新疆消防泵:泵用干气密封的原理及主要特点
1.工作原理
泵用干气密封是一种高性能、长寿命的新型密封。在结构上,它与普通机械密封的显著区别在于:动静环端面更宽;在动环或静环的端面上加工有螺旋槽等异形流体动力槽,槽深一般在3 ~ 10 μm之间。当动环高速旋转时,动环或静环端面上的螺旋槽将密封端面之间外径处的高压气体向下泵送,气体从外径流向中心,而密封坝控制气体流向中心,因此气体被压缩,导致压力上升,在槽根形成高压区。端面上的气膜压力形成开启力,与密封稳定运行时作用在补偿环背面的气体压力和弹簧力形成的闭合力相平衡。密封保持非接触无磨损运行,气膜厚度一般保持在2-3 μm。如果某些扰动因素使密封间隙减小,导致开启力减小,而关闭力保持不变,密封间隙就会减小,密封很快又会恢复平衡。干气密封抵抗气膜间隙变化的能力称为气膜刚度。泵用干气密封虽然气膜间隙很小,但气膜刚度很高,远高于液膜润滑机械密封。
2.主要优势
与传统的接触式机械密封相比,在离心泵中使用干气密封具有以下优点:
(1)低摩擦功耗
由于干气密封的两个密封端面之间被一层薄薄的稳定气膜隔开,密封腔内充满低粘度气体介质,因此干气密封端面的摩擦功耗和动环组件的摩擦损耗远小于液体润滑密封装置,两者之间的功耗比一般在1: 10-20左右。
(2)无磨损运行,使用寿命长
对于干气密封,由于两个相对旋转的端面是非接触的,在正常使用条件下,一般可以达到3年以上。
(3)无液封系统,可实现泵送介质零泄漏或零溢流。
密封系统往往复杂昂贵,存在不可避免的失效风险。泵送介质的外漏和密封液冷却密封都取决于密封液系统的完善程度。干气避免了所有这些复杂因素。它采用干燥洁净的氮源作为密封气体,可以轻松实现泵送介质的零泄漏或零溢流,对泵送介质没有任何污染,系统相对简单,可靠性高。
3.主要技术难点
与高速涡轮压缩机的干气密封相比,离心泵的干气密封有三个难点:
(1)结构尺寸有限。离心泵填料箱的径向空间相对较小,特别是对于一些旧泵轴封的改造,问题变得更加突出。这样,一般泵用干气密封的密封面相对较窄。由于密封面必须包括向下泵送的槽区和密封的坝区两部分,泵用干气密封端面的结构参数(包括转轮的几何参数)设计与涡轮压缩机用干气密封不同,难度更大。
(2)低速小动压效应。由于离心泵主轴转速不高,因此必须特别考虑端槽的选择及其结构参数的优化,以尽可能提高工作膜厚下密封的膜刚度,增强密封的可靠性。
(3)性价比高。由于离心泵机本身的价值远小于涡轮压缩机,所以泵用干气密封的价格远低于涡轮压缩机,这就要求其性价比很高。因此,在设计泵用干气密封及其控制系统时,在保证密封和系统性能的前提下,需要充分考虑其经济性,以利于泵用干气密封的推广应用,增加了密封和系统设计生产的难度。
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