浮环油膜密封

浮环油膜密封制冷压缩机富蕴广汇新能源净化车间编者：梁海祥审核：杨子峰制冷压缩机浮环油膜密封原理•工作原理和结构制冷压缩机浮环油膜密封既能在环与轴的间隙中形成油膜，环本身又能自由径向浮动。油膜的节流降压作用，阻止了高压侧气体向低压侧泄漏。由轴承油膜原理可知，如浮环与轴完全同心，则不会产生油膜浮力；如果浮环与轴偏心，则轴转动时将产生油膜浮力。该浮力使浮环浮起而使偏心减小。当偏心小到一定程度，这时的浮力正好与浮环重量相等，便达到了动态平衡。由于浮环很轻，则动态平衡时的偏心很小，即浮环和轴自动保持基本同心，又形成了二者之间的液体摩擦状态，避免了轴和浮环的磨损。因为浮环与轴有自动同心作用，故间隙可以很小，大大减少了泄油量。浮环的结构•靠高压侧的环叫高压环或内环，低压侧的环叫低压环或外环，有时低压环不只一道，则处于高压环与低压环之间的浮环叫中间环。这些环可以自由沿径向浮动.但有防转销挡性不能转动。密封油以比工艺气压力高的压力注人密封室，一路经高压环和轴之间的间隙流向高压侧，在间隙中形成油膜，将工艺气封住;另一路则由低压环与轴之间的间隙流出。浮环能自由浮动的原理和轴承的工作原理一样，都是利用油膜产生的浮力来承担载荷，区别在于被浮起的对象不一样。对轴承被浮起的是轴，轴瓦固定不动。对浮环密封，浮环和轴虽然都未固定，但浮环相对转轴来说，质量轻得多，因而浮起的是浮环，浮环的结构•不动的是轴，只要浮环相对轴有偏心存在，不管这个偏心是怎样形成的，由于油膜产生的浮力，使浮环和轴都会自动维持“对中”，这便是浮环结构的突出特点。有了这个特点，便可以大大减少密封间隙值，从而减少漏油率。当然，用“对中”这个词是不严密的，因为环本身有重量，浮动时有摩擦，浮环不可能和轴真正对中.只不过使偏心维持在必要的最小值。这个偏心值由浮环重量与摩擦力的大小来定。从制冷压缩机浮环的结构看.采用较多的是I‘形环和矩形环。用I.形环可以缩短密封轴向尺寸，但端面密封面难于研磨，不能直接接触来封油，而常用U形密封圈密封，这样就增加了端面摩擦力.对浮环的浮动不利。浮环的结构•由于浮环壁薄，加工时容易出现椭圆度，而且运转时受力不均.容易产生偏斜.用矩形环可以克服上述缺点，但要增加密封的轴向尺寸。从工作条件来看，高压测浮环工作条件要恶劣得多.第一，浮环的两侧压差很小，第二，间隙一般尽可能减少，因此，高压侧的漏油量比低压侧要小得多。大量的热不能被油带走，使环和油的温度高，容易引起抱轴等现象使浮环损坏。为了解决这个问题，必须加强高压侧环的冷却。例如图3-35所示的结构，在高压环_I:钻一些冷却孔，让油先冲刷高压环的外环材料•壁，然后绝大部分油经过冷却孔从高压侧环流过，加强了冷却效果，试验说明对提高浮环的运转可靠性和减小污油耗量都是有利的。为加强制冷压缩机高压环冷却，也可以在高压环上开径向沟枯和其他措施。为了提高密封处轴的耐磨性，一般加轴套，并在轴套上涂一层耐磨材料，如密封轴套-I--喷涂一层铬化硼系化合物，有的密封轴套采用硬质合金(零件2)，借用一般材料做的套筒1，过盈装在轴上并将套筒2固定。使用范围•浮动环密封简称浮环密封，用于离心压缩机、氢冷气轮发电机、离心泵等轴封。在中、高压离心压气机中可供选择的密封方式有：机械密封、迷宫密封和填料密封。但由于气体的散热和润滑条件不如液体，所以填料密封只有小型、低速才用，而机械密封在周速大于40m/s温度高于200℃以后也很难适应，只有迷宫密封和浮环密封是最常用的两种方式。优点•浮环密封有下列优点：1）密封结构简单，只有几个形状简单的环、销、弹簧等零件。多层浮动环也只有这些简单零件的组合，比机械密封零件少。2）对机器的运行状态并不敏感，有稳定密封性能。3）的密封件不产生磨损，密封可靠，维护简单、检修方便。4）因密封件材料为金属，固耐高温。5）浮环可以多个并列使用，组成多层浮动环，能有效的密封10MPa以上的高压。优点•6）能用于10000～20000r/min的高速旋转流体机械，尤其使用于气体压缩机，其许用速度高达100m/s以上，这是其他密封所不能比拟的。