论文部分内容阅读
摘 要：干气密封是非接触式机械密封，其原理是在一组摩擦副的动环上，刻有一定形式的浅槽，在摩擦副相对转动后，浅槽产生动压效应，将摩擦面推开，达到非接触的效果。常规的干气密封，在动环上刻有动压槽，随着转动，介质被向内泵送到动压槽的根部，向圆内侧泵送，当由气体压力和弹簧力产生的闭合压力与气膜的开启压力相等时，便建立了稳定的平衡间隙，即利用螺旋泵效下游泵送，使介质通过摩擦副而产生气膜，达到非接触密封的目的，介质侧的高压介质会通过动静环之间的间隙，漏向大气侧一小部分，并且动压槽槽型方向也是将高压侧的介质推向大气侧，此过程中，介质气会泄漏排出一部分，泄漏后的介质气基本都做烧掉处理，虽说浪费的介质不多，但长时间运行，消耗量也是很大。本篇文章介绍的上游泵送干气密封将彻底解决传统干气密封浪费介质气的问题。
关键词：上游泵送；干气密封；介质气；消耗。
Wang Yupeng Yang Zhengkuan
（Dalian JiuTech Seals Co.，Ltd. ， Dalian Liaoning 116039， China）
（Dalian Tiansheng General Machinery Co.，Ltd. Dalian Liaoning 116025， China）
Abstract：Dry gas seal is a kind of non-contact mechanical seal， there are shallow grooves on the face of the rotary ring which will cause hydrodynamic effect when seal faces start rotating， the hydrodynamic effect push the seal faces away from each other and keep non-contacting. For conventional dry gas seal， the medium will be pumped to the bottom of the hydrodynamic grooves when rotating， a stable balancing film will be established when the closed pressure produced by the gas pressure and the spring force is equal to the opening pressure of the gas film， it use the downstream pumping effect cause by the spiral pump to push the medium pass the seal faces and generate gas film to keep the seal face non-contacting. A small part of the high pressure medium will leak to the atmospheric side through the gas film and its hydrodynamic grooves enhance this process， the leakage gas medium are generally burned out， although the quantity of the leakage gas are few， but the total wastage is huge over long time operating. The upstream pumping groove dry gas seal introduced in this paper will solve the wastage medium problem of the conventional dry gas seal completely.
Keywords： upstream pumping； dry gas seal； medium gas； wastage
一、干氣密封的介绍
1、干气密封应用
