干气密封是采用机械密封和气体密封的结合,是一种非接触端部密封,它是在机械密封的动环或静环的密封面上开有密封槽,当动静环高速旋转时,在两端面间形成一层气膜,在气体泵送效应产生的推力作用下把动静环推开,使两密封端面不接触。

工作原理：一般来讲,典型的干气密封包含了静环、动环组件(旋转环)、副密封O形圈、静密封、弹簧和弹簧座(腔体)等,静环位于不锈钢弹簧座内,用副密封O形圈密封。弹簧在密封无负荷状态下使静环与固定在轴上的旋转环———动环组件闭合如图1所示。动环组件和静环构成的气体径向密封有其先进独特的运行方式。配合表面平面度和光洁度很高,动环组件配合表面上有一系列的螺旋槽。

随着动环组件的旋转,气体被向内泵送到螺旋槽的根部。根部以外的一段无槽区称为密封坝。密封坝对气体流动产生阻力作用,增加气体膜压力。该密封坝的内侧还有一系列的反向螺旋槽,这些反向螺旋槽反向泵送气体以改善配合表面压力分布,从而加大开启静环与动环组件的能力。反向螺旋槽的内侧还有一段密封坝,对气体流动产生阻力作用,增加气体膜压力。配合表面间的压力使静环表面与动环组件脱离,保持一个很小的间隙,一般为3μm左右。当由气体压力和弹簧力产生的闭合压力与气体膜的开启压力相等时,便建立了稳定的平衡间隙。干气密封工作时,作用在密封上的力处于动平衡状态。

闭合力FC,是气体压力和弹簧力的总和。开启力FO是由端面间的压力分布对端面面积积分而形成的。在平衡条件下FC=FO,运行间隙大约为3μm。由于某种干扰使密封间隙减小,则端面间的压力升高,开启力FO大于闭合力FC,使得端面间隙加大,从而使FO减小,直至平衡为止,如图4所示。如果扰动使密封间隙增大,端面间的压力就会降低,闭合力FC大于开启力FO,使得端面间隙减小,从而使FO增大,密封会很快达到新的平衡状态。

这种机制将在静环和动环组件之间产生一层稳定性相当高的气体薄膜,使得在一般的动力运行条件下端面能保持分离、不接触、不易磨损,延长了使用寿命。

2影响参数

我们将影响干气密封性能的参数分为端面结构参数和操作参数。端面结构参数对密封的稳定性影响较大,操作参数对密封的泄漏量影响较大。

2.1　端面结构参数

2.1.1　动压槽形状

从流体动力学角度来讲,在干气密封端面开任何形状的沟槽,都能产生动压效应。理论研究表明,对数螺旋槽产生的流体动压效应**强,用其作为干气密封动压槽而形成的气膜刚度****,密封的稳定性****。

2.1.2　动压槽深度

理论研究表明,干气密封流体动压槽深度与气膜厚度为同一量级时密封的气膜刚度****。实际应用中,干气密封的动压槽深度一般在3~10μm。在其余参数确定的情况下,动压槽深度有一****值。

2.1.3　动压槽数量、宽度和长度理论研究表明,干气密封动压槽数量趋于无限时,动压效应**强。不过,当动压槽达到一定数量后,再增加槽数时,对干气密封性能影响已经很小。此外,干气密封动槽宽度、动压槽长度对密封性能都有一定的影响。

2.2　操作参数

2.2.1　密封直径和转速

密封直径越大,转速越高,密封环线速度越大,干气密封的泄漏量就越大。

2.2.2　密封介质压力不难想象,在密封工作间隙一定的情况下,密封气压力越高,气体泄漏量越大。

2.2.3　介质温度和黏度介质温度对密封泄漏量的影响是由于温度对介质黏度有影响而造成的。介质黏度增加,动压效应增强,气膜厚度增加,但同时流经密封端面间隙的阻力增加。因此,其对密封泄漏量的影响不是很大。

3　结论

在大型机组关键设备如离心式大奖网主页或输送有毒、有害、易气化介质的离心泵上采用不同型式的干气密封,可以实现工艺介质零泄漏,甚至零溢出,完全满足环境保护法对该类介质日益苛刻的泄漏排放要求,同时实现机组长周期、低能耗、安全、可靠运转。