壓縮機密封相關(guān)知識

1、壓壓 縮縮 機機 的的 密密 封封 化工生產(chǎn)過程中常用到泵、壓縮機等流體輸送機械，這些機械的做功都是消耗能量的，而這 些能量并不能100%轉(zhuǎn)化為人們想要的功和能量?？倳心芰繐p失 離心泵的能量損失包括： 水力損失 容積損失 機械損失 離心壓縮機的能量損失主要包括： 漏氣損失、輪組損失、 流動損失、沖擊損失壓縮機的密封壓縮機的密封 壓縮機的主要結(jié)構(gòu)壓縮機的主要結(jié)構(gòu) 壓縮機的密封分類壓縮機的密封分類 密封的原因和目的密封的原因和目的 迷宮式密封件的結(jié)構(gòu)形式迷宮式密封件的結(jié)構(gòu)形式 軸端密封及分類軸端密封及分類 機械密封機械密封 液膜密封液膜密封 干氣密封干氣密封壓縮機的主要結(jié)構(gòu)壓縮機的主要結(jié)構(gòu)1吸入

2、室2軸3葉輪4固定部件5機殼6軸端密封7軸承8排氣蝸室壓縮機的主要結(jié)構(gòu)壓縮機的主要結(jié)構(gòu)1定軸器；2套筒；3止推軸承部；4止推軸承；5軸承；6調(diào)整塊；7機械密封部；8進口導葉；9隔板；10葉輪；11輪蓋密封；12調(diào)整塊；13隔板密封；14齒輪聯(lián)軸器；15軸端密封；16連接件；17套筒壓縮機的主要結(jié)構(gòu)壓縮機的主要結(jié)構(gòu)1葉輪、 2擴壓器、 3彎道、 4回流器、 5排氣蝸室壓縮機的主要結(jié)構(gòu)壓縮機的主要結(jié)構(gòu)壓縮機的主要結(jié)構(gòu)壓縮機的主要結(jié)構(gòu)1、主軸 壓縮機的關(guān)鍵部件，他是主要起到裝配葉輪、軸套、平衡盤、推力盤、聯(lián)軸器的作用，是轉(zhuǎn)子部分的中心部位2、隔板 隔板安裝在氣缸殼體內(nèi)，與氣缸殼體或內(nèi)機殼組成壓縮機的

3、氣道，即形成擴壓器、彎道及回流器等。隔板一般采用鑄鐵件，經(jīng)時效熱處理后加工而成。隔板均為水平剖分，以便拆卸裝配。3、擴壓器使葉輪排出的具有較大動能的氣流減速，把氣體的動能有效的轉(zhuǎn)化為壓力能。分為有葉擴壓器和無葉擴壓器。無葉擴壓器：結(jié)構(gòu)簡單，級變工況的效率高，穩(wěn)定工作范圍寬。有葉擴壓器：由于葉片導向作用，氣體流出擴壓器的路程短，設(shè)計工況效率高，但結(jié)構(gòu)復雜，變工況的效率較低。穩(wěn)定工作范圍窄。所以較多采用無葉擴壓器。壓縮機的主要結(jié)構(gòu)壓縮機的主要結(jié)構(gòu)4、葉輪 葉輪又稱工作輪，是壓縮機的最主要的部件。葉輪隨主軸高速旋轉(zhuǎn)，對氣體做功。氣體在葉輪葉片的作用下，跟著葉輪作高速旋轉(zhuǎn)，受旋轉(zhuǎn)離心力的作用以及葉輪里

4、的 擴壓流動，在流出葉輪時，氣體的壓強、速度和溫度都得到提高。 按結(jié)構(gòu)型式葉輪分為開式、半開式、閉式三種，在大多數(shù)情況下，后二種葉輪在壓縮機中得到廣泛的應(yīng)用。壓縮機的主要結(jié)構(gòu)壓縮機的主要結(jié)構(gòu)5、平衡盤 平衡盤又名卸荷盤，壓縮機的平衡盤一般裝在汽缸末級的后面，他的一側(cè)受末級的氣體壓力，另一側(cè)與機器的吸氣室相通，平衡盤的外圓上一般都有迷宮密封裝置使盤兩側(cè)維持壓差。平衡盤主要平衡轉(zhuǎn)子上受的軸向力，大約可以平衡掉70%80% 的軸向力，剩余的30%通過推力軸承作用在止推盤上來消除；另外，葉輪對排、葉輪背面加筋板也可以平衡軸向推力。6、推力盤 推力盤主要承受推力軸承的軸向力，由光潔度很高的不銹鋼板材經(jīng)線