由于化学工业的发展，各种大型化工厂、炼油厂的建立，离心压缩机就成为压缩和输送化工生产中各种气体的关键机器，而占有极其重要的地位。有些化工基础原料，如丙烯、乙烯、丁二烯、苯等，可加工成塑料、纤维、橡胶等重要化工产品。在生产这种基础原料的石油化工厂中，离心压缩机也占有重要地位，是关键设备之一。除此之外，其他如石油精炼，制冷等行业中，离心压缩机也是极为关键的设备。而干气密封是离心式压缩机轴封的最重要零配件之一。离心式压缩机和干气密封的结构如图1所示。
当离心式压缩机运转时，干气密封同步运转，来阻隔介质侧的工艺气向大气侧泄漏。当干气密封运转时，摩擦副之间需要气体润滑膜。介质侧的一组摩擦副的气膜是靠的工艺气体自身实现的，大气侧的一组摩擦副的气膜是靠氮气作为缓冲气实现的。如此阻隔工艺气向大气侧泄漏。在两组摩擦副之间收集起来的泄漏的气体排入火炬管线烧掉。大气侧泄漏的氮气直接排向大气。如图2所示。
2、干气密封原理
干气密封属于非接触式机械密封，原理如图3所示，干气密封的摩擦副即一组干气密封动、静环（图中3、5号件），其原理是在一组摩擦副的动环上，刻有一定形式的浅槽，在摩擦副相对转动后，浅槽产生动压效应，将摩擦副的接触面推开，达到非接触的效果。常规的干气密封，在动环上刻有动压槽，随着转动，介质气被向内泵送到动压槽的根部，向圆内侧泵送，槽根部以外的无槽区称为密封坝，密封坝对介质流动产生阻止、抑制作用，增加气膜压力，贴合表面间的压力使静环表面与动环脱离，保持一个很小的间隙，当由气体压力和弹簧力产生的闭合压力与气膜的开启压力相等时，便建立了稳定的平衡间隙。 间隙产生后，即利用螺旋泵效下游泵送，使介质气通过摩擦副而产生气膜，达到非接触密封的目的。介质侧的高压介质气会通过动、静环之间的间隙，漏向大气侧一小部分，并且动压槽的槽型方向也是将高压侧的介质推向大气侧，此泄漏部分可以通过调整密封参数来控制其泄漏量。各大化工厂将泄漏后的介质气基本都做烧掉处理，虽说浪费的介质不多，但长时间运行，存在浪费大量的介质气。
二、干气密封改型后论述
在化工产品生产过程中，有些介质气非常珍贵，例如丙烯、乙烯、氨气等气体，因干气密封的需要，长时间泄漏会带来较大的浪费而带来较大损失。本文以下介绍的内容是改变密封摩擦副，同样使摩擦副动、静环的密封面打开小间隙，形成稳定气膜，实现干气密封摩擦副非接触原理，并且还能降低介质气浪费，或让这种浪费降低到零。这样改变摩擦副以后，有益效果是解决了常规干气密封存在的泄漏介质气的问题，避免介质气或者工艺气浪费或大量消耗。
实现上述目的本文所采用的技术方案是，改变配对的动环和静环的本身结构。改变干气密封泵送方向，让介质侧的工艺气体再重新泵回介质侧内，这样可以使非接触机械密封达到工艺气零泄漏。
1、将动环的动压槽的槽型改为上游泵送。如图4所示。
2、静环的摩擦面上沿圆周方向开设有环槽，环槽与静环同轴，静环沿圆周均匀分布有与动环的动压槽对应的气孔，气孔贯穿静环且其一端穿过环槽与动压槽对应。如图5所示。
改后的动、静环配合使用，其状态如图6所示。设备停止状态，动环不旋转，密封内坝区起到密封作用。设备开启后，动环的使用旋向如图4所示，动压槽的槽型呈上游泵送趋势，介质由动压槽的槽根部引入后，推向远离圆心的动压槽的槽顶处，被泵送的介质流向与介质受到离心力方向相同；静环沿圆周均匀分布有与动环的动压槽对应的气孔，气孔贯穿静环，且其一端与动压槽的槽根部对应，通过气孔引气。
由于动环槽区的每一个动压槽都是独立不连续的，动环转动时动压槽会出现盲区吸不到气体，会出现短时负压，引起摩擦副之间气膜不稳定，导致摩擦副接触，使得干气密封失效，因此为保证每一个动压槽能时刻吸到气体，在静环摩擦面上沿圆周方向开设环槽，环槽与静环同轴，气孔一端穿过环槽，环槽与动压槽的槽根部对齐。
根据工况的不同，气孔的另一端可开设于静环的不同位置，当介质侧是气体，且介质侧不允许混入其他气体时，则气孔需开在静环的介质侧方位，也可开设于静环摩擦面的对面，或开设于静环的外周面，而当介质侧是液体或是介质侧是气体但允许混入其他氣体时，则气孔需开在静环的非介质侧方位，即静环的内周面，介质由静环气孔另一端引气到静环摩擦面的环槽部分，为动环提供气源，实现上游泵送。
介质气通过气孔、环槽，再由上游泵送泵入介质内，实现介质气在小范围内循环，介质流向图见图7所示。这样既满足了干气密封的气膜要求，又达到了零泄漏，不浪费介质气。利用此项技术，会给各大化工厂带来巨大经济效益。
以上所介绍的干气密封特点是，区别于传统的干气密封，通过简单结构改变，改变干气密封的泵送方向。有效避免介质的浪费或大量消耗，降低了化工企业的生产成本。
