泵用(yòng)干气密封的原理及主要特点
1.工作原理
泵用干气密封是一种高(gāo)性(xìng)能、长寿(shòu)命的新型密封型式,在结构上它与普通机械密(mì)封显著不同的是:动、静环密封端(duān)面(miàn)较宽;在动环或静环端面上加(jiā)工出特殊形状的流体动压槽(cáo),如螺旋槽(cáo),槽深(shēn)一般在3-10pm之间。当动环(huán)高速旋转时,动环或静环端面上的螺旋槽将外径处(chù)的高压气体向下泵入密封端面间,气体由外径向中心流动,而密(mì)封坝节制气体(tǐ)流向中心,于(yú)是气体(tǐ)被压(yā)缩引起压力升高,在槽(cáo)根处形成高压区(qū)。端面气膜压力(lì)形成形成开启力,在密封稳定运转时,该开启力与由作用在(zài)补偿环背面的气体压力和弹簧力形成的闭(bì)合力平衡,密封保持非接触、无磨损运转,其气膜厚度一般(bān)维持在2-3pm。如果出(chū)现某些扰(rǎo)动因素(sù)使密封间隙减小,引起开启力减小,而(ér)闭合力(lì)不变,密封间隙将减小,密封将很快(kuài)再次恢复平(píng)衡。干气密封的这种(zhǒng)抵抗气膜间(jiān)隙变化的能力称(chēng)之为气膜刚度。虽然泵用干气密封的气膜间隙很小,但气膜刚(gāng)度很大,比液膜润滑机械密封(fēng)的膜刚度要大得多。
2.主(zhǔ)要优点
与传统的接触式机械(xiè)密封相比,在离心泵中采用干气密封有以(yǐ)下几个方面的优点:
(1)摩擦功(gōng)耗低
由于干气(qì)密封的两密封端面被一薄层稳定的气膜所隔离而且密封腔内为低粘度的气体介质,因此干气密封(fēng)的端面摩擦功耗和动环组件的搅拌摩擦损失要比液体(tǐ)润滑的密封装置的摩擦功耗小很多,一般(bān)两者消耗的功率之比约为1:10-20.
(2)无磨损运(yùn)转、使用寿(shòu)命长
对干气密封,由于两个相对旋转的端面(miàn)是非接触的,在(zài)正常使用条件下,一般都可达(dá)到(dào)3年以上。
(3)无封液系统、能实现泵送介质的零泄漏或(huò)零溢出(chū)
封液系统时常是复杂的和昂贵的,并存(cún)在不可避免的故障危险。泵送介质的外(wài)泄漏和封液冷却密(mì)封都依赖于封液系统的完善化。干气密封避免了所有(yǒu)这些复杂因素(sù),它利用干燥洁(jié)净的氮气(qì)源作为密封(fēng)气,很容易实现泵送介(jiè)质(zhì)的零泄漏(lòu)或零溢出,对泵送介质没有任何污染(rǎn),而且系统比较简单、可靠(kào)性非(fēi)常高。
3、主要技术难点
与高速透平压缩机用干气(qì)密封相(xiàng)比,离心泵用干气密封存在三个方(fāng)面的难点(diǎn):
(1)结构尺寸受限制(zhì)。离心泵填料(liào)箱径向空间(jiān)相对较小,特别(bié)是(shì)对一些老泵轴封的改造,问题(tí)就更显突出。这(zhè)样,一般(bān)泵(bèng)用干气密封的密封面相对就比较窄,由于密封面必须包括起向下泵(bèng)送作用的槽区和起密封作用的坝区两部分,因此泵用干气(qì)密封的端面结构参数(包括流槽的几何参数)的设(shè)计与透平压缩机(jī)用干气密(mì)封并不一样,其难度更(gèng)大。
(2)转速低,动压效应小。由于离心泵主轴转速不(bú)高,为了尽(jìn)可能提高密封(fēng)在工作膜厚下的气膜刚度以增强密封工作的可靠性,在端面槽型的选择及其结构参数的优化上必须作(zuò)特殊的考虑。
(3)性能价格比高。由于离心泵机器本身的价值相对于透平压(yā)缩机而言要小很多,因此泵用干气密封的价格相对于透平(píng)压缩机用干气密封而言就要低很多,这就要求其性(xìng)能价格比必须非常(cháng)高。因此(cǐ)在设计(jì)泵用干(gàn)气密封及其控制系统时,在保证密(mì)封(fēng)和系统性能的前提下,还必须充分考虑其经济性,以便于(yú)泵用干气密封(fēng)的推广应用,这(zhè)就增加(jiā)了(le)密封(fēng)和系统设计和生产(chǎn)的难度。