双端面干气密封在螺杆压缩机上的应用探究

双端面干气密封在螺杆压缩机上的应用探究

许林李胜强

（新疆美克化工股份有限公司新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州841000）

摘要：社会进步和发展下，科学技术不断推陈出新，工艺生产水平得到了显著提升。双端面干气密封工艺在螺杆压缩机上应用，较之传统的密封工艺而言可以有效降低能源消耗和生产成本，延长使用寿命的同时，安全可靠运行，以其独特的优势得到了广泛推广和应用。本文就螺杆压缩机中双端面干气密封工艺的应用分析，客观阐述技术要点，以便于为后续工业生产提供参考。

关键词：双端面干气密封；螺杆压缩机；密封工艺；瓦斯气螺杆压缩机

螺杆压缩机在实际生产中，主要是通过机械密封、浮环密封、圆周密封以及干气密封等多种方式，根据密封需要合理分类和组合，可以有效提升工艺生产质量。而干气密封工艺则是在浮环密封和机械密封工艺中的缺陷基础上衍生而来，是一种非接触式的密封方式，可以获得可观的密封效果。此种螺杆压缩机中的介质气体需要严格控制，避免泄漏到大气环境中，避免产生安全隐患，制约生产活动的有序进行。加强对其研究，有助于推动工艺改进和完善，推升生产水平。

一、干气密封原理

以LG18/0.8螺杆压缩机为例，作为燃料气回收装置的核心装置，在干气密封成功运行后，可以保证设备安全可靠运行，主要介质为瓦斯气，吸入压力和排除压力分别为0.0027MPa和0.8MPa，转速2980r/min，入口温度50℃，出口温度不超过90℃，轴封处轴径90mm。

（一）原理说明

干气密封期间，密封气体主要从外周进入到收敛型螺旋槽中，逐渐朝着内径方向流动，到达密封坝，实现气体流向低压侧的密封控制，伴随着螺旋槽形状变化压缩，产生局部高压区，可以有效提升气体压力，进而动环旋转产生流体动压力。受到流体动压力作用和影响下，以求将静环和动环分开，即为开启力；作用在补偿介质力和弹簧力，有助于静环和动环紧密贴合，即为闭合力。在特定环境下，开启力和闭合力相同情况下，在动环和静环期间形成一定厚度的气膜，大概3μm左右。将干气密封两端面间隙控制在2μm～3μm范围内，确保间隙气体流通层稳定[1]。

在静止状态下，密封强中存在介质压力，弹簧力和密封气体静压力是作用在摩擦副上的闭合力，有助于动环和静环密封面紧密贴合。受到外在因素影响，气膜厚度逐渐缩小，有助于提升气体粘性剪力和螺旋槽流体动压效应，促使开启力增加的同时，平衡作用力，将密封间隙控制在合理范围内。受到外在因素限制，密封气膜厚度增加，螺旋槽的流体动压效应随之下降，反之期末压力降低，密封层的间隙逐渐恢复到原来水平。故此，在螺杆压缩机上双端面干气密封工艺的应用，在降低外来因素影响的同时，有助于密封层及时恢复到原来水平，确保干气密封安全稳定运行[2]。通常情况下，气膜可以形成动态稳定的薄流体层，大概3μm厚。气膜刚度作为衡量干气密封稳定性的关键性指标，伴随着气膜作用力变化，气膜厚度和刚度随之变化，从中不难看出，干气密封受到抗外界干扰和抗波动能力影响较大，确保密封安全稳定运行。所以，在螺杆压缩机中应用双端面干气密封，设计要点在于形成较大气膜刚度。

（二）闭合力

Fcp2是外径R2介质压力变化产生的对应闭合力，Fcp1则是内径R1介质压力产生的闭合力。

（三）开启力分析

就开启力的构成部分来看，主要是密封堰部分流体膜开启力与螺旋槽部分流体膜开启力构成，通过计算分布密封层的积分获得，公式如下：

（四）力的平衡

气膜产生的开启力，是由介质和弹簧力产生，密封开启后形成特定的工作间隙，确保密封稳定可靠运行。通过螺旋槽密封断面结构的优化处理，主要是在有限元计算程序基础上，实现相关参数的优化设计，获取最佳的气膜刚度，较之传统工艺而言，借助配套的软件实现螺旋槽密封断面结构进一步优化和完善，获取可观的密封成效[3]。

（五）基本方程

通过相应理论研究支持，气体的动压效应服从雷诺方程，通过求解雷诺方程，采用数值方法进行计算，即有限元法和差分法。通过有限元分析法的应用，可以计算出气体端面密封面气膜压力分布，了解到密封承载力和气膜刚度，为后续干气密封设计提供可靠依据。

二、干气密封控制系统

控制系统作为干气密封中不可或缺的组成部分，主要是提取纯净的气体，并对干气密封运行情况实时监测，确保干气密封长周期安全稳定运行。螺杆压缩机中应用双端面干气密封系统，主要包括以下几个环节：

（一）过滤单元

干气密封运行中，气膜厚度大概在3μm左右，其中含有一定的颗粒杂质，导致密封面受到磨损、老化，影响到干气密封安全稳定运行。所以，干气密封需要的纯净的气体，主要是借助过滤器实现，过滤进度不超过1μm。过滤器使用中，需要配备专门的差压表，以便于实时监测和掌握过滤器运行情况[4]。

（二）调节单元

干气密封采用压差控制，借助差压变送器获取相应的压差信号，实现气动薄膜调节阀开度和压力的有效控制。借助压差控制，提升系统自动化水平，确保系统可以安全稳定运行。气动薄膜调节阀，促使主密封气和前置密封气保持稳定的压差，可以有效避免介质进入到干气密封。

（三）监控单元

干气密封和控制系统运行介质是气体，需要借助仪表来实时监测干气密封运行情况。通过流量计计算干气密封泄漏量，可以了解到密封实时运行情况，如果超过限定值，说明干气密封出现故障问题。主密封气压力和前置密封气压力压差稳定，可以借助差压变送器观察虎丘，确保压差稳定。

结论：

综上所述，干气密封工艺在实际应用中，流体动压槽在实际生产中，有助于平衡流体动压力、流体静压力和弹簧元件弹力的合力，摩擦期间形成相应厚度的气膜，满足密封工艺需要。

参考文献：

[1]尹志刚.干气密封在常减压瓦斯气螺杆压缩机上的应用与研究[D].北京化工大学，2013.

[2]卢志国.单端面干气密封在火炬气螺杆压缩机上的应用[J].通用机械，2015，22（03）：40-41.

[3]周振堂.双端面干气密封在喷油螺杆压缩机上的研究与应用[J].压缩机技术，2016，23（05）：31-33.

[4]王长涛.浮环密封和双端面干气密封在富气压缩机上的应用[J].化工设备与管道，2015，11（03）：48-51+4.