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摘要：简述干气密封的工作原
理及结构，分析干气密封的性能参数
关键词 干气密封；结构；工作原理；主要参数
【分类号】：TQ051.21
20世纪60年代末期 ，干气密封已发展起来 ，并成为一种全新的非接触式密封 。该密封利用流体动力学原理 ，通过在密封端面上开设动压槽而实现密封端面的非接触性运行，实现密封的“零磨损”，保证设备的长周期安全运行，2012年5月重油催化二车间对28台高危泵进行改造，其中6台使用干气密封，即Plan11+72+75方案。
1、干气密封的工作原理
干气密封与其它机械密封相比，干气密封在结构方面基本相同。其主要区别在于，干气密封的一个密封环上面加工有均匀分布的浅槽，干气密封能在非接触状态下运行就是靠这些浅槽在运转时产生的流体动压效应使密封面分开。干气密封端面的槽形主要分单旋向和双旋向两大类。单旋向槽型只可使用于单向旋转的转动设备，在要求的旋向下才可产生开启力，如反转则产生负的开启力而可能导致密封的损坏。但相对于双旋向的槽型，它可形成更大的开启力和气膜刚度，产生更高的稳定性而更可靠的防止端面接触。故在很低的转速下和较大的振动下也可使用，在目前也是使用的最多。
四川日机密封件有限公司通过对干气密封各种槽型的反复试验，对比研究，最终确认在同样的工作参数下，以螺旋线设计的槽型具有最大的气膜刚度的同时仅有较小的泄漏量。即具有最大的刚漏比。下面主要介绍这种槽型。图1所示是典型的干气密封螺旋槽端面的示意图。密封面上加工有一定数量的螺旋槽，其深度小于15微米。密封运转时，被密封气体周向吸入螺旋槽内，径向分量由外径朝中心（即低压侧）流动，而密封坝限制气体流向低压侧。气体随着螺旋槽截面形状的变化被压缩，在槽根部形成局部的高压区，使端面分开几微米而形成一定厚度的气膜。在此厚度气膜下，由气膜作用力形成的开启力与由弹簧力和介质作用力形成的闭合力达到平衡，于是密封实现非接触运转。干气密封的密封面间形成的气膜具有一定的正刚度，保证了密封运转的稳定性。为了获得必要的流体动压效应，动压槽必须开在高压侧。
图1
在正常情况下，密封的闭合力等于开启力。当受到外来干扰（如工艺或操作波动），气膜厚度变小，则气体的粘性剪力增大，螺旋槽产生的流体动压效应增强，促使气膜压力增大，开启力随之增大，为保持力平衡，密封自动恢复到原来的间隙；反之，密封受到干扰气膜厚度增大，则螺旋槽产生的动压效应减弱，气膜压力减小，开启力变小，密封也会恢复到原来的间隙。因此，只要在设计范围内，当外来干扰消除后，密封总能恢复到设计的工作间隙，即干气密封具有自我调节的功能而保证运行稳定可靠。衡量密封稳定性的主要指标就是密封产生气膜刚度的大小，气膜刚度是气膜作用力的变化与气膜厚度的变化之比，气膜刚度越大，表明密封的抗干扰力越强，密封运行越稳定。
2、干气密封的测控系统
干气密封的测控系统主要分为气体过滤，气体控制，泄漏监控。干气密封测控系统是为干气密封提供良好的运行环境，使密封运行在最佳設计状态；同时对干气密封的运行状况进行监测，一旦密封失效能及时报警，使操作人员能及时准确地作出判断。重油催化二车间的干气密封系统设有以下报警（如图）：
1、氮气来源压力≮0.1MPa
2、密封出口压力≯0.12MPa
3、收集罐液位高报。
3、影响干气密封的主要性能参数
干气密封的性能主要体现在密封运行的稳定性和密封泄漏量的矛盾上面，影响干气密封泄漏量的直接因素就是干气密封的气膜厚度，也就是干气密封运转时密封面间形成的工作间隙。影响干气密封性能的参数分为密封结构参数和密封操作参数。
