工業(yè)壓縮機(jī)中常采用的密封有迷宮型密封、浮環(huán)油膜密封、機(jī)械接觸式密封和干氣密封。
2 .1 迷宮型密封
壓縮機(jī)的內(nèi)部密封一般為迷宮型密封， 如輪蓋、定距套和平衡盤(pán)上的密封。壓縮機(jī)內(nèi)常采用的迷宮型結(jié)構(gòu)有曲折型、平滑型、臺(tái)階型和蜂窩型。
迷宮密封原理是氣體在密封前后壓差的作用下， 從高壓端流向低壓端， 通過(guò)密封齒和軸的間隙時(shí)， 氣流速度加快， 壓力和溫度都降低， 由間隙流入齒間空腔時(shí)， 由于面積突然擴(kuò)大， 氣流形成強(qiáng)烈的漩渦 ， 此時(shí)氣流速度幾乎為零， 動(dòng)能全部變?yōu)闊崃浚?加熱氣體本身， 因而氣體焓保持和齒前焓相等，對(duì)理想氣體來(lái)說(shuō)， 氣體溫度又回升到流入間隙前的溫度， 但空腔中的壓力卻回升很少， 可認(rèn)為壓力保持不變， 這一過(guò)程可認(rèn)為是節(jié)流過(guò)程。氣體從這個(gè)空間流經(jīng)下一個(gè)密封齒和軸的間隙， 又流入再下一個(gè)齒間空腔， 重復(fù)上述過(guò)程。就這樣流經(jīng)每一個(gè)齒， *后從整個(gè)密封流出。氣體每從一個(gè)大的齒間空腔流經(jīng)一個(gè)小的齒和軸間的間隙， 再流入另一個(gè)大的齒間空腔時(shí)， 壓力就降低一次， 而且隨著流動(dòng)氣體比容的不斷增加， 通過(guò)間隙的速度不斷加快， 因而越到下游經(jīng)過(guò)一個(gè)齒的壓力降低得越多。迷宮密封就是利用節(jié)流現(xiàn)象來(lái)減少泄漏量的作用， 根據(jù)流量計(jì)算公式漏氣量可見(jiàn)， 設(shè)置密封裝置， 可以使密封齒和軸的間隙比不設(shè)密封時(shí)的間隙小得多， 減少了流通面積 F，由于節(jié)流使得每個(gè)齒前后的壓差遠(yuǎn)比整個(gè)密封裝置前后壓差小， 壓差減小了， 流速就降低， 因而漏氣量就減少。
2. 2 浮環(huán)油膜密封
浮環(huán)油膜密封是濕式機(jī)械密封的一種， 這種密封形式既能在環(huán)與軸的間隙中形成油膜， 環(huán)本身又能自由徑向浮動(dòng)。結(jié)構(gòu)所示， 靠高壓側(cè)的環(huán)叫高壓環(huán)， 低壓側(cè)的叫低壓環(huán)， 處于高壓環(huán)與低壓環(huán)之間的叫中間環(huán)。工作原理是密封油以比工藝氣壓力高的壓力注入密封室， 一路經(jīng)高壓環(huán)和軸之間的間隙流向高壓側(cè)， 在間隙中形成油膜， 將工藝氣封??； 另一路則由低壓環(huán)與軸之間的間隙流出。浮環(huán)能自由浮動(dòng)的原理和軸承的工作原理一樣， 都是利用油膜產(chǎn)生的浮力來(lái)承擔(dān)載荷， 區(qū)別是被浮起的對(duì)象不一樣。對(duì)軸承被浮起的是軸， 軸瓦固定不動(dòng)。
對(duì)浮環(huán)密封， 浮環(huán)和轉(zhuǎn)軸雖然都未固定， 但浮環(huán)相對(duì)轉(zhuǎn)軸來(lái)說(shuō)， 質(zhì)量輕得多， 因而浮起的是浮環(huán)， 不動(dòng)的是軸。由于油膜產(chǎn)生的浮力， 使浮環(huán)和軸都會(huì)自動(dòng)維持對(duì)中， 這是浮環(huán)結(jié)構(gòu)的突出特點(diǎn)。這一特點(diǎn)可以大大減少密封間隙值， 從而減少漏油率。
