干气密封基本原理..

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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
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工作原理 (间隙减小)
闭合力
开启力增加
气膜刚度：气膜开启力的变化与膜厚变化的比值 气膜刚度越大，密封工作越稳定。
KZ
dFo dh
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工作原理 (气膜厚度增加)
闭合力
开启力减小
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压力 90 bar 温度 150 ℃
泄漏量 = 16 l/min
5 Microns/ div
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干气密封基本原理
干气密封主要特征
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金属件 －410不锈钢 / 316不锈钢 / 哈氏合金 / 其它 弹簧 －哈氏合金C
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干气密封材料
静环材料（Face） • 碳石墨 –浸金属 (T28AT & XP)
–浸树脂 (如强腐蚀性介质)
6.625 in 密封直径 改进型双向螺旋槽
最初的双向螺旋槽 雷列台阶Βιβλιοθήκη Baidu
Speed (rpm)
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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
75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0
New BD vs. UD : Seal Size 5.687" Leakage vs. Pressure
Spiral ~ N=5000 Spiral ~ N=10000rpm BD ~ N=5000rpm BD ~ N=10000rpm
Leakage [std.l/min]
5
10
15
20
25
30
35
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CSTEDY 计算 －气膜厚度
Min'm Film Thickness (um)
10
单向螺旋槽
8 6 4 2 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000
双向螺旋槽
旋向 气体向中心泵送
气体受压，压力升高，产生间隙 密封坝
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螺旋槽及气膜的形成
气体向中心泵送
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TM 、28系列干气密封特点
密封反转 －密封反转是不能接受的，应避免 －可使用双向密封设计 密封反压 －密封不能接受 密封液体污染
－少量液体污染可以接受，但应避免
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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
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气膜刚度 - 单向螺旋槽 v 双向螺旋槽
100
T28 单向螺旋槽
Film Stiffness (MN/m)
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 2 4 6 8 10
改进型 双向螺旋槽
Speed = 14,500 rpm 6.625 in O/B Seal
最初双向螺旋槽
Min'm Film Thickness (um)
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干气密封材料 碳化钨 （钴基）
• 韧性好
• 强度高 • 钴基不耐腐蚀
• 镍基抗腐蚀性较好
碳化硅 • 抗腐蚀性好 • 易碎 – 怕磕碰、易缺边
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Seal
Casing
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Centrifugal Compressor - Barrel Type
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干气密封的定义及特点
1. 定义
干气密封：干运转、气体润滑、非接触式机械端面密封的简 称。
2. 特点 以气封气、非接触、气膜润滑、功耗低、寿命长、可靠性高、 运行维护费用低。 干气密封－目前最先进的高速透平压缩机轴端密封型式，是 设计院、主机厂和终端用户首选的大机组轴端密封型式。
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TM 、28系列干气密封特点 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
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TM 、28系列干气密封特点
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
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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
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干气密封与机械密封的本质区别 - 气膜
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工作原理
3 0
非接触密封流体静压与流体动压刚性
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)
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干气密封基本原理 约翰克兰科技（天津）有限公司 霍凤茹
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透平压缩机及干气密封
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TM 、28系列干气密封主要特征
允许最大轴向窜量通常为+ 2.5mm
允许最大径向跳动通常为+ 0.6mm
能在全压下启 / 停
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TM 、28系列干气密封特点
密封开启压力 • @n=0 RPM, 约 7 BarG 密封开启速度 • △p=0, 约0.6 m/s（以轴径计算）
腔体 (410 S.S.) 动环 (碳化钨) (碳化硅) 轴套 (410 S.S.)
波纹带 (蒙耐尔 K-500)
压紧套 (410 S.S.)
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旋转环 干气密封材料 －碳化钨 / 碳化硅 静止环 －碳石墨/ Cranite 2000 （特种材料，克兰专利）
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工作原理 (正常间隙)
气膜厚度约 0.003mm
闭合力
开启力
压缩
膨胀 弹簧力 和背压
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–Cranite 2000 (如高压 – T28EXP)
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干气密封材料 动环材料（SEAT） • 碳化钨
–钴基
–镍基 • 碳化硅
–反应烧结（不用）
–常压烧结（或称无压烧结） –液相烧结 – 高压 (XP/EXP)
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TM 、28系列干气密封特点 低速盘车 －手动盘车是可以接受的，低于1000转的低速暖机 不能超过1小时 振动 －密封可承受API617振动公差要求
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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
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静态密封性能分析
密封直径 162mm 转速 0
CSTEDY / CTRANS 分析软件
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
唯一包含： 有限元分析(FEA)； 计算流体动力学 (CFD)； 以及根据试验室试验 结果得出的经验公式。
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机械密封典型结构
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干气密封典型结构
特点：与高速机械密封相比，密封面宽、旋转环（硬环）密封面刻有微米量 级的动压槽，密封面分为槽区和坝区两部分。
Major Components (Barrel Type)
Suction Return Channels Diffusers
Discharge Inner Casing Balance Piston
Radial Bearing
Shaft
Impellers Thrust Bearing End Cover
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干气密封基本原理
干气密封的工作原理
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工作原理
John Crane 动环槽形
单向螺旋槽
双向螺旋槽
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人的头发
静环 动环
气膜厚度 3-5 um
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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
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40
45
50
Pressure [barG]
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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。 缺点：不能反转。 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。