1)迷宮密封
迷宮密封目前是離心壓縮機(jī)用得較為普遍的密封裝置,用于壓縮機(jī)的外密封和內(nèi)密封。迷宮密封的氣體流動(dòng),當(dāng)氣體流過梳齒形迷宮密封片的間隙時(shí),氣體經(jīng)歷了一個(gè)膨脹過程,壓力從P1降至右端的P2,這種膨脹過程是逐步完成的,當(dāng)氣體從密封片的間隙進(jìn)入密封腔時(shí),由于截面積的突然擴(kuò)大,氣流形成很強(qiáng)的旋渦,使得速度幾乎完全消失,密封面兩側(cè)的氣體存在著壓差,密封腔內(nèi)的壓力和間隙處的壓力一樣,按照氣體膨脹的規(guī)律來看,隨著氣體壓力的下降,速度應(yīng)該增加,溫度應(yīng)該下降,但是由于氣體在狹小縫隙內(nèi)的流動(dòng)是屬于節(jié)流性質(zhì)的,此時(shí)氣體由于壓降而獲得的動(dòng)能在密封腔中完全損失掉,而轉(zhuǎn)化為無用的熱能,這部分熱能轉(zhuǎn)過來又加熱氣體,從而使得瞬間剛剛隨著壓力降落下去的溫度又上升起來,恢復(fù)到壓力沒有降低時(shí)的溫度,氣流經(jīng)過隨后的每一個(gè)密封片和空腔就重復(fù)一次上面的過程,一直到壓力P2為止。由此可見迷宮密封是利用節(jié)流原理,當(dāng)氣體每經(jīng)過一個(gè)齒片,壓力就有一次下降,經(jīng)過一定數(shù)量的齒片后就有較大的壓降,實(shí)質(zhì)上迷宮密封就是給氣體的流動(dòng)以壓差阻力,從而減小氣體的通過量。
離心壓縮機(jī)常用的迷宮密封用的較多的有以下幾種:平滑形.、曲折形、曲折形、迷宮密封、階梯形。
由于迷宮密封仍存在一定的泄漏量,因此在密封易燃、易爆或有毒氣體時(shí),采用充氣式迷宮密封,間隙內(nèi)引入惰性氣體,其壓力稍大于被密封氣體壓力,防止泄漏介質(zhì)進(jìn)入大氣對(duì)環(huán)境造成危害。如果介質(zhì)不允許混入充氣,則可采用抽氣式迷宮密封,將泄漏出的氣體引至固定的地方再加以后期處理。
2) 浮環(huán)密封(油膜密封)
靠高壓側(cè)的環(huán)叫高壓環(huán),低壓側(cè)的環(huán)叫低壓環(huán),這些環(huán)可以自由沿徑向浮動(dòng),但不能轉(zhuǎn)動(dòng),密封油壓力通常比工藝氣壓力高0.5Kg/cm2 左右進(jìn)入密封室,一路經(jīng)高壓環(huán)和軸之間的間隙流向高壓側(cè),在間隙中形成油膜,將高壓氣封住,另一路則由低壓環(huán)與軸之間的間隙流出,回到油箱,通常低壓環(huán)有好幾只,從而達(dá)到密封的目的。
浮環(huán)密封用鋼制成,端面鍍錫青銅,環(huán)的內(nèi)側(cè)澆有巴氏合金,以防軸與油環(huán)的短時(shí)間的接觸,巴氏合金作為耐磨材料。浮環(huán)密封可以做到完全不泄露,被廣泛地用作壓縮機(jī)的軸封裝置。
浮環(huán)密封有以下主要優(yōu)點(diǎn):
1) 屬于非接觸式密封, 壽命長, 可靠性高;
2) 對(duì)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)并不敏感,有穩(wěn)定密封性能;
3) 密封件不產(chǎn)生磨損,密封可靠,維護(hù)簡單、檢修方便;
4) 密封件材料為金屬,耐高溫;
5) 浮環(huán)可以多個(gè)并列使用,組成多層浮動(dòng)環(huán),能有效的密封10MPa以上的高壓;
6) 能用于10 000~20 000r/min的高速旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械,尤其適用于氣體壓縮機(jī),其許用速度高達(dá)100m/s以上,這是其他密封所不能比擬的;
7) 采用耐腐蝕金屬材料或里襯耐腐蝕的非金屬材料(如石墨)作浮動(dòng)環(huán),可以用于強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的密封;
8) 因密封間隙中是液膜,所以摩擦損失功率極小,使機(jī)器有較高的效率。
浮環(huán)密封的注意事項(xiàng):
1) 內(nèi)泄漏仍然較大, 回收處理內(nèi)泄漏油(污油)的設(shè)備比較復(fù)雜龐大, 包括油氣分離器、脫氣槽及控制系統(tǒng),特別是當(dāng)內(nèi)泄漏過大和該系統(tǒng)失靈時(shí)便存在密封油污染工藝回路的危險(xiǎn), 其結(jié)果是降低產(chǎn)品質(zhì)量, 甚至毒化催化劑, 直至造成裝置停機(jī)。為了克服這一缺點(diǎn), 浮環(huán)密封本身也在向減少內(nèi)泄漏的方向發(fā)展,例如采用帶泵吸效應(yīng)的內(nèi)浮環(huán);
2) 浮環(huán)密封的油氣壓差很小, 控制系統(tǒng)復(fù)雜。浮環(huán)密封輔助系統(tǒng)的投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于密封本身的投資;
3) 密封件的制造精度要求高,環(huán)的不同心度、端面的不垂直度和表面粗糙度對(duì)密封性能有明顯的影響。