從浮環(huán)的結(jié)構(gòu)看， 采用較多的是 L形環(huán)和矩形環(huán)。 L形環(huán)油膜密封示意從工作條件來(lái)看， 高壓側(cè)浮環(huán)工作條件要惡劣得多， 首先， 浮環(huán)的兩側(cè)壓差很?。?其次， 間隙一般盡可能減少， 因此， 高壓側(cè)的漏油量比低壓側(cè)要小得多。大量的熱不能被油帶走， 使環(huán)和油的溫度高， 容易引起抱軸等現(xiàn)象使浮環(huán)損壞， 為了解決這個(gè)問(wèn)題，必須加強(qiáng)高壓側(cè)環(huán)的冷卻。例如， 在高壓環(huán)上鉆一些冷卻孔， 讓油先沖刷高壓環(huán)的外壁， 然后絕大部分油經(jīng)過(guò)冷卻孔從高壓側(cè)環(huán)流過(guò)， 加強(qiáng)了冷卻效果。
為了提高密封處軸的耐磨性， 一般加軸套， 并在軸套上涂一層耐磨材料。
2 .3 機(jī)械接觸式密封
機(jī)械接觸式密封又稱(chēng)端面密封， 這種密封的特點(diǎn)是被密封的介質(zhì)漏損率很低。因此， 在壓縮機(jī)中，當(dāng)被壓縮的氣體不允許向外泄露時(shí)， 也常常用到它。
壓縮機(jī)的機(jī)械接觸式密封結(jié)構(gòu)。密封由端面密封 （動(dòng)環(huán) 1、靜環(huán) 2等零件組成 ）、浮動(dòng)減壓碳環(huán) 5、彈簧加載裝置 （彈簧 4和帶有梳齒密封的彈簧座 3）以及輔助密封圈 （靜環(huán)密封圈 8、動(dòng)環(huán)密封圈 6）等部件組成， 為了帶動(dòng)動(dòng)環(huán)還設(shè)有驅(qū)動(dòng)銷(xiāo) 7.動(dòng)環(huán)和靜環(huán)端面光潔而平直， 在彈簧力的作用下， 互相緊貼， 并作相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。端面之間保持一層薄薄的油膜， 將工藝氣封住， 這是一種動(dòng)密封。
機(jī)械接觸式密封動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的摩擦面溫度升高會(huì)使油膜破壞，使動(dòng)、靜環(huán)磨損加劇。為此， 采用油沖洗， 把摩擦產(chǎn)生的熱量帶走， 使溫度保持在一定的范圍內(nèi)， 同時(shí)還可以防止端面附近的雜質(zhì)聚集。動(dòng)、靜環(huán)處于高度摩擦條件下工作， 因此， 合理選擇好動(dòng)、靜環(huán)的材料，對(duì)密封工作性能和壽命影響很大。
2 .4 干氣體密封
這種密封具有泄漏量少、磨損小、使用壽命長(zhǎng)、能耗低、操作簡(jiǎn)單可靠等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)已廣泛用于石化行業(yè)的離心式壓縮機(jī)中。
干氣體密封與機(jī)械接觸式密封有著相似的剖面外形， 密封是在與轉(zhuǎn)動(dòng)相垂直的平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
為螺旋槽式氣體密封的結(jié)構(gòu)， 主要由動(dòng)、靜兩部分組件組成。靜止部分包括由 O 形環(huán)密封的靜環(huán) （主環(huán) ）、加載彈簧及固定靜環(huán)的不銹鋼夾持套 （固定在壓縮機(jī)機(jī)殼內(nèi) ）、動(dòng)環(huán) （又稱(chēng)配對(duì)環(huán) ） 組件由一夾緊套和一鎖定螺母 （保持軸向定位 ）等部件安裝在旋轉(zhuǎn)軸上隨軸高速旋轉(zhuǎn)， 動(dòng)環(huán)一般由硬度高、剛性好且耐磨的鎢、硅硬質(zhì)合金制造。干氣體密封結(jié)構(gòu)螺旋槽式氣體密封的工作原理是流體靜力與流體動(dòng)力的平衡。密封氣體注入密封裝置， 使動(dòng)、靜環(huán)受到流體靜壓力作用， 不論配對(duì)環(huán)是否轉(zhuǎn)動(dòng)， 靜壓力都是存在的， 而流體的動(dòng)壓力只在軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)才產(chǎn)生。