5、切割制造而成。其兩側(cè)分別為推力軸承的正副止推塊。推力盤有的設(shè)置在壓縮機的高壓端，有的設(shè)置在機組的壓縮機的兩段之間壓縮機的主要結(jié)構(gòu)壓縮機的主要結(jié)構(gòu)7、軸端密封防止軸端特別是與原動機連接端，軸與固定部件之間間隙中氣體向外泄漏。8、臨界轉(zhuǎn)速若轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角速度與轉(zhuǎn)子彎曲振動的固有圓周頻率相重合，則轉(zhuǎn)子發(fā)生強烈振動導致轉(zhuǎn)子的破壞，轉(zhuǎn)子與此相應(yīng)的轉(zhuǎn)速成為轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，一旦轉(zhuǎn)速原理臨界轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)子平穩(wěn)，不會有強烈振動。壓縮機的密封分類密封內(nèi)密封輪蓋密封級間密封 外密封主軸與機殼間的密封（軸端密封） 由于葉輪出口壓力大于進口壓力（圖圖），級出口壓力大于葉輪出口壓力，在葉輪兩側(cè)與固定部件之間的間隙中會產(chǎn)生漏氣

6、，而所漏氣體又隨主流流動，造成膨脹與壓縮的循環(huán)，每次循環(huán)都會有能量損失。該能量損失不可逆轉(zhuǎn)地轉(zhuǎn)化為熱能，為主流氣體所吸收。 由于壓縮機內(nèi)壓力大于殼外壓力，軸端特別是與原動機連接段，軸與固定部件之間間隙中的氣體向外泄露，造成壓縮機效率降低。 如果壓縮氣體為高壓氣體、貴重氣體、易燃易爆氣體和有毒氣體，泄漏還會造成環(huán)境污染，甚至造成人身傷害。 因此，為了防止壓縮機級內(nèi)能量損失和壓縮機內(nèi)氣體想外界泄漏，要在壓縮機內(nèi)設(shè)有內(nèi)密封裝置，在軸端特別是軸與原動機連接端設(shè)有軸端密封裝置。迷宮式密封件的結(jié)構(gòu)形式 為了盡量減少漏氣損失，在固定部件與輪蓋、隔板與軸套，以及整機軸的端部需要設(shè)置密封件。常用的有梳齒式（亦稱

7、迷宮式）的密封結(jié)構(gòu)。其工作原理是每經(jīng)過一個梳齒密封片，等于節(jié)流一次，多次的節(jié)流減壓能有效地減少漏氣量。迷宮式密封的結(jié)構(gòu)形式軸端密封及其分類迷宮密封迷宮密封機械密封機械密封液膜密封液膜密封干氣密封干氣密封軸端密封軸端密封充抽氣密封充抽氣密封軸端密封及其分類軸端密封及其分類 為防止軸端特別是與原動機連接段，軸與固定部件之間間隙中的氣體向外泄露，需要專門設(shè)置軸端密封。對于高壓氣體、貴重氣體、易燃易爆氣體和有毒氣體等，更應(yīng)嚴防漏氣。前述的梳齒密封（迷宮式密封），有的作為軸端密封使用，但只能用于允許有少量氣體泄露的機器中。而對于嚴防氣體泄露的情況，梳齒密封只能作為輔助密封使用。下面著重介紹三種軸端密封嚴

8、防漏氣的典型結(jié)構(gòu)與工作原理供選用參考。機械密封 機械密封如圖所示，左側(cè)為被密封介質(zhì)（ 高 壓 側(cè) ）P1，右側(cè)為大氣（低壓側(cè)）P2，密封主要由動環(huán)1、 靜環(huán)2、彈簧4、端蓋5等組成。彈簧將靜環(huán)端面緊貼在動環(huán)上，使其端面間隙減小到零，以達到封嚴的目的，故機械密封亦稱端面接觸式密封。為防止靜、動端面干摩擦，還要用密封液潤滑并帶走摩擦產(chǎn)生的熱量。動靜件形成一對摩擦副。一般動件為硬質(zhì)材料，如碳化鎢硬質(zhì)合金、不銹鋼等，靜件相對為軟質(zhì)材料，如石墨、青銅、聚四氟乙烯、工程塑料等。彈簧對接觸面的壓緊力應(yīng)適當，偏大磨損加快，偏小易于泄露。液膜密封液膜密封 液膜密封是在密封間隙中充注帶壓液體，以阻滯被密封介質(zhì)泄露

