干气密封技术研究现状及发展趋势

干气密封技术研究现状及发展趋势

杨文霞

伊犁新天煤化工有限责任公司 新疆伊犁 835000

摘要：气密封作为一种非接触式密封是目前密封技术研究的热点，其极限速度高，密封性能好，寿命长，不需密封油系统，功率消耗少，操作简单及运行维护费用低。干气密封作为不需任何密封端面冷却和润滑用油的无维修密封系统，正取代浮环密封和迷宫密封而成为石化行业高速离心压缩机轴封的主流。

关键词：干气密封技术；研究现状；发展趋势

经过近多年的使用证明，干气密封无疑是密封发展史上最成熟、最先进的密封技术，具有较强的抗干扰能力，运行可靠，操作简便。我公司目前还有一些机组未使用干气密封，如能在炼化内部进行广泛的推广，将会使我公司的机组运行管理水平上一个大档次，并产生较大的规模效益. 据了解，国内富气压缩机大多采用双端面干气密封，其区别在于把阻塞气体与进入端面的气体分开，这无疑对保证密封使用寿命是有益的，但需要系统的相应改进，有待进一步研究。

1 干气密封工艺的工作原理

1.1原理分析

密封工艺虽然不是现代工业中领先的技术构成，但往往发挥着关键性作用，如在航天航空、军事国防、核能等高科技应用领域，以及化工、石油、煤炭等国民支柱产业中，密封工艺的落后会造成整体技术性的功能滞后。

单纯地就轴端密封技术而言，我国经历了迷宫密封、浮环密封、机械密封和干气密封几个重要阶段，其中干气密封的优势明显强于其他密封形式。

从工作原理角度分析，干气密封工艺其实是一种润滑性气膜流体的动静压力结合形式、非接触式机械密封与气体阻塞密封的结合。在构成上包括外环(动环)、静环、0形环、弹簧、转轴、组装套等，工作频度较高的是动环和静环，通过在端面上的均匀分布浅槽配合。

以较为常见的螺旋槽面干气密封工艺为例，当密封部分发生旋转时，密封气体被吸入到螺旋槽内，径向分量从外径向中间流动，随即密封坝开始限制气流向低压侧运动，整个旋转槽面被压缩；而在干气密封轴承端的槽根部位，此时形成了高压局部区，在气膜产生的开启力和弹簧、介质之间达到闭合力平衡，从而形成非接触型密封运转。

1.2结构分析

干气密封结构设计取决于气体的组成成分，也受到气体压力、工艺情况和生产环境的影响，尤其对工业生产中的副产品和废弃物有较多的限制要求。按照我国当前普遍采用的干气

密封形式，主要有三种类型，分别是单端面密封结构、双端面密封结构和串联式密封结构。

其中，单端面密封结构也被称之为单级密封，广泛地应用在各类压缩机中，如空气、氮气、二氧化碳等，具有很高的稳定性，一些小型化工企业内部使用较为合适，对于危险性较小的副产品气体允许有一定的泄露。

双端面密封结构要求选择压力较高的缓冲介质，或者生产中缓冲气体带有危害性，应该考虑使用这种设计。压缩机在真空环境的运转中采用双端面密封工艺可以提供性能可靠的密封系统，确保有毒气体、易燃易爆气体的不外泄。串联式密封结构应用十分普遍，较为经济适用，操作工序也十分简单，其一般形式是采用多个干起密封端体首尾相连，分级承担密封负载。这种形式没有一定的应用标准，可以根据具体工业生产需求来设计规模。但通常情况下会采用两级划分的格局，第一级用来承受全部压力和负载，第二级作为备用部分，确保不会向大气中泄露。

2 干气密封技术研究现状

2.1基础研究工作薄弱

国内在干气密封的理论研究方面尚较薄弱，投入的资源也较缺乏。仅在一些大学（如中国石油大学、北京化工大学、华东理工大学、兰州理工大学等）和少数研究所（合肥通用机械研究所等）开展了研究课题，进行专题研究。而国外密封产品制造企业则是有专项资金拨出、设立专项研究所或以与大学长年合作的方式，开展专题研究工作。另外，我国相关技术研究人员与国外的交流少，参加国际密封的学术会议人员少、高水平论文少、申报专利数量少，以及缺乏超前开发意识。

