压缩机密封相关知识

压缩机的密封

化工生产过程中常用到泵、压缩机等流体输送机械，这些机械的做功都是消耗能量的，而这些能量并不能100%转化为人们想要的功

和能量。总会有能量损失离心泵的能量损失包括：水力损失

容积损失

机械损失离心压缩机的能量损失主要包括：

漏气损失、轮组损失、流动损失、冲击损失压缩机的密封压缩机的主要结构压缩机的密封分类密封的原因和目的迷宫式密封件的结构形式轴端密封及分类机械密封液膜密封干气密封压缩机的主要结构1—吸入室2—轴3—叶轮4—固定部件5—机壳6—轴端密封7—轴承8—排气蜗室压缩机的主要结构1—定轴器；2—套筒；3—止推轴承部；4—止推轴承；5—轴承；6—调整块；7—机械密封部；8—进口导叶；9—隔板；10—叶轮；11—轮盖密封；12—调整块；13—隔板密封；14—齿轮联轴器；15—轴端密封；16—连接件；17—套筒

压缩机的主要结构1—叶轮、2—扩压器、3—弯道、4—回流器、5—排气蜗室压缩机的主要结构压缩机的主要结构1、主轴

压缩机的关键部件，他是主要起到装配叶轮、轴套、平衡盘、推力盘、联轴器的作用，是转子部分的中心部位2、隔板

隔板安装在气缸壳体内，与气缸壳体或内机壳组成压缩机的气道，即形成扩压器、弯道及回流器等。隔板一般采用铸铁件，经时效热处理后加工而成。隔板均为水平剖分，以便拆卸装配。3、扩压器使叶轮排出的具有较大动能的气流减速，把气体的动能有效的转化为压力能。分为有叶扩压器和无叶扩压器。无叶扩压器：结构简单，级变工况的效率高，稳定工作范围宽。有叶扩压器：由于叶片导向作用，气体流出扩压器的路程短，设计工况效率高，但结构复杂，变工况的效率较低。稳定工作范围窄。所以较多采用无叶扩压器。压缩机的主要结构4、叶轮叶轮又称工作轮，是压缩机的最主要的部件。叶轮随主轴高速旋转，对气体做功。气体在叶轮叶片的作用下，跟着叶轮作高速旋转，受旋转离心力的作用以及叶轮里的扩压流动，在流出叶轮时，气体的压强、速度和温度都得到提高。按结构型式叶轮分为开式、半开式、闭式三种，在大多数情况下，后二种叶轮在压缩机中得到广泛的应用。压缩机的主要结构5、平衡盘

平衡盘又名卸荷盘，压缩机的平衡盘一般装在汽缸末级的后面，他的一侧受末级的气体压力，另一侧与机器的吸气室相通，平衡盘的外圆上一般都有迷宫密封装置使盘两侧维持压差。平衡盘主要平衡转子上受的轴向力，大约可以平衡掉70%—80%的轴向力，剩余的30%通过推力轴承作用在止推盘上来消除；另外，叶轮对排、叶轮背面加筋板也可以平衡轴向推力。6、推力盘

推力盘主要承受推力轴承的轴向力，由光洁度很高的不锈钢板材经线切割制造而成。其两侧分别为推力轴承的正副止推块。推力盘有的设置在压缩机的高压端，有的设置在机组的压缩机的两段之间压缩机的主要结构7、轴端密封防止轴端特别是与原动机连接端，轴与固定部件之间间隙中气体向外泄漏。8、临界转速若转子旋转的角速度与转子弯曲振动的固有圆周频率相重合，则转子发生强烈振动导致转子的破坏，转子与此相应的转速成为转子的临界转速，一旦转速原理临界转速，则转子平稳，不会有强烈振动。压缩机的密封分类密封内密封轮盖密封级间密封

