干气密封学习资料

浅谈离心式压缩机组平衡盘、轴端梳齿密封
与干气密封设计及使用性能的关系
王泽平
（四川日机密封件股份有限公司，成都 00 ）
摘　要：在石油、化工行业中，目前近 0%
，其安全性、可靠
性、
环保性已被广大的用户、EPC 承包商、设计人员所认可。

计不足而导致密封失效的情况。

文章仅就离心压缩机组平衡盘、、取压点的选择等设计细节差异，对干气密封设计和使用性能的影响做深入浅出的阐述。

关键词：平衡盘；轴端梳齿密封；干气密封
在结构复杂的离心式压缩机中，虽然平衡盘和轴端梳齿密封只是机组中一个很小的结构部件，但其作用确不容小觑。

一旦该结构设计不合理、现场安装有误或使用效果不好，都会直接导致干气密封使用寿命的缩短。

因此无论是作为专业的密封设计人员，
、检维修人员，能够熟悉国内、设计规律、运行。

这有助于更好地设计密封控制系、确定更事宜的操作、维护方案，从而保证密封系统稳定、可靠的运行。

1　国内外离心式压缩机制造厂简介
，国外离心压， 000 年，日本EBARA 公司购买了美国ELLIOTT 公司的全部股份，组建了ELLIOTT-EBARA 透平机械公司。

00 年，德国MAN 集团重组了GHHBOSIG 和苏尔寿，形成了MAN TURBO 公司；SIEMENS 并购了DEMAG ，DELEV AL 公司，重组为SIEMENS 透平机械部。

年以来， GE 并购了NuoV o Pignone 、AC 等压缩机制造厂，成为压缩机行业的领先企业。

经过重组整合，国外大型离心压缩机制造商形成了GE 、SIEMENS 、MAN TURBO 、MHI 、DRESSERRAND 和ELLIOTT-EBARA 等大型离心压缩机集团企业。

同样，国内沈阳鼓风机厂重组了沈阳气体压缩机厂，锦西化机压缩机部分被SIEMENS 收购，成为SIEMENS 葫芦岛透平公司。

其他诸如陕鼓、新锦化机、重通、上鼓等压缩机制造企业，在整个快速发展的进程中，市场份额也越来越大，应用业绩也越来越多。

2　相关基本概念
2.1　平衡盘
作用力大小不等，力，。

轴向力对于压缩机的正常运行是有害的，容易引起止推轴承损坏，使转子向一端窜动，导致动件偏移与固定元件之间失去正确的相对位置，情况严重时，转子可能与固定部件碰撞造成事故。

平衡盘是利用它两边气体压力差来平衡轴向力的零件。

一般安装在末级叶轮的后面（高压端）。

它的一侧压力差不多就是末级叶轮轮盘间隙中的气体压力（高压），它的另一侧常是与机器的吸气室连通，压力是大气压或进气压力（低压）。

上述两侧压力差就使转子受到一个与轴向力反向的力，其大小决定于平衡盘的受力面积。

平衡盘的外圆装有密封装置，以使盘维持压差。

它只平衡一部分轴向力，剩余轴向力由止推轴承承受。

虽然部分气体回流至机组入
口，但这样的设计增加了机组长周期运行的可靠性。

2.2　轴端梳齿密封
一般安装于干气密封与机组叶轮之间。

常见的形式主要以平滑型梳齿、阶梯型梳齿为主。

一般起到两个作用：一是进一步平衡密封腔压力；二是减小密封气注入量。

2.3　平衡管
一般是指将平衡盘泄漏的气体或轴端梳齿泄漏的气体引至机组入口或其他低压区域的管路。

常见的有一次平衡管和二次平衡管。

一次平衡管一端从平衡盘后引出，一端接至压缩机入口，主要起平衡轴向力的作用；二次平衡管一般从两端轴端梳齿的中部引出，主要用是进一步平衡密封腔压力，保证机组两端密封腔工作压力基本一致。

在这里要说明的是，并不是每一台压缩机都会设计有平衡盘、一次平衡管和二次平衡管。

这往往取
决于机组的设计，主要与机组的工作压力、轴系的跨距有很大关系。

实际应用中如果没有设计该结构，那么动态运行时两端密封腔的工作压力就会有较大差异。

因此，从密封设计角度来讲，都会希望压缩机设计有平衡盘和轴端梳齿密封，这样的设计更有利有密封的可靠使用。

3　常见的结构形式
在多年从事干气密封设计、参与密封现场安装、解决现场问题的过程中，接触了大量国内外压缩机制造商的机组资料，例如：沈鼓、陕鼓、GE 、NuoV o Pignone 、DEMAG 、AC 、MHI 、Hitachi 等。

