压缩机不同轴密封机构的分析

　　对于气体压缩机，密封是一个重要的组成部份，特别是用于石油、化工装置的工艺气体压缩机，密封显得更加重要。因为密封的好坏，与压缩机的运行效率、安全性能、环保要求息息相关。

　　两个装置分别开工于1995年和2003年。循环氢压缩机同为产自日本某株式会社的双螺杆压缩机，型号分别为： KS63LAZ和KS63LNZ.其工作原理相同，但考察其分别选用的密封结构，两者却有很大的不同。

　　1甲装置压缩机的轴密封机构甲装置KS63LAZ机组采用的是传统的碳环密封（迷宫密封） +浮环密封，这是一种用于气体压缩机常见的密封形式。其前置密封为碳环密封（一种类似于迷宫密封的结构，泄漏量要小于典型迷宫） ，后置密封为浮环密封。

　　1 1典型的迷宫密封结构，碳环密封如迷宫密封是在转轴沿轴的方向依次排列若干个环形密封齿或密封圈，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏目的。所谓节流效应，是流体通过迷宫时，水力磨阻效应、流束收缩效应、热力学效应（气体在迷宫因压缩或膨胀而产生的热转换）、透气效应的综合。迷宫的结构正是利用了这些效应减少了内外气体的压差而达到封堵气体的目的。

　　1 2后置密封为浮环密封，其基本结构如浮环密封属于流阻型非接触式动密封，是依靠密封间隙内形成的油膜而产生的流体阻力效应而达到阻漏目的。由于存在间隙，避免了固体摩擦。浮环由内外两环组成。内环即被密封气体侧浮环，外

　　环即大气侧浮环。轴（轴套）与浮环间留有微小间隙。由于存在间隙，避免了轴（轴套）与浮环的固体摩擦，密封油由内外环之间注入。由于注入的密封油比被密封气体压力稍高，因此能在轴与浮环间形成压力油膜，靠油膜来阻塞气体向外泄漏。因内环的密封油与工艺气体接触，故密封油在返回主油箱前要经过脱气系统将工艺气体与密封油分离；而28

　　对于外环，密封油与缓冲气接触（缓冲气一般为惰性气体），可直接返回主油箱。若缓冲气也为工艺气体，则同样要经过脱气后方可返回。

　　1 3密封检修、检查时应注意的方面在检修时，要注意检查迷宫密封中碳环有否磨损；测量浮环与轴（轴套）的间隙，间隙增大，不仅增加泄漏量，还可能会引起油膜失稳而振荡，成为压缩机不稳定振动的激励源；弹簧的刚度是否一致；密封油进出通道的清洁畅通与否。

　　2乙装置压缩机的密封结构乙装置KS63LNZ压缩机轴密封为迷宫密封+干气密封。前置密封为碳环密封，后置密封为干气密封。迷宫（碳环）密封的结构原理同上。

　　2 1干气密封的特点干气密封的全称是干运转非接触式气体密封，是基于机械密封及螺旋槽止推轴承原理开发的一种新型非接触式密封。

　　机械密封是依靠动静环密封面来达到对介质的封堵。动静环摩擦面的*佳工作状态为半液工况，即密封面半干半湿、将漏不漏的状况为*佳。

　　因为液体介质均有一定的润滑性，故在动静环查对旋转时在密封面中的液膜形成可以对密封摩擦面起到润滑保护作用，延长动静环的使用寿命。而对于气体介质，其润滑性很差，传统的机械密封将因为密封面的干磨而很快失效。故传统的机械密封大多用于封堵液体介质。

　　干气密封设计者用各种手段令密封面完全分离，并保持稳定工作状态。干气密封旋转环旋转时，由于密封堰的节流作用，进入密封面气体被压缩，气体压力升高。在该压力作用下，密封面被推开，流动的气体在两个密封面形成一层很薄的气膜，气膜厚度通常在3 m左右。由于是摩擦副非接触运行，因此其基本不受PV值的限制。其优点为：密封使用寿命长，运行稳定可靠；密封功率消耗小；与其它密封相比，气体泄漏量小；可实现介质的零逸出，是一种环保型密封。

　　2 2 KS63LNZ机组干气密封的结构如乙装置压缩机干气密封采用外部供气使密封面完全稳定分离的密封结构，串联式排列，即沿轴向同时布置两套同样的密封，并且方向一致。通常将靠迷宫的称一级密封，靠大气的称二级密封。静环用石墨制成，沿圆周及摩擦面上开了若干个小孔，圆周上的小孔为缓冲气的进气口，摩擦面上的小孔为缓冲气的出气口，每个进出气口形成了一一对应的气体通道。当引入缓冲气时，缓冲气的压力克服了静环弹簧的弹力将动静环贴合面分离，这样使动静环实现了非接触的工作状态。形成的气膜厚度大约为3 5 m，当缓冲气压力稳定时，其气膜厚度将保持不变。

　　当动静环贴合面紧贴时，被密封介质将完全不漏。当贴合面分离时，介质就会有泄漏。干气密封

　　正是以控制微小分离间隙，以微小的气体泄漏的代价来达到密封低摩擦、低消耗功率、长周期运行。

　　2 3干气密封的控制系统组成气体泄漏量控制是干气密封的一个*重要的方面。因此干气密封的控制系统是一个重要组成部分，其主要由密封缓冲气过滤单元和密封缓冲气泄漏量监测单元组成。

　　2 3 1过滤单元因为密封面间形成的气膜厚度仅为3 5 m，当缓冲气中含有大于该粒度的固体颗粒会对密封面产生损坏，影响密封使用寿命。过滤系统中高精度的过滤器来保障缓冲气的清洁。

　　2 3 2密封缓冲气监测单元缓冲气引入密封腔后分两路，分别进入一级密封和二级密封。一级密封缓冲气的出口为压缩机入口和火炬排放管线；二级密封的缓冲气仅向火炬排放。通过监控缓冲气的流量表来监控密封的运行状态。该机组流量表共有4台，分别为FIT111A（出口端二级密封） ， FIT 111B （进口端二级密封） ，FIT112A （出口端一级密封），FIT112B （进口端一级密封）。正常运行时FIT111A、FIT 111B量小于15 Nm 3 /H， FIT112A、FIT112B量小于20 Nm 3 / H.若超过此量，说明干气密封的泄漏量增大，有故障的存在。

　　3浮环密封和干气密封特点（1）浮环密封的优点是结构简单，技术成熟，无接触，不会因摩擦产生大量的热量；缺点是机组必须要有复杂的密封油控制系统和脱气系统，高速时泄漏量大。同时浮环间隙在设计时不易控制（油膜机理至今还在不断发展之中） ，易造成自动对中性能不好及产生油膜振荡。浮环的泄漏量及工作状态不易监控。

　　（2）干气密封结构较浮环复杂，加工精度要求高。优点是动静环无接触不磨损，寿命极大地延长，平时不需要维护；主密封（一级密封）泄漏的工艺介质随缓冲气排入火炬，保证工艺气不向大气泄漏，是一种环保密封；一级密封失效后，二级密封能起到主密封的作用，防止工艺气大量泄漏；密封消耗的功率小，仅为接触式密封的5%左右，也低于浮环密封（气膜磨擦阻力远低于液膜磨擦阻力）；密封辅助系统简单，监控工作状态直观。

　　因此，干气密封随着技术日渐成熟，将会成为气体密封的主要方向。