關于干氣密封在離心壓縮機上的應用研究

徐巖

（大慶煉化公司化工生產一部丙烯腈作業區，黑龍江 大慶 163411）

轉動機械設備在不斷應用過程中，最必不可少的就是密封。隨著社會經濟的不斷發展、人們生活水平的不斷提升，人們對密封的應用要求也在進一步提高。密封實際效果的好與壞，會直接影響整個轉動機械設備，尤其是處于特殊的介質狀態，如果發生了相關問題，就會直接影響密封的正常運行，導致安全事故的發生概率進一步增加。常見的密封形式有干氣密封、機械密封、迷宮密封、填料密封等，密封種類多種多樣，優缺點也各不相同，本文著重介紹干氣密封在離心壓縮機上的應用。

1 干氣密封原理和特點

1.1 原理

在干氣密封中，包含很多基本原件，與一般的集裝式機械密封一樣，主要有動環、靜環以及彈簧等，但干氣密封在端面設計方面有所不同，在動環組件的配合表面上，存在很多的螺旋槽，基于主軸轉動，由外向內輸送氣體到螺旋槽的根部位置。除根部以外位置，均屬于無槽區，稱為密封壩。密封壩最大的作用，是可以有效地阻止氣體的流動，使氣體膜壓力提升。除此以外，在密封壩的內側位置，還存在很多的反向螺旋槽，這些反向螺旋槽不但可以對配合表面的壓力分布進行有效的改善，還可以實現反向泵送，進而使靜環和動環組件的能力進一步加強。此外，在反向螺旋槽內側位置，也存在密封壩，可以有效地阻止氣體的流動，使氣體膜的壓力進一步增加。對于氣體壓力和彈簧力這兩者實際產生的閉合壓力完全等于氣體膜的開啟壓力時，一種相對穩定的平衡間隙得以建立。形成一個穩定的密封區域，有效地阻止介質外漏，達到密封的效果。

1.2 特點

對于干氣密封的動環而言，主要是將具備較好剛性和高硬度的碳化鎢材料應用進來，進一步制造而成，在旋轉軸上固定；對于靜環而言，則將具備自潤滑性且具備較軟特性的碳石墨材料應用進來，進一步制造而成，并且在不銹鋼夾持套中安裝進來。由于主軸的旋轉，帶動動環旋轉，但靜環并不隨之旋轉，以此形成動、靜環相對運動，密封可以基于彈簧力和介質力的雙重作用下，進一步做軸向移動。干氣密封不但可以使工藝管路密封油污染得到有效的消除，還能使裝置效率得到顯著的提升。具體特點如下：第一，就是可以使工藝氣的損失進一步降低；第二，實際的工藝氣不會出現任何的油污染問題，避免發生密封油腐蝕現象；第三，就是可以節省油消耗和運輸成本；第四，其不但具備可靠性的特點，而且實際的使用壽命還非常長；第五，就是可以使能量的消耗得到有效的降低；第六，可以很大程度地減少維護；第七，提高安全性能。

2 干氣密封技術的應用分析

2.1 干氣密封的結構

干氣密封件的結構組成內容非常多，不但有活動環，還有固定環和定位環，不僅如此，還有軸套和彈簧座。對于固定環而言，其主要的固定位置，就是不銹鋼彈簧座，會將具備自潤滑性能且非常軟的碳石墨作為材料應用在那里。對于靜環而言，其不會隨著軸的轉動而旋轉，而是基于介質和彈簧的壓力作用，朝著軸的方向進行移動。正常情況下，在制作動環的過程中，需要將兩個材質應用進來，首先是鎢，其次就是碳化硅硬質合金，不但具備非常好的剛度和硬度，而且耐磨性也非常好。對于動環組件而言，一般都是加工成為特定形狀的淺槽，并且都是經過螺旋加工而成。在靠近內徑側的動環，可以稱為密封壩。在旋轉的過程中，通過外徑，密封氣體會被吸進，通過中心，進一步進入動壓槽，并且在密封壩將徑向元件引入進來。而密封壩又可以起到重要的節流作用，可以對密封表面的氣體進行壓縮，進而達到增加壓力的目的。與此同時，在螺旋槽的根部進入氣體，并且同時被密封壩所阻擋，將氣釘和彈簧力結合在一起，當實際的關閉壓力與氣膜的打開壓力，進而形成相對穩定的間隙。

