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干气密封系统遭受油污染原因的分析及措施

贺威 陶冶 冯海林/沈阳鼓风机集团有限公司徐洪海/浙江上虞市产品质量监督检验所    

摘要:干气密封受到润滑油的污染后极易损坏,即使按照干气密封的使用说明操作也未必能避免此情况出现,本文就其可能的原因进行了分析并提出了相应的保护措施。
关键词:干气密封、污染、润滑油

中图分类号: TH136 文献标识码:B
Abstract:The dry gas seal can be damaged easily as be polluted by lube oil. The case could not be avoided completely even when you refer to the instruction. Why?Here is some possibility and protective measures that are suggested in order to discuss together.
Keyword:dry gas seal, pollution, lube oil
0 引言
  干气密封是一种新型的无接触轴封,由它来密封旋转机械中的气体或液体介质。与其它密封相比,干气密封具有泄漏量少,磨损小,寿命长,能耗低,操作简单可靠,维修量低,被密封的流体不受油污染等特点。因此,在压缩机应用领域,干气密封正逐渐替代浮环密封、迷宫密封和油润滑机械密封。干气密封使用的可靠性和经济性已经被许多工程应用实例所证实。但是一旦干气密封本身受到润滑油的污染就极易损坏,因此如何保护干气密封不遭受油污染就显得意义重大。
1  干气密封的工作原理
  干气密封和普通平衡型机械密封相似,也由静环和动环组成,其中:静环由弹簧加载,并靠O型圈辅助密封。端面材料可采用碳化硅、氮化硅、硬质合金或石墨。干气密封动环端面开有气体槽,气体槽深度仅有几微米,端面间必须有洁净的气体,以保证干气密封工作时在两个端面之间形成一个稳定的气膜使密封端面完全分离。气膜厚度一般为几微米,这个稳定的气膜可以使密封端面间保持一定的密封间隙。气体介质通过密封间隙时靠节流和阻塞的作用而被减压,从而实现气体介质的密封,几微米的密封间隙使气体的泄漏率保持在最小。

2.受到油污染后的故障表现及后果
  当干气密封动静环断面之间有油存在时,油就会在动静环之间形成一层几微米厚的油膜,这层油膜使动环端面上的气槽丧失吸入气体的工作能力。但这还不足以造成机内介质气体的外泄,因为有油膜阻碍了气体。真正的原因在于动静环之间摩擦产生的热量被中间的油膜吸收,但是并没有散热的地方,持续升温导致动静环由于过热产生脆裂,最终使干气密封报废。
3.原因分析
  干气密封位于轴端密封与支撑轴承之间,内可防止介质气体外漏,外可起到隔离润滑油的作用。主要靠的是干气密封前端的带有隔离气梳齿密封来隔离润滑油的(见图2)。
正常情况下,隔离气经过音速孔板节流后压力控制在20kPa左右。隔离气需要在主油泵开启之前提供,停车后待高位油箱里的油排净后方可关闭。如果未能及时投用隔离气,或中途隔离气停供,就可能出现油进入干气密封的情况。因此在现场操作中,必须要严格按照该步骤进行。

  一般如果发生油污染了干气密封的情况,通常是操作不当或是干气密封外侧密封胶圈损坏或者密封区为水平剖分且贴合面不严所致,这些原因都可以通过更换胶圈或正确操作来避免。但是有的时候在操作步骤正确的情况下还可能出现油进入干气密封的情况。
  以一个现场为例,操作工曾经在一级密封气放火炬的管道里发现了油迹,并确定就是设备的润滑油。后来设备检修时检查干气密封最外圈的密封圈,全部完好并且没有油渗透的迹象,在梳齿密封内部明显有一层油。该风机为筒型压缩机,不存在中分面不严的可能。启车与停车步骤均按照操作规程进行,隔离气(氮气)气源稳定。干气密封厂家服务人员分析,唯一的可能性就是油通过梳齿密封沿着黑线的路径进入到放火炬孔内(图2黑线所示路径)。也就是说隔离气密封失去了隔离油的作用。
  那么是什么原因造成隔离气正常投用的情况下依旧封不住油的呢?在扩大排查范围之后,发现该侧润滑油压力为0.16Mpa,高于正常使用范围0.09~0.13MPa。排污阀排放频率较低,大约1~2个月排污一次,并且每次排放均能发现一定量的油排出。由此推测润滑油压过高,油的流量大,不断冲刷着干气密封外侧第一道轴肩处,就会有一部分油顺着轴下方流淌到隔离气梳齿密封附近。回油量的增加使回油液位有了一定的提升,波动的液位在最高值时甚至高过了梳齿密封最下端的密封齿。虽然有隔离气存在,但是梳齿密封下方存在的油的阻力使气体并非均匀的沿着密封间隙向外流,而是倾向于阻力较小的上方空隙,从而产生上面排气下面进油的情况。油漫过梳齿密封后就到了二次密封气放空和排污的空腔内,加之排污阀排污的频率或间隔不能及时的将流过来的油排放掉,油便毫不费力的沿转定子部件之间缝隙进入到二级密封气动静环所在的腔体内部。一部分油从静环背部的弹簧区绕到放火炬环槽里,另一部分油受到旋转产生的离心力的作用,沿着动静环贴合面渗到放火炬环槽里。来自一级密封和二级密封的气体向外排放时,便将油带到了放火炬管道里面。
  另外二级密封气放空管阻力的大小和轴承区放空管阻力的大小可能也是造成隔离气封不住油的一个原因。若二级密封气放空管阻力小而轴承区放空管阻力大,一旦轴承区内压力大于放空腔内的压力,那么隔离气更多的是朝向阻力小的一侧流动,从而减少了起到隔离油作用的气量。
4.解决措施
  要想从根本上解决干气密封遭受油污染的问题,需要从操作和维护两方面入手。
在操作上,第一要调节支撑轴承润滑油支管的供油压力,只要能满足轴承温度要求,尽量降低油压,降低油从阻油环中泄油的流量。第二要经常性地打开排污阀,检查内部是否有油。第三要确保轴承区内气压不至造成隔离气受阻,能直排的直排到厂房里,有防爆要求的则要尽量减少管道的阻力元件,必要时接排风机。
在维护上,每次检修时要对干气密封内外圈胶圈进行更换,检查梳齿密封齿顶是否磨损,有磨损要及时更换备件,保证密封间隙。清理干气密封表面,不得有油渍存在。从干气密封控制盘到密封环槽之间的管路都要确保清洁,可能的情况下进气管要脱油处理。及时更换进气过滤器。

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  评论人:uteudoykhq   打分:85 分  发表时间:2015-6-30 12:48:06
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