干气密封的特性及其应用
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密封直径越大， 转速越高， 密封环线速度越大， 干气密封的泄漏量就越大。 ３． ２． ２ 密封气压力对泄漏量的影响 不难想象， 在密封工作间隙一定的情况下， 密封 气压力越高， 气体泄漏量越大。 ３． ２． ３ 工作介质温度、 粘度对泄漏量的影响 工作介质温度对密封泄漏量的影响是由于温度 对介质粘度有影响而造成的。 介质粘度增加， 动压效 应增强， 气膜厚度增加， 但同时流经密封端面间隙的 阻力增加。因此， 对密封泄漏量的影响不是很大。
２００４－０６－０１ 收稿日期： １９６４－） ， 作者简介： 张剑慈（ 女， 副教授， 浙江诸暨人， 从事教学与科研工 作。
图 ２ 干气密封旋转环示意图
动。由于密封堰的节流作用， 进入密封面的气体被 压缩， 气体压力升高， 在该压力作用下， 密封面被推 开， 流动的气体在两个密封面间形成一层很薄的气 据气体动力学研 膜， 此气膜厚度一般在 ３μ! 左右， 究表明， 当干气密封气膜层厚度为 ２￣３μ! 时， 流过 间隙的气体流动层最为稳定， 这也就是干气密封气 膜厚度设计值选定在 ２￣３μ! 的原因，当气体静压
４ 应用实例
离心泵输送介质为液体，双端面干气密封可以 应用在绝大多数离心泵的轴封上，具体结构图 （ 略） ， 辅助系统见图 １。 该密封具有以下特点： ①＂ 气体阻塞 ＂ 替代传统的 ＂ 液体阻塞 ＂， 即用 带压密封气替代带压密封面，保证工艺介质实现 ＂ 零逸出 ＂； ②整套密封非接触运行， 其功率消耗仅为传统双 端面密封的 ５％ ， 使用寿命比传统密封长三倍以上； ③结构简单的辅助系统，保证工作介质不受污 染及工作介质不向大气泄漏，彻底摆脱了传统双端 面机械密封对油系统的依赖， 密封气采用工业氮气， 其压力高于介质 ２Ｍｐａ 。 泵采用双端面干气密封的不足之处是： ① 需要一定压力的气源，气源压力至少高于 ２Ｍｐａ ； 介质压力 ０． ② 有微量气体进入工艺流程。
图 １ 干气密封系统示意图
２ 干气密封的工作原理
干气密封基本结构如图 １ 所示，由旋转环， 静 环， 弹簧， 密封圈以及弹簧座和轴套组成。 ２ 图 为干气密封旋转环示意图， 旋转环密封面 经过研磨， 抛光处理， 并在其上面加工出有特殊作 用的液体动压槽。 干气密封旋转转环旋转时， 密封气体被吸入动 压槽内， 由外径朝向中心， 径向分量朝着密封堰流
５ 结束语
由于采用了干气密封新技术而使问题得到解 决， 为装置的安全平稳、 长周期、 满负荷运行提供了 有力的保障。同时也说明采用新技术和新工艺是解 决装置运行问题的一条有效途径。干气密封其密封 端面在运行期间几乎无磨损， 只在开停车时才出现 很小的磨损。 一旦有颗粒杂质进入密封腔， 密封面压 力槽根部很容易遭到磨损。 因此， 用于密封的气体一 定要清洁， 无颗粒杂质。 参考文献
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浙江化工 !""#， （$%） ： （&&）