2.2 干氣密封的失效、泄漏分析及相應對策

（1）結構設計方面的問題。對于氣體的靜態壓力而言，其與彈簧力進一步形成的閉合力，在一定情況下，要匹配氣體膜的反作用力，所以，在設計干式氣密封的過程中，可以保證實際的氣體膜厚度適中保持在2～3微米。如果實際的結構并不適合，則在動環旋轉的過程中，就會出現各種各樣的問題，如間隙過大，進而出現密封件泄漏的問題；又或者是出現間隙過小的問題，進而出現干摩擦。此外，在設計動環槽的過程中，一般會將螺旋槽應用進來，而且通過旋轉的方式，實際引發的動壓效果也會最大，因此，實際獲取的干氣密封氣膜本身的剛性和密封性也就最大。此外，根據相應的研究進一步發現，如果在設定槽壁厚度的過程中，將其與氣膜厚度相同的順序進行同步設定，則可以達到最大的氣膜密封剛性。

（2）安裝干氣密封的失效原因。干氣密封對比普通的集裝式機械密封，有極大的不同，在移動環和固定環的配合表面之間，干氣密封要具備間隙，而且要達到一種穩定狀態，正常情況下，都會非常薄。而實際的干氣密封間隙大約是3微米。所以，要對干氣密封的靜環和動間的清潔度進行有效保持，與此同時，還要保證端面的干燥性。對于干氣密封件而言，其之所以會發生故障，主要原因，就是密封件受到了污染，而出現的污染源，就是設備之中流入的工藝氣體等，當外部的氣體在進入到封閉腔體時，就會產生明顯的固體顆粒，這對干氣密封的正常使用會造成極大的影響。干氣密封的安裝及使用過程中要對清潔性和干燥度進行特別注意，保證安裝環境的清潔性得到始終保持，特別是在安裝的整個過程，相關操作人員必須要佩戴干凈的手套，而且在安裝完成之后，要清理干凈密封孔，避免出現任何雜質。

（3）密封供氣系統失效原因。在動環和靜環之間，干氣密封的間隙大約為3微米。對于間隙部位，主要是通過密封氣體達到密封的目的，但是這對于實際的密封氣體供應系統提出了非常高的要求。不論是在安裝過程中，還是在使用過程中，都要始終保證干氣密封件的干燥性。在應用該方法的過程中，不論是密封氣體的壓力，還是流量，都不可改變。與此同時，在全面進入到密封面之前，要對氣源緩沖罐進行安裝，與此同時，還要將粗和細濾器安裝進來，避免密封面位置進入任何的雜質和液體，確保在密封氣體之中，含有的雜質可以不超過具體要求的值。在實際操作的過程中，要對主密封氣體的溫度進行適當的提升，還要定期的切水，對主密封氣體的冷凝水進行蒸發，避免產生冷凝水。

（4）開車、停車對于干氣密封的影響。在啟動和停止離心壓縮機的過程中，整體的速度非常慢，而且動環和靜環這兩者具備相互接觸的特點，整體形成的氣膜厚度并未達到相應的標準，這使密封表面的磨損進一步增加，與此同時，干氣密封在長期運行的過程中，要盡可能的避免長期低速運行狀態，與此同時，相應的設備在停止或者運行時，都要將壓縮機曲柄應用進來，對機器進行全面的保護。如果將干氣密封應用在離心壓縮機組中，則離心壓縮機的啟動過程，應該保證在10分鐘內完成。除此以外，離心壓縮機組的停機次數應盡可能的減少，只有如此，才能使形成的氣膜穩定，使動環和靜環表面的摩擦進一步減少。

（5）干氣密封失效的其他原因。在離心壓縮機的運行過程中，會發生不同程度的振動問題，而干氣密封需要承受相應的振動影響。如果實際的振動程度過高，會使干氣密封被損壞，所以，在實際應用過程中，必須要對離心壓縮機組的振動進行嚴格的控制。

3 結語

總而言之，隨著社會經濟的不斷發展，我國的機械行業也隨之發展，但是在離心壓縮機實際運行的過程中，要想達到更好的效果，必須對密封進行升級改造。干氣密封在發展過程中，僅有60余年的歷史，在整個發展過程中，各項技術也在不斷地進步和發展，雖然在現階段，整體的發展仍然有一些不足之處，但是也在不斷地進行研究，并且不斷地克服。在未來階段，還會有更大更廣闊的發展空間，干氣密封性能在不斷提升的同時，還可以使我國機械行業得到更大程度的發展，促進我國整體經濟的發展。