配對(duì)環(huán)上的螺旋槽是產(chǎn)生流體動(dòng)壓力的關(guān)鍵， 當(dāng)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 螺旋槽里的氣體被剪切從外緣流向中心，產(chǎn)生動(dòng)壓力， 由于靜壓力的存在， 密封堰對(duì)氣體的流出有抑制作用， 使氣體流動(dòng)受阻， 氣體壓力升高， 這一升高的壓力將撓性安裝的靜環(huán)和動(dòng)環(huán)分開(kāi)， 當(dāng)氣體壓力與彈簧恢復(fù)力平衡后， 維持一*小間隙， 形成氣膜， 封住工藝氣體。
由于結(jié)構(gòu)上的要求， 氣體密封承擔(dān)著兩方面的任務(wù)： 一是要防止轉(zhuǎn)動(dòng)期間主環(huán)和配對(duì)環(huán)接觸， 避免摩擦生熱； 同時(shí)當(dāng)軸不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 密封應(yīng)為零泄漏量。
因此， 首先主環(huán)與配對(duì)環(huán)要精加工、精安裝， 保持該接觸面在光帶上所測(cè)平面度要求。由于密封面上的螺旋槽深只有幾個(gè)微米， 因此必須有非常干凈的氣體來(lái)啟動(dòng)。一般要求密封上游的注氣非常潔凈， 要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格過(guò)濾， 密封氣可以外設(shè)氣源， 也可以是來(lái)自壓縮機(jī)出口的工藝氣體。
3 比較
概括了高速透平壓縮機(jī)軸端密封的主要特點(diǎn)， 并對(duì) 4種密封類(lèi)型進(jìn)行了比較。
高速透平壓縮機(jī)軸端密封比較密封類(lèi)型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)迷宮密封非接觸式， 壽命長(zhǎng)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 制造成本低， 維護(hù)方便。
泄漏量大， 運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高；有污染環(huán)境的危險(xiǎn)。
浮環(huán)密封非接觸式， 壽命長(zhǎng)；對(duì)轉(zhuǎn)速和壓力的使用范圍大。
密封油內(nèi)泄漏量大；油系統(tǒng)復(fù)雜， 投資大， 占地面積大， 運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高；密封油污染工藝氣回路的危險(xiǎn)大。
機(jī)械接觸式密封內(nèi)泄漏量較低， 污油系統(tǒng)較簡(jiǎn)單；油氣壓差較大， 控制比較容易， 可以取消高位油槽。
屬于接觸式密封；存在內(nèi)泄漏和污染工藝氣回路的危險(xiǎn)。
干氣密封非接觸式， 壽命長(zhǎng)， 可靠性高；不需要密封油系統(tǒng)， 無(wú)油污染；功率消耗低， 運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。
價(jià)格較高；有待推廣。
4 結(jié)語(yǔ)
石化行業(yè)中工藝氣體高速透平壓縮機(jī)軸端密封的發(fā)展趨勢(shì)， 是迷宮式抽充氣密封浮環(huán)密封機(jī)械浮環(huán)組合密封干氣密封。
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