7）只要采用耐腐蚀金属材料或里衬耐腐蚀的非金属材料（如石墨）作浮动环，可以用于强腐蚀介质的密封。8）因密封间隙中是液膜，所以摩擦功率极小，在、使机器有较高的效率。浮环密封的缺点：密封件的制造精度要求高，环的不同心度和端面的不垂直度和表面不粗糙度对密封性能有明显的影响。此外，这种密封对液体不能做到封严不漏。对气体虽然可做到封严，但需要一套复杂而昂贵的自动化供油系统。浮环的型式•浮环密封属于流阻型非接触式动密封，是依靠密封间隙内的流体阻力效应而达到阻漏目的。由于存在间隙，避免了固体摩擦，适用于高速情况，即可封堵液体，也可封堵气体，但泄露量较大，某些情况下还须配置比较复杂的密封辅助系统。浮动环浮环密封装置的结构有多种型式，其主要型式有：宽环和窄环、光滑环和开口环、液膜和干式浮动环。宽环和窄环浮环的型式•宽环的宽度相对其直径来说较大，其比例l/D=0.4～0.6。这种环的特点在于工作时作用在此环上的流体动力要比窄环大，并且不需用对正中心的附件。在一定的压差和泄露量之下，其数目可以比窄环少些，这样，密封装置的结构可以简化，并便于装拆和检修。宽环的缺点在于环的两侧会有较大的压差，这样，作用在环端面上的压力也就较大，在自由浮动时所须克服的端面摩擦力较大，即浮动较为困难。窄环的宽度相对其直径较小，其比例l/D=0.1～0.2。窄环与轴的间隙较小，工作时，间隙中形成的流体动力较小，因此其自动同心的能力较差，大多用橡胶O型圈来帮助对正中心。由于采用这种辅助措施，偏心度较小，停车时间也较少，这样，虽然环窄，泄露量却不大。窄环也可以不用O形圈定位，而改用弹簧。环在弹簧力的作用下，压在隔离环端面上。当密封液的压力降低时，环仍可以保持它的对正中心位置。由于作用在每个窄环上的压力差比宽环小，所以环作用在隔离环端面上的压力也就小，即窄环容易浮动。浮环的型式•光滑环和开口环光滑环的内孔是光滑的；开槽环的内孔全长开槽或部分开槽。由于光滑环与轴表面的间隙中水力摩擦较小，使用中回出现较大的泄露量。开槽环的内孔加工有许多道环形槽，与轴的间隙中水力摩擦较大，在同样的压差和同样的宽度下，泄露量要比光滑环小，特别是在高转速下可以作到完全不漏，液膜形成也很稳定，能有效的起到密封作用。所以，对于高速转轴，开槽环比光滑环好，如将光滑浮环密封与机械密封作比较，在低速时机械密封的泄露量少些，高速下则光滑环少些，因此，高速转动密封宜用光滑环。但是，当旋转频率太高时，由于密封油的粘性阻滞作用，密封油会发热。为了散热，常常有意保持一定的泄露量。而泄露量除与环的形式有关外，还与运动速度、油的特性、入口油温和大气温度等有关。环分类•液膜和干式浮动环浮动密封既可密封液体，也可密封气体。用以阻止液体泄露的称为液膜浮环密封；用于阻止气体泄露的称为干式浮环密封，因为浮环通常石墨等固体自润滑材料制造，故又称石墨浮环密封。石墨浮环密封：波形片弹簧的弹力及气体压力使各浮动环的一个端面分别与各隔离环的一个端面紧密贴合，组阻止气体沿径向泄露，并靠端面的摩擦力防止环转动通过浮动环密封沿轴向漏出的少量气体由排漏空排出，或引至主机的气体进口。石墨浮环密封的工作间隙不是定值，而是随摩擦发热状况而自行调整，故有“热自调间隙密封”之称。石墨既耐腐蚀又耐热，但它太脆，在径向载荷作用下易断裂。在离心压气机中，采用了石墨作浮环，为了防止断裂，常在石墨环的外周镶有金属环。石墨环用冷缩方法套用金属环内，然后再加工石墨环的内孔，使之达到规定的尺寸。当轴封的温度上升时，如镶环与轴的材料相同或相似，他们的膨胀量就会相同或相差不大。而不致影响密封性能。这种结构已成功应用于温度高达400℃的气体密封。结构图受力分析浮环密封的条件(3)密封油的洁净度浮环密封工艺图浮环密封气体与系统连接图实例讲解淮化浮环密封图浮环密封图浮环密封图浮环密封图浮环密封图浮环密封容易出现的问题浮环使用出现的问题•合成氨二厂合成作业区氨压缩机自2009年11月开始漏油情况，经检修公司初步判断，密封油回油至油气分离器的管路堵塞，导致回油不畅，以致密封油大量漏油。