4-1非接触式机械端面密封技术

H 1．非接触式机械端面密封概述
• 基于现代流体动压润滑理论的新型非接触式机械密封 。与普通接触式机械密封相比，气膜密封与液膜密封 可实现密封介质的零泄漏甚至零逸出（即工艺流体的 液态泄漏量和气态逸出量等于零），彻底消除对环境 的污染；同时，由于密封端面之间无直接的固体摩擦 磨损而具有使用寿命大大延长、密封可靠性显著提高 、运行维护费用显著下降、经济效益明显提高等技术 优势，在国外已在各种旋转流体机械上推广应用。
• 上世纪九十年代初，约翰克兰公司开发出泵用气膜密封产品。
• 1992年，约翰克兰公司气膜密封产品随高速透平离心压缩机进口中 国。
• 1996年，国产气膜密封产品在巴陵石化鹰山石油化工厂首次使用。
• 至今，已开发出系列透平机组、各类转子泵、多种低速搅拌设备用 气膜密封产品并不断推广应用。
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2.4 气膜密封产品的主要技术指标
有密封油或工艺介质泄漏，对环境有一定污染。泄漏量过大 时对生产带来较大安全隐患。
运行费用 一次性投入大，运行成本极低
一次性投入小，运行成本高
H 各种密封系统的泄漏对比（计算结果）
密封形式
特征值
质量泄漏量
气体泄漏量
(kg/h)
（m3/min)
迷宫密封 15个齿
气
体 碳环密封 4环,各10mm,
润
0.05mm间隙
H 1．非接触式机械端面密封概述
包括： ➢ 气膜润滑非接触式机械密封(Gas Lubricated Non-
contacting Mechanical Seal）：简称“气膜密封” 或“Gas Film Seal”，广泛称之为“Dry Gas Seal”。 ➢ 液膜润滑非接触式机械密封（liquid Lubricated Non-contacting Mechanical Seal）：简称“液膜 密封”或Liquid Film Seal）
图1 气膜密封结构示意图
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气膜密封的基本组成
动环
弹簧
弹簧盒
弹性元件 动环O形圈
静环
静环O形圈
推环
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气膜密封的工作原理
a 密封端面结构
b 下游泵送原理
图2 气膜密封工作原理
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图3 气膜密封力平衡示意图
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H 2.2 液膜密封工作原理 • 下图为普遍采用的液膜润滑螺旋槽上游泵送机械密封端面结构。 若动环外径侧为高压被密封液体（规定为上游侧或高压侧），内 径侧为低压流体（可气体亦可液体，规定为下游侧或低压侧）， 当动环以图示方向旋转时，在螺旋槽粘性流体动压效应的作用下 ，动静环端面之间产生一层厚度极薄的流体膜（图b所示h0），使 动静环端面保持分离即非接触状态。在外径与内径压力差的作用 下，高压被密封液体产生方向由外到内的压差流Qp，而螺旋槽的 流体动压效应所产生的粘性剪切流Qs的方向由内径指向外径，与 压差流Qp的方向相反，此为上游泵送概念的由来。 • 上游泵送机械密封包括零泄漏密封和零逸出密封两种。
4-1非接触式机 械端面密封技术
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《非接触式机械密封技术》
专题讲座
实现以人为本— 健康 安全 环保 经济
—现代化生产新理念
主讲人: 郝木明,孙鑫晖
中国石油大学密封技术研究所 山东省东营市东营区北二路271号, 电话:0546-8392752,8179007(传真
),13505462368 13356837188, haommupc@sina, Http://hsseal
滑 气膜密封 膜厚5微米
141.6 28.8 4.8
1.82 0.37 0.06
液 体 润 滑 浮环密封 2环,各20mm,
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理论基础：1886年，雷诺(Reynolds)提出润滑理论 的基本方程（即N-S方程）。
x 1 h 32 p x y 1 h 32 p y x h 20 U th
压差流
剪切流
挤压流
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H 2. 非接触式机械密封工作原理
2.1 气膜密封
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目录
• 1．非接触式机械密封概述 • 2．非接触式机械密封工作原理 • 3．非接触式机械密封与接触式机械密封比较 • 4．影响非接触式机械密封性能的主要参数 • 5．非接触式机械密封典型结构 • 5.1 离心压缩机用非接触式机械密封 • 5.2 离心泵用非接触式机械密封 • 5.3 低速搅拌器用非接触式机械密封 • 6．非接触式机械密封监控系统
密封公司 压力，MPa 温度，℃
John Crane
45
400
周向速度 m/s
轴径，mm
200
330
Burgmann
20
550
200
300
Flowserve
23
230
200
300
国内
15
200
150
300
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3. 非接触式密封与机械密封比较
气膜密封
机械密封
应用时间
1976年ห้องสมุดไป่ตู้
1900年
工作原理 气膜润滑、非接触式密封
混合摩擦润滑、接触式密封
使用寿命
3年以上
平均1年左右
功率消耗
不足机械密封的5%
与密封轴径、转速有关
辅助系统
对工艺 影响程度 对环境 污染程度
辅助系统简单、可靠性高、使 用中无需维护、无功率消耗。
密封介质为工艺气体本身或氮 气，对工艺无任何影响。
仅有微量氮气往大气泄漏，对 环境无污染，是环保型密封。
密封辅助系统复杂，需专用阻塞流体泵送及压力控制系统， 压力控制要求严格；辅助系统故障率高，运行、维护成本高 。 密封介质为液体，密封介质泄漏进入工艺流程后会对后续工 艺产生极大影响，甚至破坏工艺造成停产。
• 1976年，约翰克兰公司设计制造的第一套气膜密封在海洋平台输气 管线离心压缩机上得到使用。
• 1985年，美国杜拉美特立公司掌握气膜密封技术并开始制造气膜密 封。
• 1987年，1988年德国的Burgmann公司和美国的EG&G SEALOL公司开 始从事气膜密封生产制造。
• 1988年，中国石油大学开始从事气膜密封研究工作。
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a 密封端面结构
b上游泵送原理
图4 上游泵送机械密封工作原理
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图5 零逸出液膜密封力学分析
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H 2.3 气膜密封的产生及发展
• 上世纪六十年代初，首次基于气体润滑轴承理论提出气膜密封（ Dry Gas Seal)概念，并试图应用于航空发动机上。
• 1969年，英国约翰克兰(Johncrane International)公司并开始从 事气膜密封的研究。