三、 结束语
此种改型后的干气密封经过实践证明，改后的干气密封结构经受住现场种种苛刻条件的考验，保证了密封能够长周期稳定地运转。并且为用户避免巨大的化工介质浪费。
作者简介：
王玉鹏（1981—），本科，工程师，从事流体机械密封研究、设计。
杨正宽（1982—），本科，工程师，从事合成橡胶后处理干燥设备研发、设计。
关键词：上游泵送；干气密封；介质气；消耗。
Wang Yupeng Yang Zhengkuan
（Dalian JiuTech Seals Co.，Ltd. ， Dalian Liaoning 116039， China）
（Dalian Tiansheng General Machinery Co.，Ltd. Dalian Liaoning 116025， China）
Abstract：Dry gas seal is a kind of non-contact mechanical seal， there are shallow grooves on the face of the rotary ring which will cause hydrodynamic effect when seal faces start rotating， the hydrodynamic effect push the seal faces away from each other and keep non-contacting. For conventional dry gas seal， the medium will be pumped to the bottom of the hydrodynamic grooves when rotating， a stable balancing film will be established when the closed pressure produced by the gas pressure and the spring force is equal to the opening pressure of the gas film， it use the downstream pumping effect cause by the spiral pump to push the medium pass the seal faces and generate gas film to keep the seal face non-contacting. A small part of the high pressure medium will leak to the atmospheric side through the gas film and its hydrodynamic grooves enhance this process， the leakage gas medium are generally burned out， although the quantity of the leakage gas are few， but the total wastage is huge over long time operating. The upstream pumping groove dry gas seal introduced in this paper will solve the wastage medium problem of the conventional dry gas seal completely.
Keywords： upstream pumping； dry gas seal； medium gas； wastage
一、干氣密封的介绍
1、干气密封应用
由于化学工业的发展，各种大型化工厂、炼油厂的建立，离心压缩机就成为压缩和输送化工生产中各种气体的关键机器，而占有极其重要的地位。有些化工基础原料，如丙烯、乙烯、丁二烯、苯等，可加工成塑料、纤维、橡胶等重要化工产品。在生产这种基础原料的石油化工厂中，离心压缩机也占有重要地位，是关键设备之一。除此之外，其他如石油精炼，制冷等行业中，离心压缩机也是极为关键的设备。而干气密封是离心式压缩机轴封的最重要零配件之一。离心式压缩机和干气密封的结构如图1所示。