3.1干气密封动压槽形状
从流体动力学角度来讲 ，在干气密封端面开任何形状的沟槽 ，都能产生动压效应。理论研究表明，螺旋槽产生的流体动压效应最强 ，用其作为干气密封动压槽而形成的气膜刚度最大，及干气密封的稳定性最好，重油催化二车间的相关机泵就是使用螺旋槽。
3.2干气密封动压槽深度
理论研究表明[1]，干气密封流体动压槽深度与气膜厚度为同一量级时密封的气膜刚度最大。实际应用中，干气密封的动压槽深度一般在3-10微米。在其余参数确定的情况下，动压槽深度有一最佳值。
3.3干气密封动压槽数量、动压槽宽度 、动压槽长度
理论研究表明，干气密封动压槽数量趋于无限时，动压效应最强。不过，当动压槽达到一定数量后，再增加槽数时，对干气密封性能影响已经很小。此外，干气密封动压槽宽度、动压槽长度对密封性能都有一定的影响。
4、操作参数对密封泄漏量的影响
4.1密封直径 ，转速对泄漏量的影响
密封直径越大 ，转速越高，密封环线速度越大，干气密封的泄漏量就越大。
4.2密封介质压力对泄漏量的影响
不难想象，在密封工作间隙一定的情况下，密封气压力越高，气体泄漏量越大。
4.3介质温度、介质粘度对泄漏量的影响
介质温度对密封泄漏量的影响是由于温度对介质粘度有影响而造成的。介质粘度增加，动压效应增强，气膜厚度增加 .但同时流经密封端面间隙的阻力增加。因此，其对密封泄漏量的影响不是很大 。
5、使用情况
5.1干气密封对氮气要求较高，要避免一切可能的污染，如带液、机械杂质、气体倒流、气体短路不经过过滤器等。
5.2由于冬季气温低，且部分设备安装在室外，易出现管线冻凝的情况。
5.3液化气出现泄漏时易产生冰晶，使密封面磨损。
参考文献：
[1]邢屹.干气密封在生产实践中应用分析[J].上海化工 ，2006 （6 ）：16 —19.
理及结构，分析干气密封的性能参数
关键词 干气密封；结构；工作原理；主要参数
【分类号】：TQ051.21
20世纪60年代末期 ，干气密封已发展起来 ，并成为一种全新的非接触式密封 。该密封利用流体动力学原理 ，通过在密封端面上开设动压槽而实现密封端面的非接触性运行，实现密封的“零磨损”，保证设备的长周期安全运行，2012年5月重油催化二车间对28台高危泵进行改造，其中6台使用干气密封，即Plan11+72+75方案。
1、干气密封的工作原理
干气密封与其它机械密封相比，干气密封在结构方面基本相同。其主要区别在于，干气密封的一个密封环上面加工有均匀分布的浅槽，干气密封能在非接触状态下运行就是靠这些浅槽在运转时产生的流体动压效应使密封面分开。干气密封端面的槽形主要分单旋向和双旋向两大类。单旋向槽型只可使用于单向旋转的转动设备，在要求的旋向下才可产生开启力，如反转则产生负的开启力而可能导致密封的损坏。但相对于双旋向的槽型，它可形成更大的开启力和气膜刚度，产生更高的稳定性而更可靠的防止端面接触。故在很低的转速下和较大的振动下也可使用，在目前也是使用的最多。
四川日机密封件有限公司通过对干气密封各种槽型的反复试验，对比研究，最终确认在同样的工作参数下，以螺旋线设计的槽型具有最大的气膜刚度的同时仅有较小的泄漏量。即具有最大的刚漏比。下面主要介绍这种槽型。图1所示是典型的干气密封螺旋槽端面的示意图。密封面上加工有一定数量的螺旋槽，其深度小于15微米。密封运转时，被密封气体周向吸入螺旋槽内，径向分量由外径朝中心（即低压侧）流动，而密封坝限制气体流向低压侧。气体随着螺旋槽截面形状的变化被压缩，在槽根部形成局部的高压区，使端面分开几微米而形成一定厚度的气膜。在此厚度气膜下，由气膜作用力形成的开启力与由弹簧力和介质作用力形成的闭合力达到平衡，于是密封实现非接触运转。干气密封的密封面间形成的气膜具有一定的正刚度，保证了密封运转的稳定性。为了获得必要的流体动压效应，动压槽必须开在高压侧。