9、。由于它將固體間摩擦轉(zhuǎn)化為液體摩擦，故又稱為非接觸式密封。由于密封間隙中還設(shè)置了可以浮動的環(huán)，故又稱為浮動環(huán)密封。 圖為液膜浮動環(huán)密封的結(jié)構(gòu)示意圖，它主要有幾個浮動環(huán)1、4，軸套5，L形套環(huán)和殼體等組成。左側(cè)為高壓被封介質(zhì)，右側(cè)為低壓或大氣。密封油壓大于被密封氣體壓力，其間差值為0.050.1Mpa。進油流經(jīng)浮動環(huán)1、4與軸套5之間的密封間隙，沿圖示方向向左、右兩側(cè)滲出。液膜密封 浮動環(huán)是活動的，當軸轉(zhuǎn)動時，由于存在偏心而產(chǎn)生流體動壓力將環(huán)浮起。由于它具有自動對正中心的優(yōu)點，故形成液體摩擦狀態(tài)，且其間的間隙可以做到比軸承間隙還要小得多，因而漏油量也就大大減少。為了防止浮動環(huán)轉(zhuǎn)動，需加防轉(zhuǎn)銷釘3

10、.在正常工作情況下，浮動的環(huán)與軸不會發(fā)生接觸摩擦，故運行平穩(wěn)安全，使用壽命長，并特別適合于大壓差、高轉(zhuǎn)速的場合。從兩邊滲出的油經(jīng)處理后方可繼續(xù)使用。干氣密封干氣密封是基于現(xiàn)代流體動壓潤滑理論而設(shè)計的一種新型非接觸式氣膜密封,在氣膜密封動環(huán)或靜環(huán)端面上,通常開微米級流槽,主要依靠端面相對運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的流體動壓效應(yīng)在兩端面形成流體動壓力來平衡閉合力,實現(xiàn)密封端面的非接觸運轉(zhuǎn)。干氣密封：干運轉(zhuǎn)、氣體潤滑、非接觸式機械端面密封的簡稱。干氣密封的組成干氣密封的組成干氣密封主要由動靜兩部分組件組成：1、靜止部分包括O形密封的靜環(huán)（主環(huán)）、加 載彈簧、彈簧座、推環(huán)。2、轉(zhuǎn)動部分包括動環(huán)組件、軸套、定位環(huán)、鎖緊

11、套等。（帶螺旋溝槽）的動環(huán)由一夾緊套和一 鎖定螺母 （保持軸向定位）等部件安裝在旋 轉(zhuǎn)軸上隨軸高速旋轉(zhuǎn)，動環(huán)一般由硬度高、剛 性好、且耐磨的鎢、硅硬質(zhì)合金制成。 工作原理：靜壓力和動壓力平衡。 大約在20世紀90年代初，干氣密封開始應(yīng)用于透平壓縮機，其結(jié)構(gòu)與機械密封相似，也是由動靜環(huán)、彈簧、殼體和O形圈等組成。 環(huán)密封面經(jīng)過研磨、拋光，并在其上面加工有流體動壓槽（深度一般小于10um）。動、靜環(huán)作相對旋轉(zhuǎn)運動時，流體被吸入密封溝槽底部，由于離心力的作用，氣體進入密封中心處壓力升高，螺旋槽底部最高，它沿徑向形成環(huán)形密封墻，該密封墻對氣流產(chǎn)生阻力，氣體被壓縮，壓力增高，產(chǎn)生的壓力使靜環(huán)從動環(huán)表面被

12、推開，此時，流動的氣體在兩個密封面間形成一層很薄的氣膜（此氣膜厚度一般在3微米左右），氣膜厚度十分穩(wěn)定，并具有良好的氣膜剛度，保證密封運轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠。密封始終工作在非接觸狀態(tài)，起密封作用。(圖)干氣密封的工作原理干氣密封的工作原理GASPAC 靜環(huán)端面靜環(huán)端面 材料材料 碳化硅碳化硅 石墨（含石墨（含10%的銻）的銻） GASPAC 動環(huán)端面動環(huán)端面 材料材料 碳化硅碳化硅 氮化硅氮化硅GASPAC 標準產(chǎn)品應(yīng)用參數(shù)標準產(chǎn)品應(yīng)用參數(shù)壓力 至 105 Bar (石墨)至 120 Bar (碳化硅)速度 至 to 200 meters per sec.標準端面組合硬對軟溫度 -20C to 180C