力， 弹簧力形成的闭合力与气膜反力相等时， 该气 膜厚度十分稳定， 干气密封密封面间的气膜具有良 好的气膜刚度， 保证密封运转稳定可靠。 正常条件下， 作用在密封面上的闭合力 （ 弹簧 力和介质力） 等于开启力 （ 气膜反力） ， 密封间隙为 设计工作间隙。 当受外部干扰， 气膜厚度减小， 则气膜反力增 加， 开启力大于闭合力， 迫使密封工作间隙增大， 恢 复到正常值。相反， 若密封气膜厚度增大， 则气膜反 力减小， 闭合力大于开启力。密封面间隙恢复到正 常值。因此， 只要在设计范围内， 当外部干扰消失以 后， 气膜厚度就可以恢复到设计值。 可见， 干气密封的密封面间形成的气膜具有一 定的气膜刚度， 气膜刚度大， 干气密封抗干扰能力 越强， 密封运行越稳定可靠。干气密封的设计就是 以获得最大的气膜刚度为目标而进行的。
３ 影响干气密封性能的主要参数
干气密封的性能主要体现在密封运行的稳定 性 （ 或者说使用寿命） 和密封泄漏量的矛盾。影响 干气密封泄漏量的直接因素就是干气密封的气膜 厚度， 也就是干气密封运转时密封面间形成的工作 间隙。我们将影响干气密封性能的参数分为密封 结构参数和密封操作参数。 ３． １ 密封结构参数 ３． １． １ 干气密封动压槽形状 从流体动力学角度来讲， 在干气密封端面开任 何形状的沟槽， 都能产生动压效应。理论研究表明， 对数螺旋槽产生的流体动压效应最强， 用其作为干 气密封动压槽而形成的气膜刚度最大， 及干气密封 的稳定性最好。 ３． １． ２ 干气密封动压槽深度 理论研究表明，干气密封流体动压槽深度与气 膜厚度为同一量级时， 密封的气膜刚度最大。 实际应 用中， 干气密封的动压槽深度一般在 ３￣１０ 微米。在 其余参数确定的情况下， 动压槽深度有一最佳值。 ３． １． ３ 干气密封动压槽数量、 动压槽宽度、 动压槽长度 理论研究表明， 干气密封动压槽数量趋于无限 时， 动压效应最强。不过， 当动压槽达到一定数量 后， 再增加槽数时， 对干气密封性能影响已经很小。 此外， 干气密封动压槽宽度、 动压槽长度对密封性 能都有一定的影响。 ３． ２ 密封操作参数 ３． ２． １ 密封直径、 转速对泄漏量的影响
１ 彭建． Ｊ］流体工程， １９９５， ２３（ ３） 螺旋槽干气密封的优化设计［ ２ 顾永泉． １９９０． ２ 流体动密封． 石油大学出版社， ３ 王玉明， Ｊ］ ． 马将发， 等． 高速透平压缩机的轴端密封［ 石 ２０００（ ４） 油化工设备技术，
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１ 干气密封与机械密封性能比较
机械密封是一种传统的密封型式， 其特点是密 封结构简单， 技术成熟， 加工精度要求不太高。其缺 点是泄漏率高， 故障频发。 干气密封是目前最先进的一种非接触密封型 式， 其主要特点是： 密封功率消耗小， 仅为接触式机 械密封的 ５％ 左右； 与其它非接触密封相比， 干气密 封气体泄漏量小； 在离心压缩机中， 采用自身工艺 气体作为密封气， 对工艺流程无不利影响； 可实现 介质的零逸出， 是一种环保型密封； 密封辅助系统 较为简单， 可靠， 使用中不需要维护。
各类泵中大部分密封都采用接触式密封， 其密 封严重影响使用寿命和工作效率。随着密封技术的 发展， 干气密封技术的发明与应用， 彻底解决了困 扰高速离心压缩机的轴封问题， 密封使用寿命及性 能都得到了很大提高， 为机组稳定， 长周期运行提 供了保证。但目前干气密封大部分应用在高速旋转 设备， 像泵类产品中应用较少。为了改进泵类产品 中密封存在的缺陷， 笔者尝试了把干气密封应用于 泵中， 取代原来的机械密封。
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文章编号： （(##& ） "##$%&"’& ""%##(’%#(
张剑慈（ 浙江工业大学浙西分校机电控制工程系 浙江衢州 ３２４００６）
