浅谈润滑油污染干气密封的机理分析及设计优化

浅谈润滑油污染干气密封的机理分析及设计优化
作者：崔少兵
来源：《科技创新导报》2020年第25期
摘要：干气密封具有可靠性高、寿命长等优点，常被应用于高速、高压离心式压缩机等旋转设备轴端密封的标准配置。

但干气密封很容易在实际工作中受到润滑油的污染和影响，引起密封端表面的磨损、失效，严重者还会造成动静环碎裂等问题，进而影响压缩机的正常运行。

本文通过对润滑油干气密封的原理进行分析，并通过探究提出了一些有利于干气密封免受润滑油污染的策略。

关键词：干气密封润滑油污染压缩机
中图分类号：TB42 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）09（a）-0048-03
Abstract：Dry Gas seals have the advantages of high reliability and long life， and are often used in high-speed， high-pressure centrifugal compressors and other rotating equipment shaft end seal standard configuration. But the dry gas seal is easily polluted and influenced by lubricating oil in the actual work， which causes the wear and invalidation of the seal end surface， and even causes the breakage of the dynamic and static rings， which affects the normal operation of the compressor. In this paper， the principle of dry gas seal of lubricating oil is analyzed， and some strategies are put forward to avoid contamination of dry gas seal by lubricating oil.
Key Words：Dry gas seal;Lubricating oil;Pollution;Compressor
干氣密封属于典型的无接触密封的一种，通常安装在压缩机叶轮和轴承之间。

在实际的应用中，润滑油进入干气密封端面后，会在此形成气膜和液膜交替，导致气膜处于不稳定的状态，与密封端面进行摩擦。

另一方面，在高速运转下液膜具有较大的黏度也会引起端面变形进而产生接触性摩擦。

这些问题都将影响干气密封的正常使用。

因此，就需要对润滑油污染干气密封的原理进行详细的分析，进而提出优化即改进措施，进一步提升干气密封的实用性。

1 干气密封的工作原理结构特点分析
1.1 干气密封的工作原理
与普通的机械密封结构相比，干气密封与其具有很多的相似之处，他们都有静环和动环两个结构，在干气密封中静环主要是由弹簧进行驱动，主要采用了质地较硬的碳化硅和氮化硅等材料构成，进而能够对整个装置起到密封的作用。

动环的前端设置有对气体等介质起到阻碍作用的气体槽，当干气密封进行正常工作运转时，干气密封的封面会由于气体槽的存在产生一定的间隙，当压缩机正常工作时产生的气体流经气体槽时，会受到气体槽的影响进行使气体的流速逐渐缓慢甚至停止流动，这样就能使整个装置起到密封的作用。

1.2 干气密封结构特点分析
1.2.1 梳齿隔离密封
梳齿隔离密封主要由两段梳齿和轴套组成，并且在轴套和梳齿之间还需要将半径间隙保持在0.2～0.4mm，当气体经过梳齿和轴套之间的间隙并被节流之后就会进入到两段梳齿中间的空腔中，这样就会不断扩大气体流通的横截面积，这样气体的流速将会在短时间内进行增强，进而实现对润滑油进入干气密封起到阻隔的作用。

梳齿密封的结构较为简单，但是由于梳齿和轴套之间具有较大的间隙，在整个过程中对隔离气的消耗量也将增加。

1.2.2 浮动碳环隔离密封
浮动碳环密封属于浮环密封，主要是由两组碳浮环和轴套构成。

并且需要在碳浮环内控与轴套的半径之间保持间隙的距离为0.05～0.1mm，当干气密封进行正常运转时，隔离气主要从两组碳浮环之间进入，当轴套进行旋转时，气体将会在碳环和轴套之间形成一种楔形的气膜导致碳环的上升，并与轴套进行脱离，使整个装置处于非接触运行的状态。