13、 (O-rings)動環(huán) 碳化硅 (Upto 120 m/s)氮化硅 (Upto 200 m/s)GASPAC 高端產(chǎn)品參數(shù)高端產(chǎn)品參數(shù)壓力Up to 230 Bar 動態(tài)230 Bar 靜態(tài)動環(huán)材料氮化硅(up to 200 m/sec)靜環(huán)材料碳化硅密封輔件 PTFE 墊片(-100C to 230C)動環(huán)動環(huán)靜環(huán)靜環(huán)動態(tài)動態(tài)O圈圈彈簧座組件彈簧座組件彈簧彈簧基本元件基本元件動環(huán)對中裝置動環(huán)對中裝置彈簧增強彈簧增強O-圈設(shè)計圈設(shè)計動環(huán)驅(qū)動套的套裝設(shè)計動環(huán)驅(qū)動套的套裝設(shè)計干氣密封正常工作間隙為正常工作間隙為2.57.6m。干氣密封干氣密封基本原理 在穩(wěn)定狀態(tài)下，作用在密封面上的閉合力（彈簧力

14、和介質(zhì)力）等于開啟力Fc=Fo（氣膜反力），氣膜處于設(shè)計工作間隙（一般在310um）。當FcFo時，間隙減小，氣膜剛度增大，氣體泄漏量減小，但容易造成氣膜溫度升高而影響密封壽命；當FcFo時，氣膜剛度減小，泄漏量增大。 當發(fā)生工藝條件波動或機械干擾，使得密封面貼近，有接觸的趨勢，此時氣膜厚度減小，剛度增大，氣膜反力增加，迫使密封工作間隙增大，恢復到正常值。相反，若密封氣膜厚度增大，則氣膜反力減小，閉合力大于開啟力，密封面貼近恢復到正常值。 衡量干氣密封穩(wěn)定性的主要指標就是氣膜剛度的大小，氣膜剛度越大，表明密封的抗干擾能力越強，運行越穩(wěn)定?？ú劭ú勖詫m密封迷宮密封軸套軸套動環(huán)動環(huán)靜環(huán)靜環(huán)O型圈型

15、圈密封氣入口密封氣入口出口出口卡環(huán)卡環(huán)大氣側(cè)大氣側(cè)工藝側(cè)工藝側(cè)干氣密封的特點及應(yīng)用干氣密封的特點及應(yīng)用 特點：特點：干氣密封與機械密封、液膜密封最大的不同是采用氣體密封，省去了密封油系統(tǒng)，具有運行可靠性高、使用壽命長、密封氣泄漏量小、功耗極低、工藝回路無油污染，工藝氣不污染潤滑油系統(tǒng)等優(yōu)點。另外，取消了龐大的密封油供給系統(tǒng)及測控系統(tǒng)，使占地面積減少，重量輕、運行維護費用低，縮減了計劃外維修費用和生產(chǎn)停車時間，故日益受到重視與推廣應(yīng)用。目前在國內(nèi)應(yīng)用的干氣密封最高壓力在10Mpa。干氣密封除了常應(yīng)用于壓縮機、泵設(shè)備的密封外，還可應(yīng)用于反應(yīng)釜等其他轉(zhuǎn)動設(shè)備。干氣密封應(yīng)具有兩種功能： 一、是要防止轉(zhuǎn)

16、動期間主環(huán)與配對環(huán)接觸，避 免摩擦。 二、是當軸不轉(zhuǎn)動時，密封應(yīng)為零泄漏量。干氣密封主要有三種形式： 單端面密封結(jié)構(gòu) 串聯(lián)式密封結(jié)構(gòu) 雙端面密封結(jié)構(gòu)實際應(yīng)用中可根據(jù)壓縮介質(zhì)和壓力等級選定。單端面單端面 = GASPAC S大氣側(cè)大氣側(cè)工藝側(cè)工藝側(cè)清潔隔離氣清潔隔離氣雙端面密封雙端面密封 = GASPAC D工藝側(cè)工藝側(cè) 清潔隔離氣清潔隔離氣大氣側(cè)大氣側(cè)雙端面密封雙端面密封 = GASPAC D工藝側(cè)工藝側(cè) 大氣側(cè)大氣側(cè)泄漏到火炬泄漏到火炬清潔隔離氣清潔隔離氣工藝氣工藝氣 大氣側(cè)大氣側(cè)清潔隔離氣清潔隔離氣惰性隔離氣惰性隔離氣泄漏到泄漏到火炬火炬配中間迷宮的串聯(lián)密封配中間迷宮的串聯(lián)密封= GASP