外密封主轴与机壳间的密封（轴端密封）密封的原因和目的

由于叶轮出口压力大于进口压力（图），级出口压力大于叶轮出口压力，在叶轮两侧与固定部件之间的间隙中会产生漏气，而所漏气体又随主流流动，造成膨胀与压缩的循环，每次循环都会有能量损失。该能量损失不可逆转地转化为热能，为主流气体所吸收。

由于压缩机内压力大于壳外压力，轴端特别是与原动机连接段，轴与固定部件之间间隙中的气体向外泄露，造成压缩机效率降低。密封的原因和目的如果压缩气体为高压气体、贵重气体、易燃易爆气体和有毒气体，泄漏还会造成环境污染，甚至造成人身伤害。

因此，为了防止压缩机级内能量损失和压缩机内气体想外界泄漏，要在压缩机内设有内密封装置，在轴端特别是轴与原动机连接端设有轴端密封装置。迷宫式密封件的结构形式

为了尽量减少漏气损失，在固定部件与轮盖、隔板与轴套，以及整机轴的端部需要设置密封件。常用的有梳齿式（亦称迷宫式）的密封结构。其工作原理是每经过一个梳齿密封片，等于节流一次，多次的节流减压能有效地减少漏气量。迷宫式密封的结构形式轴端密封及其分类迷宫密封机械密封液膜密封干气密封轴端密封充抽气密封轴端密封及其分类

为防止轴端特别是与原动机连接段，轴与固定部件之间间隙中的气体向外泄露，需要专门设置轴端密封。对于高压气体、贵重气体、易燃易爆气体和有毒气体等，更应严防漏气。前述的梳齿密封（迷宫式密封），有的作为轴端密封使用，但只能用于允许有少量气体泄露的机器中。而对于严防气体泄露的情况，梳齿密封只能作为辅助密封使用。下面着重介绍三种轴端密封严防漏气的典型结构与工作原理供选用参考。机械密封

机械密封如图所示，左侧为被密封介质（

高

压

侧

）P1，右侧为大气（低压侧）P2，密封主要由动环1、

静环2、弹簧4、端盖5等组成。弹簧将静环端面紧贴在动环上，使其端面间隙减小到零，以达到封严的目的，故机械密封亦称端面接触式密封。为防止静、动端面干摩擦，还要用密封液润滑并带走摩擦产生的热量。动静件形成一对摩擦副。一般动件为硬质材料，如碳化钨硬质合金、不锈钢等，静件相对为软质材料，如石墨、青铜、聚四氟乙烯、工程塑料等。弹簧对接触面的压紧力应适当，偏大磨损加快，偏小易于泄露。液膜密封

液膜密封是在密封间隙中充注带压液体，以阻滞被密封介质泄露。由于它将固体间摩擦转化为液体摩擦，故又称为非接触式密封。由于密封间隙中还设置了可以浮动的环，故又称为浮动环密封。

图为液膜浮动环密封的结构示意图，它主要有几个浮动环1、4，轴套5，L形套环和壳体等组成。左侧为高压被封介质，右侧为低压或大气。密封油压大于被密封气体压力，其间差值为0.05—0.1Mpa。进油流经浮动环1、4与轴套5之间的密封间隙，沿图示方向向左、右两侧渗出。液膜密封浮动环是活动的，当轴转动时，由于存在偏心而产生流体动压力将环浮起。由于它具有自动对正中心的优点，故形成液体摩擦状态，且其间的间隙可以做到比轴承间隙还要小得多，因而漏油量也就大大减少。为了防止浮动环转动，需加防转销钉3.在正常工作情况下，浮动的环与轴不会发生接触摩擦，故运行平稳安全，使用寿命长，并特别适合于大压差、高转速的场合。从两边渗出的油经处理后方可继续使用。干气密封干气密封是基于现代流体动压润滑理论而设计的一种新型非接触式气膜密封,在气膜密封动环或静环端面上,通常开微米级流槽,主要依靠端面相对运转产生的流体动压效应在两端面形成流体动压力来平衡闭合力,实现密封端面的非接触运转。干气密封：干运转、气体润滑、非接触式机械端面密封的简称。干气密封的组成干气密封主要由动静两部分组件组成：1、静止部分包括O形密封的静环（主环）、加

