压缩机干气密封原理..

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
干气密封综合性能分析软件 -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 －SC01
SC01系列干气密封特点
允许最大轴向窜量通常为+ 3.0mm 允许最大径向跳动通常为+ 1.0mm 能在全压下启 / 停
• 密封开启压力 –@n=0 RPM, 约 10 BarG • 密封开启速度 –△p=0, 约0.6 m/s（以轴径计算）
• 密封反转 －没有损伤的短时间反转可接受，但应避免 －可使用双向密封设计 • 密封反压 －不被推荐
透平压缩机干气密封基本原理
一台典型的透平压缩机包含两个介于轴承之间的集装式干气密封。
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、低功耗、长寿命、高可靠性、 低运行维护费用。
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。
改进型 双向螺旋槽
最初双向螺旋槽
2
4
6
8
10
Min'm Film Thickness (um)
软件计算 －气膜厚度
Min'm Film Thickness (um)
10 8
168.3mm 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
列雷台阶
2 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000
干气密封材料
• 静环材料（Primary Ring） – 碳石墨
• 浸金属 • 浸树脂 (如强腐蚀性介质) • 碳化硅+碳/碳化硅+DLC (如超高压)
干气密封材料
• 动环材料（Mating Ring）
–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 – 超高压
Speed (rpm)
单向槽与双向槽的比较
单向槽：圆弧槽、螺旋槽、V形槽 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、T、双L 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，抗外界扰动能力 较弱。
推荐：优先采用单向槽，特殊情况双向槽。
正常间隙
减少新机器的成本 集装式设计易安装，保护关键密封组件
密封坝
双向槽泵送原理
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 - 单向槽 v 双向槽
100
Film Stiffness (MN/m)
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0
单向螺旋槽
Speed = 14,500 rpm 168.3mm O/B Seal
• 密封液体污染 －少量液体污染可以接受，但应避免
• 低速盘车 －不影响密封性
• 振动
－密封可承受API617振动公差要求
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
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
间隙增大
间隙减小
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
工作原理
30
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
3
4
5
膜厚 (mm)
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
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
圆弧槽
螺旋槽
枞树形槽
John Crane
V形槽
U形槽
Burgmann
Flowserve
T形槽
圆弧槽泵送原理
旋向
气体向中心泵送
气体受压，压力升高，产生间隙
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。
干气密封材料
• 旋转环 －碳化钨 / 碳化硅 • 静止环 －碳石墨/ 碳化硅+碳/碳化硅+DLC
• 金属件 －410不锈钢 / 316不锈钢 / 哈氏合金 / 其它 • 弹簧 －哈氏合金C