摘 要 介绍了干气密封的特点、 工作原理、 典型结构以及辅助系统， 分析了影响干气密封性 能的主要参数， 并列举了应用实例。 关键词 干气密封 工作原理 参数
密封直径越大， 转速越高， 密封环线速度越大， 干气密封的泄漏量就越大。 ３． ２． ２ 密封气压力对泄漏量的影响 不难想象， 在密封工作间隙一定的情况下， 密封 气压力越高， 气体泄漏量越大。 ３． ２． ３ 工作介质温度、 粘度对泄漏量的影响 工作介质温度对密封泄漏量的影响是由于温度 对介质粘度有影响而造成的。 介质粘度增加， 动压效 应增强， 气膜厚度增加， 但同时流经密封端面间隙的 阻力增加。因此， 对密封泄漏量的影响不是很大。
２００４－０６－０１ 收稿日期： １９６４－） ， 作者简介： 张剑慈（ 女， 副教授， 浙江诸暨人， 从事教学与科研工 作。
图 ２ 干气密封旋转环示意图
动。由于密封堰的节流作用， 进入密封面的气体被 压缩， 气体压力升高， 在该压力作用下， 密封面被推 开， 流动的气体在两个密封面间形成一层很薄的气 据气体动力学研 膜， 此气膜厚度一般在 ３μ! 左右， 究表明， 当干气密封气膜层厚度为 ２￣３μ! 时， 流过 间隙的气体流动层最为稳定， 这也就是干气密封气 膜厚度设计值选定在 ２￣３μ! 的原因，当气体静压
４ 应用实例
离心泵输送介质为液体，双端面干气密封可以 应用在绝大多数离心泵的轴封上，具体结构图 （ 略） ， 辅助系统见图 １。 该密封具有以下特点： ①＂ 气体阻塞 ＂ 替代传统的 ＂ 液体阻塞 ＂， 即用 带压密封气替代带压密封面，保证工艺介质实现 ＂ 零逸出 ＂； ②整套密封非接触运行， 其功率消耗仅为传统双 端面密封的 ５％ ， 使用寿命比传统密封长三倍以上； ③结构简单的辅助系统，保证工作介质不受污 染及工作介质不向大气泄漏，彻底摆脱了传统双端 面机械密封对油系统的依赖， 密封气采用工业氮气， 其压力高于介质 ２Ｍｐａ 。 泵采用双端面干气密封的不足之处是： ① 需要一定压力的气源，气源压力至少高于 ２Ｍｐａ ； 介质压力 ０． ② 有微量气体进入工艺流程。
图 １ 干气密封系统示意图
２ 干气密封的工作原理
干气密封基本结构如图 １ 所示，由旋转环， 静 环， 弹簧， 密封圈以及弹簧座和轴套组成。 ２ 图 为干气密封旋转环示意图， 旋转环密封面 经过研磨， 抛光处理， 并在其上面加工出有特殊作 用的液体动压槽。 干气密封旋转转环旋转时， 密封气体被吸入动 压槽内， 由外径朝向中心， 径向分量朝着密封堰流
５ 结束语
由于采用了干气密封新技术而使问题得到解 决， 为装置的安全平稳、 长周期、 满负荷运行提供了 有力的保障。同时也说明采用新技术和新工艺是解 决装置运行问题的一条有效途径。干气密封其密封 端面在运行期间几乎无磨损， 只在开停车时才出现 很小的磨损。 一旦有颗粒杂质进入密封腔， 密封面压 力槽根部很容易遭到磨损。 因此， 用于密封的气体一 定要清洁， 无颗粒杂质。 参考文献
+,
浙江化工 !""#， （$%） ： （&&）
力， 弹簧力形成的闭合力与气膜反力相等时， 该气 膜厚度十分稳定， 干气密封密封面间的气膜具有良 好的气膜刚度， 保证密封运转稳定可靠。 正常条件下， 作用在密封面上的闭合力 （ 弹簧 力和介质力） 等于开启力 （ 气膜反力） ， 密封间隙为 设计工作间隙。 当受外部干扰， 气膜厚度减小， 则气膜反力增 加， 开启力大于闭合力， 迫使密封工作间隙增大， 恢 复到正常值。相反， 若密封气膜厚度增大， 则气膜反 力减小， 闭合力大于开启力。密封面间隙恢复到正 常值。因此， 只要在设计范围内， 当外部干扰消失以 后， 气膜厚度就可以恢复到设计值。 可见， 干气密封的密封面间形成的气膜具有一 定的气膜刚度， 气膜刚度大， 干气密封抗干扰能力 越强， 密封运行越稳定可靠。干气密封的设计就是 以获得最大的气膜刚度为目标而进行的。