载弹簧、弹簧座、推环。2、转动部分包括动环组件、轴套、定位环、锁紧

套等。（带螺旋沟槽）的动环由一夹紧套和一

锁定螺母（保持轴向定位）等部件安装在旋

转轴上随轴高速旋转，动环一般由硬度高、刚

性好、且耐磨的钨、硅硬质合金制成。

工作原理：静压力和动压力平衡。

大约在20世纪90年代初，干气密封开始应用于透平压缩机，其结构与机械密封相似，也是由动静环、弹簧、壳体和O形圈等组成。

环密封面经过研磨、抛光，并在其上面加工有流体动压槽（深度一般小于10um）。动、静环作相对旋转运动时，流体被吸入密封沟槽底部，由于离心力的作用，气体进入密封中心处压力升高，螺旋槽底部最高，它沿径向形成环形密封墙，该密封墙对气流产生阻力，气体被压缩，压力增高，产生的压力使静环从动环表面被推开，此时，流动的气体在两个密封面间形成一层很薄的气膜（此气膜厚度一般在3微米左右），气膜厚度十分稳定，并具有良好的气膜刚度，保证密封运转稳定可靠。密封始终工作在非接触状态，起密封作用。(图)干气密封的工作原理GASPAC静环端面

材料

碳化硅石墨（含10%的锑）

GASPAC动环端面

材料碳化硅氮化硅GASPAC®

标准产品应用参数压力 至105Bar(石墨)

至120Bar(碳化硅)速度 至to200meterspersec.标准端面组合 硬对软温度 -20ºCto180ºC(O-rings)动环 碳化硅(Upto120m/s)

氮化硅(Upto200m/s)

GASPAC®

高端产品参数压力 Upto230Bar动态 230Bar静态动环材料 氮化硅 (upto200m/sec)静环材料 碳化硅密封辅件 PTFE垫片 (-100ºCto230ºC)动环静环动态O圈弹簧座组件弹簧基本元件动环对中装置弹簧增强O-圈设计动环驱动套的套装设计干气密封正常工作间隙为2.5~7.6µm。干气密封干气密封基本原理在稳定状态下，作用在密封面上的闭合力（弹簧力和介质力）等于开启力Fc=Fo（气膜反力），气膜处于设计工作间隙（一般在3—10um）。当Fc＜Fo时，间隙减小，气膜刚度增大，气体泄漏量减小，但容易造成气膜温度升高而影响密封寿命；当Fc＞Fo时，气膜刚度减小，泄漏量增大。当发生工艺条件波动或机械干扰，使得密封面贴近，有接触的趋势，此时气膜厚度减小，刚度增大，气膜反力增加，迫使密封工作间隙增大，恢复到正常值。相反，若密封气膜厚度增大，则气膜反力减小，闭合力大于开启力，密封面贴近恢复到正常值。衡量干气密封稳定性的主要指标就是气膜刚度的大小，气膜刚度越大，表明密封的抗干扰能力越强，运行越稳定。

卡槽迷宫密封轴套动环静环O型圈密封气入口出口卡环大气侧工艺侧干气密封的特点及应用特点：干气密封与机械密封、液膜密封最大的不同是采用气体密封，省去了密封油系统，具有运行可靠性高、使用寿命长、密封气泄漏量小、功耗极低、工艺回路无油污染，工艺气不污染润滑油系统等优点。另外，取消了庞大的密封油供给系统及测控系统，使占地面积减少，重量轻、运行维护费用低，缩减了计划外维修费用和生产停车时间，故日益受到重视与推广应用。目前在国内应用的干气密封最高压力在10Mpa。干气密封除了常应用于压缩机、泵设备的密封外，还可应用于反应釜等其他转动设备。干气密封应具有两种功能：一、是要防止转动期间主环与配对环接触，避