17、AC L第二級和隔離氣泄漏第二級和隔離氣泄漏軸承軸承隔離密封隔離密封 - 迷宮設(shè)計或碳環(huán)密封迷宮設(shè)計或碳環(huán)密封干氣密封在設(shè)備上的應(yīng)用 中國神華煤制油化工有限公司包頭煤化工分公司烯烴中心的丙烯制冷壓縮機采用的就是約翰克蘭的干氣密封,型號為28ATBD,設(shè)計壓力22.0barG,設(shè)計溫度-45到120,轉(zhuǎn)速4691rpm,密封環(huán)材質(zhì)為石墨和碳化硅。該套干氣密封結(jié)構(gòu)特點為串聯(lián)式,中間帶迷宮密封。主密封氣采用壓縮機出口的工藝介質(zhì)(丙烯),第二密封氣和隔離氣均采用外供氮氣。密封氣都要經(jīng)過過濾器的過濾,過濾精度為2um。主密封氣的供給壓力和流量由遠程控制調(diào)節(jié)閥進行控制,第二密封氣和隔離氣由系統(tǒng)內(nèi)的自力式調(diào)

18、節(jié)閥控制,通過這樣以確保系統(tǒng)正常運行所需的密封氣壓力和流量。系統(tǒng)一級泄漏排放至火炬系統(tǒng),通過孔板的壓差來監(jiān)控密封系統(tǒng)的工作狀況,孔板壓差信號進入聯(lián)鎖保護系統(tǒng),二級泄漏直接排放至大氣。該套干氣密封系統(tǒng)從壓縮機試車到正式生產(chǎn)運行至今,運行平穩(wěn)。影響干氣密封性能的主要參數(shù)影響干氣密封性能的參數(shù)分為結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)。端面結(jié)構(gòu)參數(shù)對密封的穩(wěn)定性影響較大，操作參數(shù)對密封的泄漏量影響較大。一）、密封端面結(jié)構(gòu)參數(shù)對氣膜剛度的影響 動壓槽形狀的影響理論研究表明，對數(shù)螺旋槽產(chǎn)生的流體動壓效應(yīng)最強，氣膜剛度最大，穩(wěn)定性最好，因此，絕大多數(shù)干氣密封都以對數(shù)螺旋槽作為密封動壓槽。 動壓槽深度的影響理論研究表明，流體動

19、壓槽深度與氣膜厚度為同一量級時密封的氣膜剛度最大。所以，實際應(yīng)用中，干氣密封的動壓槽深度一般在310微米。影響干氣密封性能的主要參數(shù) 動壓槽數(shù)量、寬度及長度的影影響干氣密封動壓槽數(shù)量越多，動壓效應(yīng)最強，但當動壓槽達到一定數(shù)量后，再增加槽數(shù)時，對干氣密封性能影響已經(jīng)很小。此外，動壓槽的寬度、長度對密封性能都有一定的影響。二）、操作參數(shù)對密封泄漏量的影響1、密封直徑、轉(zhuǎn)速對泄漏量的影響 密封直徑越大，轉(zhuǎn)速越高，密封環(huán)線速度越大，干氣密封的泄漏量越大。影響干氣密封性能的主要參數(shù)2、介質(zhì)壓力對泄漏量的影響在密封工作間隙一定的情況下，密封氣壓力越高，氣體泄漏量越大。3、介質(zhì)溫度、粘度對泄漏量的影響介質(zhì)溫

20、度對密封泄漏量的影響是通過溫度對介質(zhì)粘度影響而形成的。介質(zhì)粘度增加，動壓效應(yīng)增強，氣膜厚度增加，但同時流經(jīng)密封端面間隙的阻力增加。因此，其對密封泄漏量的影響不大。干氣密封操作與維護干氣密封操作與維護密封氣壓力應(yīng)大于壓縮機腔體內(nèi)壓力，密封氣壓力與腔體壓差0.03MPa（對中高壓壓縮機）C401壓縮機啟機前電動盤車約30min；停機后盤車約24h，當潤滑油溫度降到環(huán) 境溫度（約45C一下）可停止盤車，嚴禁盤車時間過長。干氣密封檢修要求干氣密封檢修要求干氣密封動靜環(huán)部件之間允許的軸向位移量為2.5um，徑向位移量為0.6mm。動環(huán)表面螺旋槽的深度為91um。動環(huán)工作的平面度0.0005mm，平行度0.003mm，靜環(huán)工作的平面度0.0005mm，平行度0.01mm。如果干氣密封有損壞應(yīng)及時更換，避免引起嚴重事故。干氣密封損壞的典型事例干氣密封損壞的典型事例1、干氣密封密封面磨損 某公司大檢修后,壓縮機進行油運,外供氮氣突然停止,由于缺乏干氣密封的操作經(jīng)驗,油運沒有停止,油運合格后,壓縮機正常啟機,密封泄漏超標。解體檢查,發(fā)現(xiàn)密封面磨損。干氣密封損壞原因顯而易見,由于外