針對使用條件，進(jìn)行了某風(fēng)機(jī)用干氣密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算了干氣密封的性能參數(shù)，確定了螺旋槽的幾何參數(shù)；為了驗(yàn)證該干氣密封的密封性能，進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果吻合較好。

　　引言

　　隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，風(fēng)機(jī)用軸封發(fā)生了很大的變化，從迷宮密封、分瓣環(huán)密封和浮環(huán)密封、接觸式機(jī)械密封到非接觸式機(jī)械密封，密封技術(shù)取得了很大的進(jìn)步。干氣密封是20世紀(jì)60年代末期在氣體動(dòng)壓軸承的基礎(chǔ)上通過對機(jī)械密封進(jìn)行根本性改進(jìn)發(fā)展起來的一種非接觸式機(jī)械密封，其優(yōu)點(diǎn)是泄漏量小，能實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的零泄漏，而且在運(yùn)行時(shí)兩端面之間形成氣膜，端面不接觸，因此功率消耗小，工作穩(wěn)定性好，使用壽命長；常用于工況復(fù)雜、不允許泄漏的封氣場合。

　　某企業(yè)風(fēng)機(jī)的軸封為雙端面接觸式機(jī)械密封，封液介質(zhì)為油。經(jīng)過一段時(shí)間的使用，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為該機(jī)械密封一直存在不同程度的泄漏，而且端面磨損較嚴(yán)重，影響了整個(gè)裝置的正常生產(chǎn)，給企業(yè)帶來了較大的經(jīng)濟(jì)損失。本文依據(jù)原風(fēng)機(jī)的使用工況條件，經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、理論計(jì)算和試驗(yàn)研究，進(jìn)行了風(fēng)機(jī)用干氣密封的研制開發(fā)。

1、密封設(shè)計(jì)

　　1.1、工況參數(shù)

　　該密封的使用工況參數(shù)見表1。

表1 密封使用工況

　　1.2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　為了使風(fēng)機(jī)輸送介質(zhì)中的易燃和有毒氣體完全無泄漏，而且要保證密封結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)相對比較簡單來滿足現(xiàn)場需要，確定密封采用帶有緩沖氣的雙端面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，再結(jié)合使用工況，進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其密封結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。主密封氣和緩沖氣都是由外部引入的工業(yè)氮?dú)�，主密封氣壓力�?.6MPa，緩沖氣壓力為0.3MPa，其中緩沖氣的作用是防止介質(zhì)向外側(cè)擴(kuò)散污染密封端面而影響主密封的正常運(yùn)行。

表2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

圖1 密封結(jié)構(gòu)

　　1.3、理論計(jì)算

　　干氣密封工作時(shí)所產(chǎn)生的動(dòng)壓效應(yīng)是依靠在密封環(huán)高壓側(cè)開有若干個(gè)一定幾何形狀的型槽來實(shí)現(xiàn)的，型槽深度為幾微米。旋轉(zhuǎn)時(shí)，密封氣被向內(nèi)泵送到型槽根部，在型槽內(nèi)被壓縮，壓力升高，產(chǎn)生開啟力，推開密封端面，開啟力與由作用在補(bǔ)償環(huán)背面的氣體壓力和彈簧力形成的閉合力達(dá)到平衡即穩(wěn)定，此時(shí)，流動(dòng)的氣體在兩個(gè)密封端面間形成一層很薄的氣膜，從而實(shí)現(xiàn)對介質(zhì)氣體的密封。由此可知，為了能產(chǎn)生較好的動(dòng)壓效應(yīng)，又能保證一定的氣膜剛度和合適的泄漏量，型槽的參數(shù)設(shè)計(jì)是干氣密封設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

2、試驗(yàn)研究

　　針對所設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)用干氣密封，進(jìn)行了試驗(yàn)研究，以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否符合要求。本試驗(yàn)是在我院機(jī)械密封試驗(yàn)裝置上完成的，試驗(yàn)裝置的最大試驗(yàn)軸徑為ϕ180mm，試驗(yàn)轉(zhuǎn)速為0～3000r/min，變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。

　　試驗(yàn)方案如圖3所示。試驗(yàn)運(yùn)行過程中，高壓N2分別經(jīng)減壓閥減壓、過濾器過濾后給試驗(yàn)密封源源不斷地提供主密封氣和緩沖氣，主密封氣的泄漏量可由流量計(jì)測出。

　　2.1、試驗(yàn)內(nèi)容

　　干氣密封的試驗(yàn)分為四個(gè)階段，分別是靜態(tài)試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)、目測檢查和確認(rèn)試驗(yàn)。本試驗(yàn)的主要內(nèi)容如下。

　　(1)靜態(tài)試驗(yàn)：首先緩沖氣壓力為0MPa，主密封氣壓力為0.6MPa，保壓10min，記錄泄漏量；再將主密封氣壓力分別為0.45MPa、0.3MPa和0.15MPa，各保壓5min，記錄泄漏量。

　　(2)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)：第一步，緩沖氣壓力為0MPa，主密封氣壓力為0.6MPa，將轉(zhuǎn)速緩慢增至980r/min，運(yùn)行15min，泄漏量達(dá)到穩(wěn)定后，記錄泄漏量；第二步，將轉(zhuǎn)速增至1130r/min，運(yùn)行15min，記錄泄漏量；第三步將轉(zhuǎn)速降至980r/min，運(yùn)行1h，每隔5min記錄一次泄漏量；第四步，將緩沖氣壓力增至0.3MPa，運(yùn)行15min，記錄泄漏量；最后，將緩沖氣壓力降為0，完成連續(xù)兩次的停車和啟動(dòng)，啟動(dòng)后轉(zhuǎn)速增至980r/min，達(dá)到穩(wěn)定后，記錄泄漏量。

　　(3)目測檢查：動(dòng)態(tài)試驗(yàn)完成后，拆卸密封，檢查密封端面磨損情況及其他部件狀況。

　　(4)確認(rèn)試驗(yàn)：重新組裝密封，裝至試驗(yàn)臺(tái)，重復(fù)靜態(tài)試驗(yàn)步驟，記錄泄漏量。

　　2.2、試驗(yàn)結(jié)果

　　試驗(yàn)完成后，其試驗(yàn)結(jié)果見表4、表5和表6。由下述試驗(yàn)結(jié)果可知，該干氣密封能完全滿足設(shè)計(jì)要求，并能滿足文獻(xiàn)中規(guī)定的性能要求。當(dāng)緩沖氣壓力為0時(shí)，其單個(gè)密封端面的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)泄漏量為0.08m³/h，略大于理論泄漏量0.067m3/h，誤差較小。

表4 干氣密封靜態(tài)試驗(yàn)記錄

表5 干氣密封動(dòng)態(tài)試驗(yàn)記錄

表6 干氣密封確認(rèn)試驗(yàn)記錄

3、結(jié)論

　　(1)針對風(fēng)機(jī)使用工況條件，進(jìn)行了其干氣密封設(shè)計(jì)，采用帶有緩沖氣的雙端面密封結(jié)構(gòu)。

　　(2)密封端面槽型采用螺旋槽，通過理論計(jì)算，得出了螺旋槽的幾何參數(shù)值；并計(jì)算了該槽型在運(yùn)行條件下的理論泄漏量。

　　(3)對該干氣密封進(jìn)行了試驗(yàn)研究，通過試驗(yàn)測出的實(shí)際泄漏量略大于理論泄漏量，但誤差較小。