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、长寿命的新型密封型式，在结构上它与普通机械密封显著不同的是：动、静环密封端面较宽；在动环或静环端面上加工出特殊形状的流体动压槽，如螺旋槽，槽深一般在3-10pm之间。当动环高速旋转时，动环或静环端面上的螺旋槽将外径处的高压气体向下泵入密封端面间，气体由外径向中心流动，而密封坝节制气体流向中心，于是气体被压缩引起压力升高，在槽根处形成高压区。端面气膜压力形成形成开启力，在密封稳定运转时，该开启力与由作用在补偿环背面的气体压力和弹簧力形成的闭合力平衡，密封保持非接触、无磨损运转，其气膜厚度一般维持在2-3pm。如果出现某些扰动因素使密封间隙减小，引起开启力减小，而闭合力不变，密封间隙将减小，密封将很快再次恢复平衡。干气密封的这种抵抗气膜间隙变化的能力称之为气膜刚度。虽然泵用干气密封的气膜间隙很小，但气膜刚度很大，比液膜润滑机械密封的膜刚度要大得多。

2.主要优点

与传统的接触式机械密封相比，在离心泵中采用干气密封有以下几个方面的优点：

（1）摩擦功耗低

由于干气密封的两密封端面被一薄层稳定的气膜所隔离而且密封腔内为低粘度的气体介质，因此干气密封的端面摩擦功耗和动环组件的搅拌摩擦损失要比液体润滑的密封装置的摩擦功耗小很多，一般两者消耗的功率之比约为1：10-20.

（2）无磨损运转、使用寿命长

对干气密封，由于两个相对旋转的端面是非接触的，在正常使用条件下，一般都可达到3年以上。

（3）无封液系统、能实现泵送介质的零泄漏或零溢出

封液系统时常是复杂的和昂贵的，并存在不可避免的故障危险。泵送介质的外泄漏和封液冷却密封都依赖于封液系统的完善化。干气密封避免了所有这些复杂因素，它利用干燥洁净的氮气源作为密封气，很容易实现泵送介质的零泄漏或零溢出，对泵送介质没有任何污染，而且系统比较简单、可靠性非常高。

3、主要技术难点

与高速透平压缩机用干气密封相比，离心泵用干气密封存在三个方面的难点：

（1）结构尺寸受限制。离心泵填料箱径向空间相对较小，特别是对一些老泵轴封的改造，问题就更显突出。这样，一般泵用干气密封的密封面相对就比较窄，由于密封面必须包括起向下泵送作用的槽区和起密封作用的坝区两部分，因此泵用干气密封的端面结构参数（包括流槽的几何参数）的设计与透平压缩机用干气密封并不一样，其难度更大。

（2）转速低，动压效应小。由于离心泵主轴转速不高，为了尽可能提高密封在工作膜厚下的气膜刚度以增强密封工作的可靠性，在端面槽型的选择及其结构参数的优化上必须作特殊的考虑。

（3）性能价格比高。由于离心泵机器本身的价值相对于透平压缩机而言要小很多，因此泵用干气密封的价格相对于透平压缩机用干气密封而言就要低很多，这就要求其性能价格比必须非常高。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，还必须充分考虑其经济性，以便于泵用干气密封的推广应用，这就增加了密封和系统设计和生产的难度。