2.2产品结构陈旧、加工水平落后、缺乏创新改造

我国许多密封结构仍在沿用国外20世纪50年代的结构，在很多方面都不能达到需求，应在这方面加快发展，多给予研究。目前，生产条件和加工工艺水平的落后是制约我国密封产品发展的“瓶颈”。沟槽的加工是制造密封结构的关键技术，虽然激光加工技术已被大多数研究人员认可，但如何降低其加工成本以及如何形成通用的高精度自动加工系统是急需解决的问题。

2.3高参数密封可靠性较差

据不完全统计，在炼油企业中（多为高温或高压密封），导致叶片泵非计划维修的主要原因是密封设备的失效。在化工企业，密封设备的平均装机寿命大约也只有5.5个月；而在连续生产的装置上，一般都要求密封设备能保证1年以上的寿命。但实际只有不到20%的产品可以满足这一要求，显然这类密封产品的可靠性问题应引起高度重视。

2.4密封用材性能较差

随着对外商务接触及技术交流，国内不少企业直接或间接将产品送到国外的一些密封公司进行材料检测，包括硬质合金、石墨、碳化硅、氧化铝、锥形密封用热压铸钢等。从检测报告看，普遍存在性能不稳定，与国外差距大，品种规格少，对高参数工况或介质具有强腐蚀性、含有磨料颗粒等情况，传统材料不能完全满足要求。

3 干气密封技术研究的发展趋势

3.1理论研究

对系统非线性动力学行为进行研究，内容涉及系统轴向、角向及其耦合非线性振动分析和稳定性控制，寻求提高抗振、稳定性好且泄漏量小的密封结构的几何参数值最佳范围，实现控制失稳、分岔和混沌运动的设想，为干气密封优化设计、稳定控制及故障诊断提供理论基础。

3.2密封设计

干气密封的设计通常是根据给定工况与要求，参照国内外同类或者类似产品的结构型式初步选取参数，然后进行工作性能的计算，如果满足要求则设计完成，不满足则改进参数甚至型式，直到满足要求为止。随着计算机技术的发展，密封设计将由传统的设计方法发展到优化设计和运用专家系统设计。运用优化设计和专家系统可有效地提高设计质量、水平和周期。

3.3结构型式

开发具有密封补偿能力、高性能、稳定性高的新型结构，如波纹管式螺旋槽干气密封，这是近几年来国外气体密封技术发展的一个热点。这种结构的气体密封能够适用于多种使用条件，并且泄漏量可控制在非常低的水平。

3.4开槽技术

干气密封产品制造的关键是密封端面上沟槽的加工。由于密封面上动压槽非常浅，而且对槽深精度要求高，一般的机械加工是无法实现的。因此提高干气密封性能、降低产品价格的关键是研究开发低成本、高精度的开槽技术和加工工艺。目前，随着激光技术应用的成熟和成本降低，高质量的密封槽将越来越多地采用激光加工。这是因为激光加工不但能保证各动压槽深度一致，而且能够加工任何形状的动压槽，而且利用计算机控制能保证很高的槽形加工精度。

3.5试验研究

先进的实验手段、实验设备和虚拟仪器的引入，测试非线性振动量等，将会促进人们加深对螺旋槽干气密封理论及设计的认识。

综上所述，干气密封系统从20世纪60年代投入工业使用至今已有五十余年的发展史．各项技术均已发展成熟。而我国干气密封技术从20世纪90年代中期开始研制，纵观其发展史，短短20年时间从最初的勉强设计、设计结构不合理、材质使用不合理到如今不仅能自主设计制造，而且能对旧型式的干气密封进行升级改造，各项技术能力均达到世界先进水平。取得了长足的进步．使得国产技术快速发展有了广阔的前景。

参考文献：

[1]干气密封技术国产化的应用与发展 [J]. 王国举,张贺. 四川化工. 2017(03)

[2]干气密封技术研究现状及发展趋势 [J]. 张云洪. 化工管理. 2015(27)

[3]浅谈干气密封的发展 [J]. 刘曦泽. 山东化工. 2015(01)

[4]干气密封的历史及发展趋势 [J]. 樊帆,张琳琳. 河南科技. 2014(18)