通过对比可以发现，各制造厂的轴端梳齿密封和平衡盘结构设计都不尽相同，这种差异个人认为更多的是由于技术路线、设计理念、设计经验等原因造成的。

下面总结几种常见的布置形式（见表 ）。

4　对干气密封设计和使用的影响
4.1　标准要求
AP — 00 （第 版）《石油、化学和气体工业用轴流、离心压缩机及膨胀机-压缩机》标准中 . . . 条款中明确说明：密封压力平衡管线及其相连的气体通道(包括用作参考气和轴向推力平衡通道)的尺寸，应能在间隙为原设计值的两倍时还可保持设计的轴端密封性能。

同时这些管线和通道的尺寸还应在所有条件，包括增压时，保持通过平衡管线最小压力降。

从以上要求可以得知，标准中对机组平衡管的管径提出了设计要求。

以此为据可以认为，当轴端梳齿密封磨损后，间隙达到 倍原设计间隙时，干气密封前置气(双端面结构)、密封气（串联式、单端面结构），初始设计的注气量也应该满足密封的使用要求。

4.2　耗气量
所谓的耗气量，在双端面干气密封结构中主要是指前置气（缓冲气），串联式密封的一级密封气注气量。

使用中始终要保证干净气体注入后始终向机组内侧流动，达到有效隔离机内脏气体倒灌而污染密封。

在干气密封设计时也需要主机厂提供轴端梳齿的的结构型式、间隙、齿数等设计参数，根据这些参数核算密封气进气流量。

在以流量控制为主的干气密封系统设计中，主要是保证通过梳齿的吹扫流速。

在迷宫密封中， ft/s（≈ m/s）的流速被认为是一个可接受的标准，它是基于多年油润滑密封中缓冲气使用情况得来的，这也是干气密封中气体流速所允许的最小值。

因此，为了确保迷宫密封处气体的正向流动，密封控制系统应该能够给迷宫密封处随时提供高于 ft/s（≈ m/s）的密封气流速。

密封气的流速在经过迷宫密封时会逐渐下降，为了保证最低 ft/s的流速，控制系统在迷宫内侧，至少应能提供两倍于最低流速的密封气即： ft/s（≈ 0 m/s）。

这对间隙逐渐增大的迷宫密封来说是一种比较保守的设计方法。

所以在设计经验流速确定的情况下，梳齿密封的形式和间隙的变化就对气体耗量有很大的影响，若间隙过大，结构不合理，则耗气量就会很大，尤其在高压机组上，该数据还会更大，造成气体再次大量回流至机组内部，机组运行经济性就会有所下降。

4.3　取压点的选择
不同的布置形式，密封腔压力和取压点位置的选定也会有所差异，这种差异往往也会造成运行稳定性的较大差异，具体情况见表。

在实际设计中，一般来讲取压点的选择上主要采用两种设计方法：一是就高原则，即在大多数设有平衡管的机组上取压点的开口靠近出口端，甚至从出口侧密封腔直接取压，这样只要设计上保证高压侧满足使用要求，自然低压侧也就没有问题了。

这种设计广为采用，大量的经验证明这种设计简单、可靠、经济实用；二是独立原则，即在高压机组上由于平衡效果差异较大或者根本没有设置平衡管的机组上，设计上可以分别单独设置取压点，即低压侧独立设置取压口，高压侧也独立设置取压口，密封作为两个独立的单元分别控制，这种设计更为精确，但是控制系统复杂且成本较高。

经验表明对于高压机组当平衡盘前后压差过大时，设计上对于平衡盘密封的结构型式、轴端梳齿的设计、平衡管管径的大小、取压点的位置及干气密封控制系统方案等设计等细节都要着重考虑。

在这里要着重提出的是双端面干气密封。

双端
面结构中密封气一般采用外部氮气，工作时必须保证氮气压力大于平衡管压力，而往往现场氮气压力是有限的，当在氮气压力较低的应用中，一旦出现平衡管效果不好的情况，直接会导致高压侧密封运行差压降低，甚至反压，这对于密封的影响是致命的。

5　典型的案例分析
（ ）案例 ：某厂合成氨项目用氨压机（见
该机组属中低压压缩机组，密封结构为带中间迷宫的串联式结构。

（ ）案例 ：某厂二氧化碳压缩机高压缸（见表 ）。

该机组属中高压压缩机组，密封结构为带中间迷宫的串联式结构。

（ ）案例 ：某厂延迟焦化装置富气压缩机（见表 ）。

该机组属中低压压缩机组，密封结构为双端面影响更改为”使
用“
6　结束语
离心式压缩机平衡盘和轴端梳齿密封，对干气密封设计及使用性能的影响是不言而喻的。

不同的布置型式，实际应用中的问题也不一样。

现场宝贵的经验应在设计工作中加以消化和持续改进。

压缩机的设计应尽可能考虑到密封的使用特性，密封的设计也要对压缩机的特点进行深入研究，这样才能设计出更匹配的方案。

目前炼化企业对干气密封的连续使用寿命要求从 年已经提高至 年，因此在实际应用过程中，减少非计划停车是非常重要的。

诸如此类设计问题，应在设计之初就多沟通加以杜绝，避免该问题的发生带来巨大的损失。

参考文献
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