離心式壓縮機的轉子和定子,一個高速旋轉,而另一個固定不動,兩者之間必定具有一定的間隙,因此就一定會有氣體在機器內部由一個部位泄漏到另一個部位,同時還向機器外部(或內部)進行泄漏。為了減少或防止氣體的這些泄漏,需要設置密封裝置。
離心式壓縮機的密封種類很多。按其安置的位置可分為內部密封(級間密封、中間密封)和外部密封(軸端密封),前者防止機器內部通流部分各空腔之間的泄漏,如輪蓋、定距套和平衡盤上的密封;后者防止或減少氣體由機器向外界泄漏或由外界向機器內部泄漏(機器內部氣體的壓強低于外界的氣壓),如吸入側首級葉輪密封和末級葉輪出口密封。
按其密封原理可分為氣封和液封。在氣封中有迷宮密封和充氣密封;在液封中有固定式密封、浮環式密封和固定內裝式機械密封以及其他液體密封。
密封的結構形式與壓力、介質及其密封的部位有關,一般級間密封均采用迷宮密封,平衡盤上的氣封往往采用一種蜂窩形的迷宮密封。化工壓縮機中有毒、易燃易爆介質的密封,多采用液體密封、抽氣密封或充氣密封。對高壓、有毒、易燃易爆氣體如氨氣、甲烷、丙烷、石油氣和氫氣等,不允許外漏,其軸端密封則采用浮環密封、機械密封、抽氣密封或充氣密封。當壓縮的氣體無毒,如空氣、氮氣等,允許有少量氣體泄漏時,也可采用迷宮式軸端密封。
化工生產中的離心式壓縮機常用的密封有迷宮密封、浮環密封、機械密封和干氣密封等,另外,近幾年又出現了一種新型的磁流體密封。
1 迷宮密封
迷宮密封一般為梳齒狀的結構,故又稱梳齒密封。迷宮密封中氣體的流動如圖1所示。氣體在梳齒狀的密封間隙中流過時,由于流道狹直,所以氣體的壓力和溫度都下降,而速度增加,即一部分靜壓能轉變為動能。當氣體進入梳齒之間的空腔時,由于流道的截面積突然擴大,這時氣流形成很強烈的漩渦,速度幾乎完全消失,動能轉變成熱能,使氣體上升到原來的溫度,而空腔中仍保持間隙后的壓力。氣體依次通過各梳齒,壓力不斷降低,從而達到密封的目的。所以迷宮密封是將氣體壓力轉變為速度,然后再將速度降低,達到內外壓力趨于平衡,從而減少氣體由高壓向低壓泄漏。

圖1 迷宮密封中氣體的流動
迷宮密封的結構多種多樣,壓縮機內采用較多的有以下幾種。
1)曲折型(圖2) 其特點是除了密封體上有密封齒(或密封片)外,軸上還有溝槽。曲折型迷宮的密封有整體型和鑲嵌型兩種。整體型的缺點是密封齒間距不可能加工得太短,因而軸向尺寸長;采用鑲嵌型可以大大縮短軸向尺寸。

圖2 曲折型迷宮密封
2)平滑型(圖3) 這種密封或者是軸做成光軸,或者是密封體做成光滑內表面,可分為整體平滑型和鑲嵌平滑型。

圖3 平滑型迷宮密封
3)臺階型(圖4) 多用于輪蓋或平衡盤上的密封。

圖4 臺階型密封
4)蜂窩型(圖5) 蜂窩型密封加工工藝復雜,但密封效果好,密封片結構強度高。

圖5 蜂窩型密封
迷宮密封中梳齒齒數一般為4~35片。梳齒的材料應比轉子相應部分軟,以防密封與轉子發生接觸時損壞轉子。其常用材料一般采用青銅、銅銻錫合金、鋁及鋁合金。當溫度超過393K時,可采用鎳-銅-鐵蒙乃爾合金,或采用不銹鋼條。當氣體具有爆炸性時,應采用不會產生火花的材料,如銀、鎳、鋁或鋁合金,也可采用聚四氟乙烯材料。迷宮密封是比較簡單的一種密封裝置,可用于機殼兩端及級與級間的密封(其中級與級之間的密封幾乎都是采用迷宮密封)。
2 浮環密封
浮環密封的基本結構如圖6所示。密封主要由幾個浮動環組成,高壓油由進油孔12注入密封體中,然后向左右兩邊溢出,左邊為高壓側,右邊為低壓側,流入高壓側的油通過高壓浮環、擋油環6及甩油環7由回油孔11 排出。因為油壓一般控制在略高于氣體的壓力,壓差較小,所以向高壓側的漏油量很少。流入低壓側的油通過幾個浮環(圖中為三個)然后流出密封體。因為高壓油與大氣的壓差較大,因此向低壓側的漏油量很大。浮環掛在軸套5上,在徑向是活動的。當軸轉動時浮環被油膜浮起,為了防止浮環轉動,一般加有銷釘3來控制,這時所形成的油膜把間隙封閉以防止氣體外漏。

圖6 浮環密封的基本結構
1一浮環;2—固定環;3—銷釘;4一彈簧;5—軸套;6一擋油環;7—甩油環;8—軸;9—迷宮密封;10—密封;11—回油孔;12—進油孔
浮環密封主要是高壓油在浮環與軸套之間形成油膜而產生節流降壓阻止機內與機外的氣體相通。由于是油膜起主要密封作用,所以又稱為油膜密封。
為了裝配方便,一般作成幾個L形固定環,浮環就裝在L形固定環的中間。高壓環壓差小,一般只采用一個。而低壓環壓差大,一般采用幾個。為了使浮環與L形固定環之間的間隙不太大,用彈簧4將浮環壓平。
浮環密封主要應用于離心式壓縮機的軸封處,以防止機內氣體逸出或空氣吸入機內。如裝置運轉良好,則密封性能可做到“絕對密封”。它特別適用于高壓、高速的離心式壓縮機上,所以在石油化工廠中廣泛用于密封各種昂貴的高壓氣體以及各種易燃、易爆和有毒的氣體。
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