图1
在正常情况下，密封的闭合力等于开启力。当受到外来干扰（如工艺或操作波动），气膜厚度变小，则气体的粘性剪力增大，螺旋槽产生的流体动压效应增强，促使气膜压力增大，开启力随之增大，为保持力平衡，密封自动恢复到原来的间隙；反之，密封受到干扰气膜厚度增大，则螺旋槽产生的动压效应减弱，气膜压力减小，开启力变小，密封也会恢复到原来的间隙。因此，只要在设计范围内，当外来干扰消除后，密封总能恢复到设计的工作间隙，即干气密封具有自我调节的功能而保证运行稳定可靠。衡量密封稳定性的主要指标就是密封产生气膜刚度的大小，气膜刚度是气膜作用力的变化与气膜厚度的变化之比，气膜刚度越大，表明密封的抗干扰力越强，密封运行越稳定。
2、干气密封的测控系统
干气密封的测控系统主要分为气体过滤，气体控制，泄漏监控。干气密封测控系统是为干气密封提供良好的运行环境，使密封运行在最佳設计状态；同时对干气密封的运行状况进行监测，一旦密封失效能及时报警，使操作人员能及时准确地作出判断。重油催化二车间的干气密封系统设有以下报警（如图）：
1、氮气来源压力≮0.1MPa
2、密封出口压力≯0.12MPa
3、收集罐液位高报。
3、影响干气密封的主要性能参数
干气密封的性能主要体现在密封运行的稳定性和密封泄漏量的矛盾上面，影响干气密封泄漏量的直接因素就是干气密封的气膜厚度，也就是干气密封运转时密封面间形成的工作间隙。影响干气密封性能的参数分为密封结构参数和密封操作参数。
3.1干气密封动压槽形状
从流体动力学角度来讲 ，在干气密封端面开任何形状的沟槽 ，都能产生动压效应。理论研究表明，螺旋槽产生的流体动压效应最强 ，用其作为干气密封动压槽而形成的气膜刚度最大，及干气密封的稳定性最好，重油催化二车间的相关机泵就是使用螺旋槽。
3.2干气密封动压槽深度
理论研究表明[1]，干气密封流体动压槽深度与气膜厚度为同一量级时密封的气膜刚度最大。实际应用中，干气密封的动压槽深度一般在3-10微米。在其余参数确定的情况下，动压槽深度有一最佳值。
3.3干气密封动压槽数量、动压槽宽度 、动压槽长度
理论研究表明，干气密封动压槽数量趋于无限时，动压效应最强。不过，当动压槽达到一定数量后，再增加槽数时，对干气密封性能影响已经很小。此外，干气密封动压槽宽度、动压槽长度对密封性能都有一定的影响。
4、操作参数对密封泄漏量的影响
4.1密封直径 ，转速对泄漏量的影响
密封直径越大 ，转速越高，密封环线速度越大，干气密封的泄漏量就越大。
4.2密封介质压力对泄漏量的影响
不难想象，在密封工作间隙一定的情况下，密封气压力越高，气体泄漏量越大。
4.3介质温度、介质粘度对泄漏量的影响
介质温度对密封泄漏量的影响是由于温度对介质粘度有影响而造成的。介质粘度增加，动压效应增强，气膜厚度增加 .但同时流经密封端面间隙的阻力增加。因此，其对密封泄漏量的影响不是很大 。
5、使用情况
5.1干气密封对氮气要求较高，要避免一切可能的污染，如带液、机械杂质、气体倒流、气体短路不经过过滤器等。
5.2由于冬季气温低，且部分设备安装在室外，易出现管线冻凝的情况。
5.3液化气出现泄漏时易产生冰晶，使密封面磨损。
参考文献：
[1]邢屹.干气密封在生产实践中应用分析[J].上海化工 ，2006 （6 ）：16 —19.