介于浮環(huán)密封的缺點(diǎn),在應(yīng)用上根據(jù)介質(zhì)情況將密封油改為空氣或惰性氣體密封,稱為干式浮環(huán)密封。將浮環(huán)材質(zhì)由金屬改為石墨,又叫做碳環(huán)密封。在碳環(huán)的外圓加工凹槽,放置環(huán)形彈簧,給碳環(huán)施加徑向力,由于石墨屬于自潤滑材料,給碳環(huán)增加了自補(bǔ)償能力,保證了密封的可靠性,在高壓離心式空氣壓縮機(jī)組上得到了廣泛的應(yīng)用。
3) 機(jī)械密封
機(jī)械密封裝置有時(shí)用于小型離心壓縮機(jī)軸封上,壓縮機(jī)用的機(jī)械密封與一般泵用的機(jī)械密封的不同點(diǎn),主要是轉(zhuǎn)速高,線速度大,PV值高,摩擦熱大和動(dòng)平衡要求高等。因此,在結(jié)構(gòu)上一般將彈簧及其加荷裝置設(shè)計(jì)成靜止式而且轉(zhuǎn)動(dòng)零件的幾何形狀力求對(duì)稱,傳動(dòng)方式不用銷子、鏈等,以減少不平衡質(zhì)量所引起的離心力的影響,同時(shí)從摩擦件和端面比壓來看,盡可能采取雙端面部分平衡型,其端面寬度要小,摩擦副材料的摩擦系數(shù)低,同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)冷卻和潤滑,以便迅速導(dǎo)出密封面的摩擦熱。
1) 克服了浮環(huán)密封內(nèi)泄漏量過大和輔助系統(tǒng)復(fù)雜兩大缺點(diǎn);
2) 在技術(shù)上已經(jīng)成熟到其壽命和可靠性并不亞于浮環(huán)密封的程度。與浮環(huán)密封相比, 泄漏量大幅降低,不僅減少了密封油污染工藝回路的危險(xiǎn)性, 而且污油回收設(shè)備的質(zhì)量和占地面積均減小了。其次, 這類密封的油氣壓差由浮環(huán)密封的0.05 MPa提高0.15~0.30MPa,控制的安全可靠性提高, 系統(tǒng)也變得簡單一些。這類密封與浮環(huán)密封相比, 密封本體投資加大, 系統(tǒng)投資減少, 設(shè)備總投資相差不多, 但更加安全可靠運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用有所降低。
4)干氣密封
螺旋槽面干氣密封。它由動(dòng)環(huán)1、靜環(huán)2、彈簧4、O形環(huán)3、5、8,組裝套7及軸6組成。Ru
如圖所示為動(dòng)環(huán)表面精加工出螺紋槽而后研磨、拋光的密封面。一般來講螺旋槽深度約2.5~10μm,密封環(huán)表面平行度要求很高,需小于1μm,螺旋槽形狀近似對(duì)數(shù)螺旋線。
當(dāng)動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)將密封用的氮?dú)庵芟蛭肼菪蹆?nèi),由外徑朝向中心,徑向方向朝著密封堰流動(dòng),而密封堰起著阻擋氣體流向中心的作用,于是氣體被壓縮引起壓力升高,此氣體膜層壓力企圖推開密封, 形成要求的氣膜。此平衡間隙或膜厚h典型值為3μm。這樣,被密封氣體壓力和彈簧力與氣體膜層壓力配合好,使氣膜具有良好的彈性既氣膜剛度高,形成穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)并防止密封面相互接觸,同時(shí)具有良好剛度的氮?dú)饽た捎行У淖柚贡唤橘|(zhì)的泄漏。
干氣密封作用力情況正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下該密封的閉合力(彈簧和氣體作用力)等于開啟力(氣膜作用力),當(dāng)受到外力干擾,間隙減小,則氣體剪切率增大,螺旋槽開啟間隙的效能增加,開啟力大于閉合力,恢復(fù)到原間隙,若受到外擾間隙增大,則間隙內(nèi)膜壓下降,開啟力小于閉合力,密封面合攏恢復(fù)到原間隙 。
干氣密封實(shí)質(zhì)上是一對(duì)機(jī)械密封,它和機(jī)械密封在結(jié)構(gòu)上并無太大區(qū)別,也由動(dòng)環(huán)、靜環(huán)及彈簧等組成,不同之處在于其動(dòng)環(huán)表面開有氣體動(dòng)壓槽(見圖8),它是流體通過動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的徑向接合面上的唯一通路實(shí)現(xiàn)密封。密封表面被研磨得非常光滑,轉(zhuǎn)動(dòng)的硬質(zhì)合金環(huán)在其旋轉(zhuǎn)的平面上加工出一系列螺旋槽,隨著旋轉(zhuǎn),流體被泵入螺旋槽的根部,在此環(huán)形面形成密封的屏障,此密封屏障阻止流動(dòng),并增高壓力,使動(dòng)環(huán)和靜環(huán)表面之間產(chǎn)生大約3μm的間隙,此結(jié)果使得兩個(gè)表面保持分離而不接觸。延長使用壽命,在工作面沒有磨損的情況下,形成可靠密封。干氣密封的應(yīng)用為壓縮機(jī)組的可靠性和高效率提供了保證。現(xiàn)場運(yùn)行的許多裂解氣壓縮機(jī)和制冷壓縮機(jī)安裝的都是干氣密封。