式蒸汽壓縮機串聯起來，相比于單機高速離心式蒸汽壓縮機串聯，多級高速離心占地面積小，系統集成性高，使用和維護更加方便，投資成本也大大減少，多使用于蒸發、結晶、塔器、干燥、污水處理、海水淡化、中藥和醫藥中間體提取、蛋白質氨基酸低溫提取、染料、果汁濃縮、溶劑（如酵類）分餾、蒸餾等。

多級高速離心式蒸汽壓縮機如圖1 所示。

圖1 多級高速離心式蒸汽壓縮機示意圖

多級高速離心式蒸汽壓縮機本體（圖1 以兩級壓縮為例）主要分為一級壓縮本體、二級壓縮本體、增速箱以及級間管道。氣封位置在葉輪和高速軸連接部位，受限于轉子動力學設計和葉輪高速軸連接處增加斷面密封（需增加軸套，導致密封直徑變大），氣封的設計不但在空間上受到一定的限制，在線速度方面也存在著一定的要求，增加了設計難度。

2 兩種氣封的結構特點和密封方式闡述

本文介紹的兩種氣封形式為梳齒密封和碳環密封，如圖2 和圖3 所示。

2.1 一種梳齒密封

梳齒密封如圖2 所示。

圖2 梳齒密封結構

梳齒密封結構如圖2 所示，圖2 中梳齒密封共有四道梳齒結構，每道梳齒結構由五六個密封齒組成，其中第一道梳齒在葉輪背部，其余三道梳齒在軸套徑向處。

轉子內部高壓蒸汽經過葉輪背部第一道梳齒減壓后進入軸套徑向處密封，再經過第二道梳齒，進入蒸汽回流泄壓系統（圖2 中的7），將一部分高壓蒸汽回流至壓縮機進口，起到平衡壓力的作用。蒸汽經過第二道梳齒由蒸汽回流泄壓系統回流泄壓后，分為以下幾種情況：①葉輪進口壓力為負壓時，蒸汽回流泄壓系統壓力表如果是負壓，則泄壓或充蒸汽系統需要補充蒸汽密封，壓力設定大于大氣壓3 kPa 即可；②葉輪進口壓力為負壓時，蒸汽回流泄壓系統壓力表如果是正壓，則泄壓或充蒸汽系統為泄壓口；③葉輪進口壓力為正壓時，蒸汽回流泄壓系統壓力表如果是正壓，且壓力差比較大時，則蒸汽排凝口和泄壓或充蒸汽系統同時作為泄壓口，此時泄壓的流量大于②中的情況；④葉輪進口壓力為正且正壓差比較大時，蒸汽排凝口處需接入抽氣泵，阻止蒸汽從第四道密封泄漏。

根據以上幾種情況的闡述，需根據多級高速離心式蒸汽壓縮機各級的氣動參數，來確定圖2 中7、8、9 的作用，靈活性較高。梳齒密封一般用于多級高速離心式蒸汽壓縮機的第一級壓縮密封，也用于單級高速離心式蒸汽壓縮機密封。

2.2 一種碳環密封

碳環密封結構如圖3 所示。

圖3 碳環密封結構

碳環密封共有四道密封結構，第一道密封由五六個梳齒組成，其余三道密封為碳環結構。第一道梳齒密封在葉輪背部，第二道密封為側推式碳環密封，第三道密封為主碳環密封，第四道只有一個碳環，主要作用是防止蒸汽泄漏至大氣壓。

轉子內部高壓蒸汽經過葉輪背部第一道梳齒密封減壓后進入軸套徑向處密封，再經過第二道側推碳環密封，進入蒸汽回流泄壓系統（圖3 中8），將一部分高壓蒸汽回流至壓縮機進口，起到平衡壓力的作用。蒸汽經過第二道側推碳環由蒸汽回流泄壓系統回流泄壓后，分為以下幾種情況：①葉輪進口壓力為負壓時，蒸汽回流泄壓系統壓力表如果是負壓，則蒸汽泄壓系統需要補充蒸汽密封，壓力設定大于大氣壓3 kPa 即可；②葉輪進口壓力為負壓或微正壓時，蒸汽回流泄壓系統壓力表如果是正壓，則蒸汽泄壓系統可關閉，蒸汽排凝系統可稍微開啟；③葉輪進口壓力為正壓時，蒸汽回流泄壓系統壓力表如果是正壓，且壓力差比較大時，則蒸汽泄壓系統作為泄壓口，蒸汽排凝系統可稍微開啟排冷凝水。

碳環密封一般用于多級高速離心式蒸汽壓縮機后幾級，正壓比較大，出現上述第1、2 種情況比較少，多用于第3種情況。

3 兩種密封形式的優缺點

3.1 梳齒密封的優缺點

優點：成本低、加工周期短、耐用性好，可作為測試密封使用，也可作為現場維修應急使用。

缺點：需要根據啟動參數計算確定各個系統的使用方式，不利于標準化，對控制系統有一定要求，長時間使用后泄漏量會隨著磨損增大。

3.2 碳環密封的優缺點

優點：密封性好，特別是高壓密封效果更佳，使用壓力范圍廣。

缺點：成本高、加工周期長、易損壞。

4 總結

多級高速離心式蒸汽壓縮機解決了單級高速離心式壓縮機為了達到高溫升的要求串聯所帶來的一系列問題，對蒸發、結晶、塔器、干燥、污水處理、海水淡化、中藥和醫藥中間體提取、蛋白質氨基酸低溫提取、染料、果汁濃縮、溶劑（如酵類）分餾、蒸餾等行業有重要意義。本文闡述了兩種密封各自的特點、密封方式，以及在不同工況下密封的使用方法，成功地解決了高壓差情況下蒸汽泄漏問題。