泵用干氣密封的原理及主要特點

1.工作原理

泵用干氣密封是一種高性能、長壽命的新型密封型式，在結(jié)構(gòu)上它與普通機械密封顯著不同的是：動、靜環(huán)密封端面較寬；在動環(huán)或靜環(huán)端面上加工出特殊形狀的流體動壓槽，如螺旋槽，槽深一般在3-10pm之間。當動環(huán)高速旋轉(zhuǎn)時，動環(huán)或靜環(huán)端面上的螺旋槽將外徑處的高壓氣體向下泵入密封端面間，氣體由外徑向中心流動，而密封壩節(jié)制氣體流向中心，于是氣體被壓縮引起壓力升高，在槽根處形成高壓區(qū)。端面氣膜壓力形成形成開啟力，在密封穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，該開啟力與由作用在補償環(huán)背面的氣體壓力和彈簧力形成的閉合力平衡，密封保持非接觸、無磨損運轉(zhuǎn)，其氣膜厚度一般維持在2-3pm。如果出現(xiàn)某些擾動因素使密封間隙減小，引起開啟力減小，而閉合力不變，密封間隙將減小，密封將很快再次恢復平衡。干氣密封的這種抵抗氣膜間隙變化的能力稱之為氣膜剛度。雖然泵用干氣密封的氣膜間隙很小，但氣膜剛度很大，比液膜潤滑機械密封的膜剛度要大得多。

2.主要優(yōu)點

與傳統(tǒng)的接觸式機械密封相比，在離心泵中采用干氣密封有以下幾個方面的優(yōu)點：

（1）摩擦功耗低

由于干氣密封的兩密封端面被一薄層穩(wěn)定的氣膜所隔離而且密封腔內(nèi)為低粘度的氣體介質(zhì)，因此干氣密封的端面摩擦功耗和動環(huán)組件的攪拌摩擦損失要比液體潤滑的密封裝置的摩擦功耗小很多，一般兩者消耗的功率之比約為1：10-20.

（2）無磨損運轉(zhuǎn)、使用壽命長

對干氣密封，由于兩個相對旋轉(zhuǎn)的端面是非接觸的，在正常使用條件下，一般都可達到3年以上。

（3）無封液系統(tǒng)、能實現(xiàn)泵送介質(zhì)的零泄漏或零溢出

封液系統(tǒng)時常是復雜的和昂貴的，并存在不可避免的故障危險。泵送介質(zhì)的外泄漏和封液冷卻密封都依賴于封液系統(tǒng)的完善化。干氣密封避免了所有這些復雜因素，它利用干燥潔凈的氮氣源作為密封氣，很容易實現(xiàn)泵送介質(zhì)的零泄漏或零溢出，對泵送介質(zhì)沒有任何污染，而且系統(tǒng)比較簡單、可靠性非常高。

3、主要技術(shù)難點

與高速透平壓縮機用干氣密封相比，離心泵用干氣密封存在三個方面的難點：

（1）結(jié)構(gòu)尺寸受限制。離心泵填料箱徑向空間相對較小，特別是對一些老泵軸封的改造，問題就更顯突出。這樣，一般泵用干氣密封的密封面相對就比較窄，由于密封面必須包括起向下泵送作用的槽區(qū)和起密封作用的壩區(qū)兩部分，因此泵用干氣密封的端面結(jié)構(gòu)參數(shù)（包括流槽的幾何參數(shù)）的設(shè)計與透平壓縮機用干氣密封并不一樣，其難度更大。

（2）轉(zhuǎn)速低，動壓效應小。由于離心泵主軸轉(zhuǎn)速不高，為了盡可能提高密封在工作膜厚下的氣膜剛度以增強密封工作的可靠性，在端面槽型的選擇及其結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化上必須作特殊的考慮。

（3）性能價格比高。由于離心泵機器本身的價值相對于透平壓縮機而言要小很多，因此泵用干氣密封的價格相對于透平壓縮機用干氣密封而言就要低很多，這就要求其性能價格比必須非常高。因此在設(shè)計泵用干氣密封及其控制系統(tǒng)時，在保證密封和系統(tǒng)性能的前提下，還必須充分考慮其經(jīng)濟性，以便于泵用干氣密封的推廣應用，這就增加了密封和系統(tǒng)設(shè)計和生產(chǎn)的難度。