３ 影响干气密封性能的主要参数
干气密封的性能主要体现在密封运行的稳定 性 （ 或者说使用寿命） 和密封泄漏量的矛盾。影响 干气密封泄漏量的直接因素就是干气密封的气膜 厚度， 也就是干气密封运转时密封面间形成的工作 间隙。我们将影响干气密封性能的参数分为密封 结构参数和密封操作参数。 ３． １ 密封结构参数 ３． １． １ 干气密封动压槽形状 从流体动力学角度来讲， 在干气密封端面开任 何形状的沟槽， 都能产生动压效应。理论研究表明， 对数螺旋槽产生的流体动压效应最强， 用其作为干 气密封动压槽而形成的气膜刚度最大， 及干气密封 的稳定性最好。 ３． １． ２ 干气密封动压槽深度 理论研究表明，干气密封流体动压槽深度与气 膜厚度为同一量级时， 密封的气膜刚度最大。 实际应 用中， 干气密封的动压槽深度一般在 ３￣１０ 微米。在 其余参数确定的情况下， 动压槽深度有一最佳值。 ３． １． ３ 干气密封动压槽数量、 动压槽宽度、 动压槽长度 理论研究表明， 干气密封动压槽数量趋于无限 时， 动压效应最强。不过， 当动压槽达到一定数量 后， 再增加槽数时， 对干气密封性能影响已经很小。 此外， 干气密封动压槽宽度、 动压槽长度对密封性 能都有一定的影响。 ３． ２ 密封操作参数 ３． ２． １ 密封直径、 转速对泄漏量的影响
１ 彭建． Ｊ］流体工程， １９９５， ２３（ ３） 螺旋槽干气密封的优化设计［ ２ 顾永泉． １９９０． ２ 流体动密封． 石油大学出版社， ３ 王玉明， Ｊ］ ． 马将发， 等． 高速透平压缩机的轴端密封［ 石 ２０００（ ４） 油化工设备技术，
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１ 干气密封与机械密封性能比较
机械密封是一种传统的密封型式， 其特点是密 封结构简单， 技术成熟， 加工精度要求不太高。其缺 点是泄漏率高， 故障频发。 干气密封是目前最先进的一种非接触密封型 式， 其主要特点是： 密封功率消耗小， 仅为接触式机 械密封的 ５％ 左右； 与其它非接触密封相比， 干气密 封气体泄漏量小； 在离心压缩机中， 采用自身工艺 气体作为密封气， 对工艺流程无不利影响； 可实现 介质的零逸出， 是一种环保型密封； 密封辅助系统 较为简单， 可靠， 使用中不需要维护。
各类泵中大部分密封都采用接触式密封， 其密 封严重影响使用寿命和工作效率。随着密封技术的 发展， 干气密封技术的发明与应用， 彻底解决了困 扰高速离心压缩机的轴封问题， 密封使用寿命及性 能都得到了很大提高， 为机组稳定， 长周期运行提 供了保证。但目前干气密封大部分应用在高速旋转 设备， 像泵类产品中应用较少。为了改进泵类产品 中密封存在的缺陷， 笔者尝试了把干气密封应用于 泵中， 取代原来的机械密封。
!"#$%&’( ")&(*’(
文章编号： （(##& ） "##$%&"’& ""%##(’%#(
张剑慈（ 浙江工业大学浙西分校机电控制工程系 浙江衢州 ３２４００６）
摘 要 介绍了干气密封的特点、 工作原理、 典型结构以及辅助系统， 分析了影响干气密封性 能的主要参数， 并列举了应用实例。 关键词 干气密封 工作原理 参数