干气密封基本原理

波纹带 (蒙耐尔 K-500)
压紧套 (410 S.S.)
干气密封材料
旋转环 －碳化钨 / 碳化硅
静止环 －碳石墨/ Cranite 2000 （特种材料，克兰专利） 金属件 －410不锈钢 / 316不锈钢 / 哈氏合金 / 其它
弹簧 －哈氏合金C
干气密封基本原理
干气密封的工作原理
最初双向螺旋槽
2
4
6
8
10
Min'm Film Thickness (um)
CSTEDY 计算 －气膜厚度
Min'm Film Thickness (um)
10 8
6.625 in 密封直径 单向螺旋槽
改进型双向螺旋槽
6
最初的双向螺旋槽
4
雷列台阶
2 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000
工作原理
John Crane 动环槽形
单向螺旋槽
双向螺旋槽
工作原理
John Crane Timing 动环槽形
单向螺旋槽
双向螺旋槽
其他公司的专利槽形
Burgmann
单向V型槽
双向U型槽
Flowserve
双向T型槽
单向螺旋槽
旋向
气体向中心泵送
气体受压，压力升高，产生间隙
密封坝
双向螺旋槽
工作原理
正常间隙
FC = FO FC 闭合力 S P FO 开启力
压缩
膨胀
弹簧力+流体压力
气膜压力分布
工作原理
间隙增大
FC >FO FC FO
闭合力
S P
开启力
弹簧力+流体压力
气膜压力分布
工作原理
间隙减小
FC 闭合力 S P FC < FO FO 开启力
弹簧力+流体压力
气膜压力分布
工作原理
非接触密封流体静压与流体动压刚性
Speed (rpm)
单向螺旋槽 与 改进型双向螺旋槽（ 5.687” ） －泄漏量与压力关系曲线
New BD vs. UD : Seal Size 5.687" Leakage vs. Pressure
Spiral ~ N=5000 Spiral ~ N=10000rpm BD ~ N=5000rpm BD ~ N=10000rpm
75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0
Leakage [std.l/min]
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Pressure [barG]
单向槽与双向槽的比较
单向槽：螺旋槽、V型槽 优点：动压效应强，气膜刚度大，抗外界扰动能力强。 双向槽：枞树、U型槽、T型槽 优点：可以长时间反转； 缺点：较单向槽动压效应弱，气膜刚度小。 推荐：优先采用单向槽，特殊情况双向槽。
旋向 气体向中心泵送
气体受压，压力升高，产生间隙 密封坝
气膜刚度 - 单向螺旋槽 v 双向螺旋槽
100
Film Stiffness (MN/m)
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0
T28 单向螺旋槽
Speed = 14,500 rpm 6.625 in O/B Seal
改进型 双向螺旋槽
30
刚度(GN/m)
20
静、动压组合刚度
10
单纯流体静压
0
1
2
3
4
5
膜厚 (mm)
工作原理
非接触密封的热量平衡
W .9 .8 .7 .6
密封温度高 于环境温度
密封温度 低于环境 温度
气体膨胀热量散发
.5 .4 .3 .2 .1
气体粘性剪切产生热量
0
0 1 2 3 4 5 6 膜厚 mm
CSTEDY / CTRANS 分析软件
技术培训资料
干气密封基本原理
约翰克兰科技（天津）有限公司 工程部 王海滨
干气密封典型结构
静环 (碳石墨) (Cranite 2000)
腔体 (410 S.S.) 动环 (碳化钨) (碳化硅)
(410 S.S.)
弹簧座
弹簧 (哈氏合金 C)
轴套 (410 S.S.)
推环 (410 S.S.)
干气密封性能预测 采用 CSTEDY/CTRANS 自有专用软件 稳态 & 瞬态 气膜模拟 实时干气密封性能 预测
CSTEDY / CTRANS -功能
输入
压力，温度，转速，气 体组份，材料，槽形， 密封几何形状
输出
密封面间隙，泄漏量， 摩擦，功率，温升，气 膜稳定性
干气密封主要特征
干气密封主要特征
允许最大轴向窜量通常为+ 3.2mm 允许Fra Baidu bibliotek大径向跳动通常为+ 0.6mm
能在全压下启 / 停
干气密封主要特征

极低的工艺气泄漏 能承受速度和压力的快速变化 由于非接触的特点，理论上密封寿命可以认为没有限 制
干气密封主要特征 减少新机器的成本 集装式设计易安装，保护关键密封组件 超过1亿5仟万小时运转经验 已安装1万2千套集装式干气密封
干气密封主要特性
取消了密封油系统 减少了维修费用 节能 防止了油系统的污染
思考题
1。说出干气密封与普通机械密封结构上的主要区别。 2。指出干气密封的主要优点。 3。说出各主要干气密封生产厂家所使用的开槽环密封面槽形。 4。比较单向槽与双向槽的特点，一般情况优先选用什么槽型。 5。简述干气密封气膜形成原理。 6。指出John Crane干气密封最大的轴向窜动量和径向跳动量值。 7。分析高压干气密封静态泄漏的原因，密封面的低温区发生在何处？ 8。解释干气密封气膜刚度的概念。
动态密封性能分析
密封直径 162mm 转速 16,110 rpm
压力 0 bar 温度 150 ℃
泄漏量 = 1.5 l/min
5 Microns/ div
静态密封性能分析
密封直径 162mm 转速 0
压力 90 bar 温度 150 ℃
泄漏量 = 16 l/min
5 Microns/ div
干气密封基本原理