淺談潤滑油污染干氣密封的機理分析及設計優化

崔少兵

摘? 要：干氣密封具有可靠性高、壽命長等優點，常被應用于高速、高壓離心式壓縮機等旋轉設備軸端密封的標準配置。但干氣密封很容易在實際工作中受到潤滑油的污染和影響，引起密封端表面的磨損、失效，嚴重者還會造成動靜環碎裂等問題，進而影響壓縮機的正常運行。本文通過對潤滑油干氣密封的原理進行分析，并通過探究提出了一些有利于干氣密封免受潤滑油污染的策略。

關鍵詞：干氣密封? 潤滑油? 污染? 壓縮機

中圖分類號：TB42? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）09（a）-0048-03

Abstract：Dry Gas seals have the advantages of high reliability and long life， and are often used in high-speed， high-pressure centrifugal compressors and other rotating equipment shaft end seal standard configuration. But the dry gas seal is easily polluted and influenced by lubricating oil in the actual work， which causes the wear and invalidation of the seal end surface， and even causes the breakage of the dynamic and static rings， which affects the normal operation of the compressor. In this paper， the principle of dry gas seal of lubricating oil is analyzed， and some strategies are put forward to avoid contamination of dry gas seal by lubricating oil.

Key Words：Dry gas seal;Lubricating oil;Pollution;Compressor

干氣密封屬于典型的無接觸密封的一種，通常安裝在壓縮機葉輪和軸承之間。在實際的應用中，潤滑油進入干氣密封端面后，會在此形成氣膜和液膜交替，導致氣膜處于不穩定的狀態，與密封端面進行摩擦。另一方面，在高速運轉下液膜具有較大的黏度也會引起端面變形進而產生接觸性摩擦。這些問題都將影響干氣密封的正常使用。因此，就需要對潤滑油污染干氣密封的原理進行詳細的分析，進而提出優化即改進措施，進一步提升干氣密封的實用性。

1? 干氣密封的工作原理結構特點分析

1.1 干氣密封的工作原理

與普通的機械密封結構相比，干氣密封與其具有很多的相似之處，他們都有靜環和動環兩個結構，在干氣密封中靜環主要是由彈簧進行驅動，主要采用了質地較硬的碳化硅和氮化硅等材料構成，進而能夠對整個裝置起到密封的作用。動環的前端設置有對氣體等介質起到阻礙作用的氣體槽，當干氣密封進行正常工作運轉時，干氣密封的封面會由于氣體槽的存在產生一定的間隙，當壓縮機正常工作時產生的氣體流經氣體槽時，會受到氣體槽的影響進行使氣體的流速逐漸緩慢甚至停止流動，這樣就能使整個裝置起到密封的作用。

1.2 干氣密封結構特點分析

1.2.1 梳齒隔離密封

梳齒隔離密封主要由兩段梳齒和軸套組成，并且在軸套和梳齒之間還需要將半徑間隙保持在0.2～0.4mm，當氣體經過梳齒和軸套之間的間隙并被節流之后就會進入到兩段梳齒中間的空腔中，這樣就會不斷擴大氣體流通的橫截面積，這樣氣體的流速將會在短時間內進行增強，進而實現對潤滑油進入干氣密封起到阻隔的作用。梳齒密封的結構較為簡單，但是由于梳齒和軸套之間具有較大的間隙，在整個過程中對隔離氣的消耗量也將增加。

1.2.2 浮動碳環隔離密封

浮動碳環密封屬于浮環密封，主要是由兩組碳浮環和軸套構成。并且需要在碳浮環內控與軸套的半徑之間保持間隙的距離為0.05～0.1mm，當干氣密封進行正常運轉時，隔離氣主要從兩組碳浮環之間進入，當軸套進行旋轉時，氣體將會在碳環和軸套之間形成一種楔形的氣膜導致碳環的上升，并與軸套進行脫離，使整個裝置處于非接觸運行的狀態。由于在整個過程中碳浮環和軸套之間的間隙比較小，對隔離氣的消耗用量也比較小。對于同規格同種工作狀態下的干氣密封裝置在運行時，浮動碳環密封的隔離氣消耗量將只有梳齒密封的1/3左右，但是其隔離潤滑油的作用將比梳齒密封更有效果。

