幹氣密封是一種新型的無接觸軸封,由它來密封旋轉機器中的氣體或液體介質。與其它密封相比,幹氣密封具有洩漏量少,磨損小,壽命長,能耗低,操作簡單可靠,維修量低,被密封的流體不受油汙染等特點。因此,在壓縮機應用領域,幹氣密封正逐漸替代浮環密封、迷宮密封和油潤滑機械密封。幹氣密封使用的可靠性和經濟性已經被許多工程應用實例所證實。
幹氣密封
幹運轉、氣體潤滑、非接觸式機械端面密封簡稱為幹氣密封。
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幹氣密封在壓縮機內的具體位置
一臺典型的透平壓縮機包含兩個介於軸承之間的集裝式幹氣密封。
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幹氣密封的工作原理
幹氣密封和普通平衡型機械密封相似,也由靜環和動環組成。其中,靜環由彈簧加載,並靠O型圈輔助密封。動環槽型分為單向螺旋槽和雙向螺旋槽。
單向螺旋槽示意圖
雙向螺旋槽示意圖
但是與液體普通平衡型機械密封的區別在於:幹氣密封動環端面開有氣體槽,氣體槽深度僅有幾微米,端面間必須有潔淨的氣體,以保證兩個端面間形成一個穩定的氣膜使得密封端面完全分離。氣膜厚度一般為幾微米,這個穩定的氣膜可以使密封端面保持一定的密封間隙。
間隙如果太大,密封效果會變差。閉合力和開啟力如下圖:
間隙如果太小,則會使密封面發生接觸。因而幹氣密封的摩擦熱不能散失,會很快引起密封端面的變形,從而使密封失效。
常見的兩種槽型是:雙向的(U型)和單向的(V型)槽型。
此外還有其他類型的一些槽面:
氣體介質就是通過密封間隙時靠節流和阻塞的作用而被減壓,從而實現氣體介質的密封,幾微米的密封間隙會使氣體洩漏率保持最小。
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幹氣密封的典型結構
1.單端面的密封
單端面的密封主要用於沒有危險的氣體,如空氣、氮氣、二氧化碳等等。
2.雙端面的密封
適用於有毒或含顆粒的工藝氣和壓縮機入口壓力低的情況。也常用於富氣、解析氣壓縮機及各種改造的氨冰機。
3.串聯式密封
帶中間迷宮的串聯式幹氣密封用於有毒、可燃性和危險氣體。
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幹氣密封的材料
靜環材料一般採用:
1.碳石墨
(1)浸金屬
(2)浸樹脂 (如強腐蝕性介質)
(3)碳化硅+碳/碳化硅+DLC (如超高壓)
動環材料一般採用:
1.碳化鎢
(1)鈷基
(2) 鎳基
2.碳化硅
(1)反應燒結(不用)
(2)常壓燒結(或稱無壓燒結)
(3)液相燒結 – 超高壓
其中,碳化鎢韌性好,強度高,鈷基不耐腐,蝕鎳基抗腐蝕性較好。
碳化硅材料則是抗腐蝕性好,但易碎, 怕磕碰、易缺邊。
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幹氣密封設計使用特性
使用幹氣密封設計,允許最大軸向竄量通常為± 2.5mm。允許最大徑向跳動通常為± 0.6mm。
能在全壓下啟 /停, 同時要保證乾淨、乾燥,在一定溫度、一定的壓力下不碳化、不聚合的氣體作為幹氣密封的工作氣源。
必需始終保證幹氣密封各個密封端面上、下游壓差為正壓差。單向旋轉槽型不可反向旋轉。開車時,先投後置隔離氣,再投軸承潤滑油。停車時,反之。
幹氣密封的好壞直接決定著壓縮機的正常工作,由於密封不良造成的起火,爆炸事故會造成非常嚴重的後果,因此在設計選型安裝過程中一定要注意相關規範。
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