当离心式压缩机运转时，干气密封同步运转，来阻隔介质侧的工艺气向大气侧泄漏。当干气密封运转时，摩擦副之间需要气体润滑膜。介质侧的一组摩擦副的气膜是靠的工艺气体自身实现的，大气侧的一组摩擦副的气膜是靠氮气作为缓冲气实现的。如此阻隔工艺气向大气侧泄漏。在两组摩擦副之间收集起来的泄漏的气体排入火炬管线烧掉。大气侧泄漏的氮气直接排向大气。如图2所示。
2、干气密封原理
干气密封属于非接触式机械密封，原理如图3所示，干气密封的摩擦副即一组干气密封动、静环（图中3、5号件），其原理是在一组摩擦副的动环上，刻有一定形式的浅槽，在摩擦副相对转动后，浅槽产生动压效应，将摩擦副的接触面推开，达到非接触的效果。常规的干气密封，在动环上刻有动压槽，随着转动，介质气被向内泵送到动压槽的根部，向圆内侧泵送，槽根部以外的无槽区称为密封坝，密封坝对介质流动产生阻止、抑制作用，增加气膜压力，贴合表面间的压力使静环表面与动环脱离，保持一个很小的间隙，当由气体压力和弹簧力产生的闭合压力与气膜的开启压力相等时，便建立了稳定的平衡间隙。 间隙产生后，即利用螺旋泵效下游泵送，使介质气通过摩擦副而产生气膜，达到非接触密封的目的。介质侧的高压介质气会通过动、静环之间的间隙，漏向大气侧一小部分，并且动压槽的槽型方向也是将高压侧的介质推向大气侧，此泄漏部分可以通过调整密封参数来控制其泄漏量。各大化工厂将泄漏后的介质气基本都做烧掉处理，虽说浪费的介质不多，但长时间运行，存在浪费大量的介质气。
二、干气密封改型后论述
在化工产品生产过程中，有些介质气非常珍贵，例如丙烯、乙烯、氨气等气体，因干气密封的需要，长时间泄漏会带来较大的浪费而带来较大损失。本文以下介绍的内容是改变密封摩擦副，同样使摩擦副动、静环的密封面打开小间隙，形成稳定气膜，实现干气密封摩擦副非接触原理，并且还能降低介质气浪费，或让这种浪费降低到零。这样改变摩擦副以后，有益效果是解决了常规干气密封存在的泄漏介质气的问题，避免介质气或者工艺气浪费或大量消耗。
实现上述目的本文所采用的技术方案是，改变配对的动环和静环的本身结构。改变干气密封泵送方向，让介质侧的工艺气体再重新泵回介质侧内，这样可以使非接触机械密封达到工艺气零泄漏。
1、将动环的动压槽的槽型改为上游泵送。如图4所示。
2、静环的摩擦面上沿圆周方向开设有环槽，环槽与静环同轴，静环沿圆周均匀分布有与动环的动压槽对应的气孔，气孔贯穿静环且其一端穿过环槽与动压槽对应。如图5所示。
改后的动、静环配合使用，其状态如图6所示。设备停止状态，动环不旋转，密封内坝区起到密封作用。设备开启后，动环的使用旋向如图4所示，动压槽的槽型呈上游泵送趋势，介质由动压槽的槽根部引入后，推向远离圆心的动压槽的槽顶处，被泵送的介质流向与介质受到离心力方向相同；静环沿圆周均匀分布有与动环的动压槽对应的气孔，气孔贯穿静环，且其一端与动压槽的槽根部对应，通过气孔引气。
由于动环槽区的每一个动压槽都是独立不连续的，动环转动时动压槽会出现盲区吸不到气体，会出现短时负压，引起摩擦副之间气膜不稳定，导致摩擦副接触，使得干气密封失效，因此为保证每一个动压槽能时刻吸到气体，在静环摩擦面上沿圆周方向开设环槽，环槽与静环同轴，气孔一端穿过环槽，环槽与动压槽的槽根部对齐。
根据工况的不同，气孔的另一端可开设于静环的不同位置，当介质侧是气体，且介质侧不允许混入其他气体时，则气孔需开在静环的介质侧方位，也可开设于静环摩擦面的对面，或开设于静环的外周面，而当介质侧是液体或是介质侧是气体但允许混入其他氣体时，则气孔需开在静环的非介质侧方位，即静环的内周面，介质由静环气孔另一端引气到静环摩擦面的环槽部分，为动环提供气源，实现上游泵送。
介质气通过气孔、环槽，再由上游泵送泵入介质内，实现介质气在小范围内循环，介质流向图见图7所示。这样既满足了干气密封的气膜要求，又达到了零泄漏，不浪费介质气。利用此项技术，会给各大化工厂带来巨大经济效益。
以上所介绍的干气密封特点是，区别于传统的干气密封，通过简单结构改变，改变干气密封的泵送方向。有效避免介质的浪费或大量消耗，降低了化工企业的生产成本。
三、 结束语
此种改型后的干气密封经过实践证明，改后的干气密封结构经受住现场种种苛刻条件的考验，保证了密封能够长周期稳定地运转。并且为用户避免巨大的化工介质浪费。
作者简介：
王玉鹏（1981—），本科，工程师，从事流体机械密封研究、设计。
杨正宽（1982—），本科，工程师，从事合成橡胶后处理干燥设备研发、设计。