2? 干氣密封受潤滑油污染的機理分析

2.1 通道1（穿過鎖緊螺母與軸的間隙）

當工作人員由于操作不當，鎖緊螺母安裝不夠牢固，進而與壓縮機之間存在一定的裝配間隙，潤滑油將沿著此間隙進入到干氣密封區域。整個過程如圖1所示。

2.2 通道2（通過梳齒間隙）

（1）當回油腔油位超過梳齒下方間隙的最低點位置時，潤滑油將會穿過隔離密封，進而從梳齒上方流入軸承內部，不能起到阻隔潤滑油的作用。

（2）潤滑油通過軸承上備用的傳感器的引線孔流入隔離密封，再通過噴射作用，使潤滑油進入干氣密封。由于傳感器的引線孔與軸承內部相通，當壓縮機正常運行時，隔離氣無法完全阻擋潤滑油，使其從傳感器的引線孔進入到隔離密封中，最終導致干氣密封被污染。

（3）由于軸承的直徑與密封段的直徑相差過小以及密封與軸承之間的距離較近時，潤滑油將越過鎖緊螺母的側面進而在軸承運轉的作用下，對這密封噴射，導致潤滑油進入密封中。

3? 防止潤滑油污染干氣密封的優化及改進措施

3.1 對密封結構進行優化

3.1.1 在構造上增加甩油和積油裝置

積油裝置能夠防止潤滑油溢出流入到軸承中，進而能夠有效減少軸承中的潤滑油進入到密封裝置的概率。而在鎖緊螺母的尾部增加甩油裝置，能夠將濺落到鎖緊螺母表面的潤滑油迅速甩出，避免潤滑油直接噴射到梳齒的間隙中，進而對潤滑油起到良好的阻擋作用。

3.1.2 在鎖緊螺母和軸承之間增加O形密封圈

由于潤滑油很容易通過鎖緊螺母和軸承之間的間隙進入到隔離密封中，這時，通過在兩者之間的間隙位置改造O形圈進行密封，能夠在一定程度上起到對潤滑油的隔離作用。一般都是采用密封性能更好的密封圈，或者適當增加密封圈的大小。

3.2 對壓縮機軸承區域進行優化

一般在這個過程中都是采用增加軸承和密封圈的直徑差，有利于增大鎖緊螺母的外側擋油面外圓直徑，有效防止潤滑油越過鎖緊螺母的外側進入到梳齒間隙部位。另一方面。通過增大軸承與隔離密封的距離，進而能夠對回油孔進行優化設計，這樣有利于減少潤滑油對鎖緊螺母外側擋油面的沖擊，增大回油腔儲油空間，降低油位。

3.3 對隔離氣供氣控制優化設計

對于梳齒性的隔離密封，一般都是采用流量控制，隔離氣的流速通常控制在10m/s。當密封軸的直徑大于20cm時，還需要增加流量計指示，以便更加準確地監測隔離氣的流速。在啟動軸承時應先確保隔離氣正常流通后再啟動軸承，避免因操作失誤導致潤滑油進入干氣密封中。

3.4 對現場操作進行優化控制

首先，嚴格按照相關要求應先投氣再投油，要嚴格控制隔離氣的流量。其次，隨時關注排凝扣的漏油情況，在壓縮機正常工作時要保證排凝扣呈打開的狀態，當出現漏油情況時，要及時查找原因。最后，在不影響軸承正常運行的條件下，可適當降低潤滑油壓力，進而減少軸承內部的潤滑油油量。

4? 結語

總之，導致干氣密封被潤滑油污染的主要原因是由于設計和安裝不當引起的，在實際過程中主要與密封和軸承結構設計、隔離氣供氣控制、安裝和實際操作等因素有關，因此，當出現潤滑油污染干氣密封時，工作人員就需要進行綜合分析找出其原因，才能從根本上消除真正隱患，保證壓縮機的正常運行。

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