干气密封基本原理

干气密封基本原理第1页，共42页，2023年，2月20日，星期一透平压缩机及干气密封第2页，共42页，2023年，2月20日，星期一MajorComponents(BarrelType)CasingInnerCasingSuctionDischargeEndCoverDiffusersReturnChannelsRadialBearingThrustBearingSealShaftImpellersBalancePiston第3页，共42页，2023年，2月20日，星期一CentrifugalCompressor-BarrelType第4页，共42页，2023年，2月20日，星期一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、功耗低、寿命长、可靠性高、运行维护费用低。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。第5页，共42页，2023年，2月20日，星期一干气密封典型结构及材料干气密封基本原理第6页，共42页，2023年，2月20日，星期一机械密封典型结构第7页，共42页，2023年，2月20日，星期一干气密封典型结构腔体

(410S.S.)轴套

(410S.S.)

波纹带

(蒙耐尔

K-500)压紧套(410S.S.)动环(碳化钨)(碳化硅)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。第8页，共42页，2023年，2月20日，星期一旋转环－碳化钨/碳化硅静止环－碳石墨/Cranite2000（特种材料，克兰专利）金属件－410不锈钢/316不锈钢/哈氏合金/其它弹簧－哈氏合金C干气密封材料第9页，共42页，2023年，2月20日，星期一静环材料（Face）碳石墨浸金属(T28AT&XP)浸树脂(如强腐蚀性介质)Cranite2000(如高压–T28EXP)干气密封材料第10页，共42页，2023年，2月20日，星期一动环材料（SEAT）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–高压(XP/EXP)

干气密封材料第11页，共42页，2023年，2月20日，星期一碳化钨（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、易缺边干气密封材料第12页，共42页，2023年，2月20日，星期一干气密封的工作原理干气密封基本原理第13页，共42页，2023年，2月20日，星期一

单向螺旋槽双向螺旋槽

工作原理JohnCrane动环槽形第14页，共42页，2023年，2月20日，星期一其他公司的专利槽形BurgmannFlowserve单向V型槽双向U型槽双向T型槽第15页，共42页，2023年，2月20日，星期一干气密封与机械密封的本质区别-气膜人的头发静环动环气膜厚度3-5um第16页，共42页，2023年，2月20日，星期一螺旋槽旋向气体向中心泵送气体受压，压力升高，产生间隙密封坝第17页，共42页，2023年，2月20日，星期一

旋向气体向中心泵送气体受压，压力升高，产生间隙密封坝双向螺旋槽第18页，共42页，2023年，2月20日，星期一螺旋槽及气膜的形成气体向中心泵送第19页，共42页，2023年，2月20日，星期一最初双向螺旋槽T28单向螺旋槽Speed=14,500rpm6.625inO/BSeal气膜刚度

-单向螺旋槽v双向螺旋槽改进型双向螺旋槽第20页，共42页，2023年，2月20日，星期一最初的双向螺旋槽单向螺旋槽6.625in密封直径CSTEDY计算－气膜厚度

雷列台阶改进型双向螺旋槽第21页，共42页，2023年，2月20日，星期一单向螺旋槽与改进型双向螺旋槽（5.687”）

－泄漏量与压力关系曲线第22页，共42页，2023年，2月20日，星期一单向槽与双向槽的比较单向槽：螺旋槽、V型槽优点：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、U型槽、T型槽优点：可以长时间反转；缺点：较单向槽动压效应弱，气膜刚度小。推荐：优先采用单向槽，特殊情况双向槽。第23页，共42页，2023年，2月20日，星期一工作原理(正常间隙)闭合力开启力压缩膨胀气膜厚度约0.003mm弹簧力和背压第24页，共42页，2023年，2月20日，星期一工作原理(间隙减小)闭合力开启力增加气膜刚度：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。第25页，共42页，2023年，2月20日，星期一工作原理(气膜厚度增加)闭合力开启力减小第26页，共42页，2023年，2月20日，星期一工作原理302010012345膜厚(mm)静、动压组合刚度单纯流体静压

刚度(GN/m)非接触密封流体静压与流体动压刚性第27页，共42页，2023年，2月20日，星期一非接触密封的热量平衡0.1.2.3.4.5.6.7.8.9W0123456

膜厚mm密封温度低于环境温度密封温度高于环境温度气体膨胀热量散发气体粘性剪切产生热量工作原理第28页，共42页，2023年，2月20日，星期一CSTEDY/CTRANS分析软件

干气密封性能预测

采用CSTEDY/CTRANS

自有专用软件

稳态&瞬态气膜模拟

实时干气密封性能预测

唯一包含：有限元分析(FEA)；计算流体动力学(CFD)；以及根据试验室试验结果得出的经验公式。第29页，共42页，2023年，2月20日，星期一CSTEDY/CTRANS-功能压力，温度，转速，气体组份，材料，槽形，密封几何形状输入输出密封面间隙，泄漏量，摩擦，功率，温升，气膜稳定性第30页，共42页，2023年，2月20日，星期一5Microns/div泄漏量=1.5l/min密封直径162mm 压力0bar转速16,110rpm温度150℃动态密封性能分析第31页，共42页，2023年，2月20日，星期一5Microns/div泄漏量=16l/min密封直径162mm 压力90bar转速0温度150℃静态密封性能分析第32页，共42页，2023年，2月20日，星期一干气密封主要特征干气密封基本原理第33页，共42页，2023年，2月20日，星期一允许最大轴向窜量通常为+2.5mm允许最大径向跳动通常为+0.6mm

能在全压下启/停

TM、28系列干气密封主要特征第34页，共42页，2023年，2月20日，星期一TM、28系列干气密封特点密封开启压力@n=0RPM,约7BarG密封开启速度△p=0,约0.6m/s（以轴径计算）

第35页，共42页，2023年，2月20日，星期一密封反转－密封反转是不能接受的，应避免－可使用双向密封设计密封反压－密封不能接受密封液体污染

－少量液体污染可以接受，但应避免TM、28系列干气密封特点第36页，共42页，2023年，2月20日，星期一低速盘车－手动盘车是可以接受的，低于1000转的低速暖机不能超过1小时振动－密封可承受API617振动公差要求TM、28系列干气密封特点第37页，共42页，2023年，2月20日，星期一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TM、28系列干气密封特点第38页，共42页，2023年，2月20日，星期一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TM、28系列干气密封特点第39页，共42页，2023年，2月20日，星期一减少新机器的成本集装式设计易安装，保护关键密封组件超过2亿小时运转经验已安装2万套集装式干气密封TM、28系列干气密封特点第40页，共42页，2023年，2月20日，星期一思考题1。说出干气密封与普通机械密封结构上的主要区别。2。指出干气密封的主要优点。3。指出干气密封常用动静环主要材料及特点。4。说出各主要干气