免摩擦。二、是当轴不转动时，密封应为零泄漏量。干气密封主要有三种形式：单端面密封结构

串联式密封结构

双端面密封结构实际应用中可根据压缩介质和压力等级选定。单端面=GASPACS大气侧工艺侧清洁隔离气双端面密封=GASPACD工艺侧清洁隔离气大气侧双端面密封=GASPACD工艺侧大气侧泄漏到火炬清洁隔离气工艺气大气侧清洁隔离气惰性隔离气泄漏到火炬配中间迷宫的串联密封=GASPACL第二级和隔离气泄漏轴承隔离密封-迷宫设计或碳环密封干气密封在设备上的应用中国神华煤制油化工有限公司包头煤化工分公司烯烃中心的丙烯制冷压缩机采用的就是约翰克兰的干气密封,型号为28ATBD,设计压力22.0barG,设计温度-45℃到120℃,转速4691rpm,密封环材质为石墨和碳化硅。该套干气密封结构特点为串联式,中间带迷宫密封。主密封气采用压缩机出口的工艺介质(丙烯),第二密封气和隔离气均采用外供氮气。密封气都要经过过滤器的过滤,过滤精度为2um。主密封气的供给压力和流量由远程控制调节阀进行控制,第二密封气和隔离气由系统内的自力式调节阀控制,通过这样以确保系统正常运行所需的密封气压力和流量。系统一级泄漏排放至火炬系统,通过孔板的压差来监控密封系统的工作状况,孔板压差信号进入联锁保护系统,二级泄漏直接排放至大气。该套干气密封系统从压缩机试车到正式生产运行至今,运行平稳。影响干气密封性能的主要参数影响干气密封性能的参数分为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。一）、密封端面结构参数对气膜刚度的影响动压槽形状的影响理论研究表明，对数螺旋槽产生的流体动压效应最强，气膜刚度最大，稳定性最好，因此，绝大多数干气密封都以对数螺旋槽作为密封动压槽。动压槽深度的影响理论研究表明，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最大。所以，实际应用中，干气密封的动压槽深度一般在3—10微米。

影响干气密封性能的主要参数动压槽数量、宽度及长度的影影响干气密封动压槽数量越多，动压效应最强，但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，动压槽的宽度、长度对密封性能都有一定的影响。二）、操作参数对密封泄漏量的影响1、密封直径、转速对泄漏量的影响

密封直径越大，转速越高，密封环线速度越大，干气密封的泄漏量越大。影响干气密封性能的主要参数2、介质压力对泄漏量的影响

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。

3、介质温度、粘度对泄漏量的影响

介质温度对密封泄漏量的影响是通过温度对介质粘度影响而形成的。介质粘度增加，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大。干气密封操作与维护密封气压力应大于压缩机腔体内压力，密封气压力与腔体压差≥0.03MPa（对中高压压缩机）C401压缩机启机前电动盘车约30min；停机后盘车约24h，当润滑油温度降到环境温度（约45°C一下）可停止盘车，严禁盘车时间过长。干气密封检修要求干气密封动静环部件之间允许的轴向位移量为±2.5um，径向位移量为±0.6mm。动环表面螺旋槽的深度为9±1um。动环工作的平面度≤0.0005mm，平行度≤0.003mm，静环工作的平面度≤0.0005mm，平行度≤0.01mm。如果干气密封有损坏应及时更换，避免引起严重事故。干气密封损坏的典型事例1、干气密封密封面磨损某公司大检修后,压缩机进行油运,外供氮气突然停止,由于缺乏干气密封的操作经验,油运没有停止,油运合格后,压缩机正常启机,密封泄漏超标。解体检