由于在整个过程中碳浮环和轴套之间的间隙比较小，对隔离气的消耗用量也比较小。

对于同规格同种工作状态下的干气密封装置在运行时，浮动碳环密封的隔离气消耗量将只有梳齿密封的1/3左右，但是其隔离润滑油的作用将比梳齿密封更有效果。

2 干气密封受润滑油污染的机理分析
2.1 通道1（穿过锁紧螺母与轴的间隙）
当工作人员由于操作不当，锁紧螺母安装不够牢固，进而与压缩机之间存在一定的装配间隙，润滑油将沿着此间隙进入到干气密封区域。

整个过程如图1所示。

2.2 通道2（通过梳齿间隙）
（1）当回油腔油位超过梳齿下方间隙的最低点位置时，润滑油将会穿过隔离密封，进而从梳齿上方流入轴承内部，不能起到阻隔润滑油的作用。

（2）润滑油通过轴承上备用的传感器的引线孔流入隔离密封，再通过喷射作用，使润滑油进入干气密封。

由于传感器的引线孔与轴承内部相通，当压缩机正常运行时，隔离气无法完全阻挡润滑油，使其从传感器的引线孔进入到隔离密封中，最终导致干气密封被污染。

（3）由于轴承的直径与密封段的直径相差过小以及密封与轴承之间的距离较近时，润滑油将越过锁紧螺母的侧面进而在轴承运转的作用下，对这密封喷射，导致润滑油进入密封中。

3 防止润滑油污染干气密封的优化及改进措施
3.1 对密封结构进行优化
3.1.1 在构造上增加甩油和积油装置
积油装置能够防止润滑油溢出流入到轴承中，进而能够有效减少轴承中的润滑油进入到密封装置的概率。

而在锁紧螺母的尾部增加甩油装置，能够将溅落到锁紧螺母表面的润滑油迅速甩出，避免润滑油直接喷射到梳齿的间隙中，进而对润滑油起到良好的阻挡作用。

3.1.2 在锁紧螺母和轴承之间增加O形密封圈
由于润滑油很容易通过锁紧螺母和轴承之间的间隙进入到隔离密封中，这时，通过在两者之间的间隙位置改造O形圈进行密封，能够在一定程度上起到对润滑油的隔离作用。

一般都是采用密封性能更好的密封圈，或者適当增加密封圈的大小。

3.2 对压缩机轴承区域进行优化
一般在这个过程中都是采用增加轴承和密封圈的直径差，有利于增大锁紧螺母的外侧挡油面外圆直径，有效防止润滑油越过锁紧螺母的外侧进入到梳齿间隙部位。

另一方面。

通过增大轴承与隔离密封的距离，进而能够对回油孔进行优化设计，这样有利于减少润滑油对锁紧螺母外侧挡油面的冲击，增大回油腔储油空间，降低油位。

3.3 对隔离气供气控制优化设计
对于梳齿性的隔离密封，一般都是采用流量控制，隔离气的流速通常控制在10m/s。

当密封轴的直径大于20cm时，还需要增加流量计指示，以便更加准确地监测隔离气的流速。

在启动轴承时应先确保隔离气正常流通后再启动轴承，避免因操作失误导致润滑油进入干气密封中。

3.4 对现场操作进行优化控制
首先，严格按照相关要求应先投气再投油，要严格控制隔离气的流量。

其次，随时关注排凝扣的漏油情况，在压缩机正常工作时要保证排凝扣呈打开的状态，当出现漏油情况时，要及时查找原因。

最后，在不影响轴承正常运行的条件下，可适当降低润滑油压力，进而减少轴承内部的润滑油油量。

4 结语
总之，导致干气密封被润滑油污染的主要原因是由于设计和安装不当引起的，在实际过程中主要与密封和轴承结构设计、隔离气供气控制、安装和实际操作等因素有关，因此，当出现润滑油污染干气密封时，工作人员就需要进行综合分析找出其原因，才能从根本上消除真正隐患，保证压缩机的正常运行。

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