经技术人员通过工艺、设备各方面进行综合分析，判定是氨压缩机低压侧浮环密封损坏，导致油进缸损失。为解决此问题，经公司领导批准，拆冰机缸体对浮环密封进行专项检查。浮环密封拆开后损伤较为明显，且压缩机缸水平中分面处发现有大量密封油存在，更换后恢复正常生产。现氨压缩机漏油情况明显得到好转，由漏油前月耗油量14桶降低到现在的月耗油量1桶，大幅度地提高了公司的效益。浮环使用出现的问题分析•1拆氨压缩机机组缸体对浮环密封专项检查，发现浮环密封件有明显损伤痕迹，导致浮环密封不严密，且发现压缩机缸水平中分面处发现有大量密封油存在，密封油泄漏至缸内。2当浮环有损坏或压缩机缸水平中分面密封不严时，密封油就开始向缸内流入。与此同时，大量的密封油就会进入氨冷用户，使各氨用户氨冷效果明显降低。3逐个排查氨冷器的导淋，发现油比以前增加了许多，氨冷效果非常差，导致合成塔进口氨含量增加，氨净值锐减。4用油量的增加：由3桶增至14桶，增加了公司的消耗。5拆冰机缸体进行更换浮环密封，严格检查压缩机缸体水平中分面的密封情况，消除氨压缩机的密封油大量泄漏情况，为公司稳产高产垫下伏笔。油进缸机理及处理•机理一：高位油槽漫液•机组在正常运行过程中高位油槽维持在一定液位，如机组缸内压力下降太快或高位油槽液位调节阀失灵，容易引起高位油槽液位过高，密封油顺着参考气管道流入缸内。我厂气氨压缩机组，在一次断仪表空气停车过程中，操作工处理不及时，造成高位油槽漫液，致使大量密封油从参考气管线窜进缸内。•对策：通过实践经验，我觉得在参考气管线上装一个类似止逆阀的溢流止回阀就可以解决此问题油进缸机理及处理•机理二、污油收集器液位满•气氨压缩机在2002年期间机组缸内排污阀排油较多，经分析为密封油漏进缸内。因浮环在不久前已经检修过排除密封油从浮环漏进缸内的可能。经仔细检查找出原因，原来污油收集器液位指示器坏，虽然其值显示液位正常，但是实际上液位已满，密封污油从参考气管线进入缸内。•对策：密封油污油收集器原液位计安装位置不合理，重新改造，彻底决因收集器液位高造成漏油问题油进缸机理及处理•机理三，污油收集器出口孔板堵•两台压缩机组密封油收集器参考气出口管上均装有一直径5mm的限流孔板，在实际运行中此限流孔板会被污油中的油垢堵塞，从而造成参考气的放空量减少，放空气量的减少势必会造成两个后果：一、通过迷宫齿的泄漏气量的速度减少，二、通过平衡气的参考气量加大。据有关资料介绍如果通过迷宫齿的泄漏气量的速度小于1m/s时，密封油就会顺迷宫齿漏油进缸机理及处理•进缸内。通过平衡气管线的气量如果加大，则气体在管内的流速就会增加，这样密封污油极易被气体带走，从轴端漏进缸内。•对策：平常对平衡管线的温度注意，如果温度有变化，就说明平衡管线内的气体流量就有变化，另外，在不同的负荷下记下参考气压力，这对逆判断限流孔板大有用处。油进缸机理及处理•机理四，密封污油回油不畅•气氨压缩机从近几年运行情况来看，冬季缸体排出污油明显大于夏季。这说明冬季浮环污油进缸大于夏季，这是什么原因呢？经过检查，机组上各部件均正常。从工艺上分析各参数也在均正常指标内，我们对两侧污油回收量进行了统计，发现冬季污油回收量油量少于夏季污油回收量油量。油进缸机理及处理•进一步分析原因可能是冬季现场环境温度低，油粘度大，油流较慢，造成回油不畅，密封污油通过梳齿及平衡气管线流入缸内。•对策：1，我们将密封进油温度由45度提高到50度，从而使密封污油回油温度提高，实践证明进缸污油明显减少。•2，在污油回油管线上配一保温蒸汽，可彻底解决此问题。油进缸机理及处理•机理五，内浮环内径磨损•通过内浮环的密封污油其流量是与浮环与轴之间间隙的3次方成正比的。间隙越大，浮环漏油量势必增大。因污油回油量一定，密封污油过多会从轴端通过迷宫梳齿流向缸内。•氢氮压缩机高压缸浮环在2005年大修过程中就发现内浮环间隙增大，油进缸