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透平压缩机干气密封基本原理 杨惠霞博士 总经理／总工程师 天津赛锐特密封技术有限公司 2009年9月16日 气体压缩机密封 干气密封的定义及特点 干气密封典型结构 干气密封材料 旋转环 －碳化钨 / 碳化硅 静止环 －碳石墨/ 碳化硅+碳/碳化硅+DLC 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 静环材料（Primary Ring） 碳石墨 浸金属 浸树脂 (如强腐蚀性介质) 碳化硅+碳/碳化硅+DLC (如超高压) 干气密封材料 动环材料（Mating Ring） 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 – 超高压 干气密封材料 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 气膜刚度 - 单向槽 v 双向槽 软件计算 －气膜厚度 单向槽：圆弧槽、螺旋槽、V形槽 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、T、双L 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，抗外界扰动能力 较弱。 推荐：优先采用单向槽，特殊情况双向槽。 工作原理 30 非接触密封的热量平衡 干气密封综合性能分析软件 -功能 SC01系列干气密封特点 允许最大轴向窜量通常为+ 3.0mm 允许最大径向跳动通常为+ 1.0mm 能在全压下启 / 停 密封开启压力 @n=0 RPM, 约 10 BarG 密封开启速度 △p=0, 约0.6 m/s（以轴径计算） 密封反转 －没有损伤的短时间反转可接受，但应避免 －可使用双向密封设计 密封反压 －不被推荐 密封液体污染 －少量液体污染可以接受，但应避免 低速盘车 －不影响密封性 振动 －密封可承受API617振动公差要求 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 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 减少新机器的成本 集装式设计易安装，保护关键密封组件 技术、创新、服务 * 此文件的知识产权为天津赛锐特公司所有，未经赛锐特公司书面许可，其内容不得被复制或泄漏 一台典型的透平压缩机包含两个介于轴承之间的集装式干气密封。 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、低功耗、长寿命、高可靠性、低运行维护费用。 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。 干气密封典型结构及材料 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。 干气密封的工作原理 圆弧槽 John Crane V形槽 U形槽 T形槽 Burgmann Flowserve 螺旋槽 枞树形槽 旋向 气体向中心泵送 气体受压，压力升高，产生间隙 密封坝 圆弧槽泵送原理 旋向 气体向中心泵送 气体受压，压力升高，产生间隙 密封坝 双向槽泵送原理 最初双向螺旋槽 单向螺旋槽 Speed = 14,500 rpm 168.3mm O/B Seal 改进型 双向螺旋槽 最初的双向螺旋槽 单向螺旋槽 168.3mm 密封直径 列雷台阶 改进型双向螺旋槽 单向槽与双向槽的比较 正常间隙 间隙增大 间隙减小 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。 20 10 0 1 2 3 4 5 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 0 .1 .2 .3 .4 .5 .6 .7 .8 .9 W 0 1 2 3 4 5 6 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 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 干气密封主要特征 －SC01 *