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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划迷宫密封材料(共5篇)ATLAS离心式压缩机迷宫密封国产化改造摘要：通过对中国石化股份公司巴陵分公司己内酰胺生产使用的进口多级离心式压缩机轴封状况剖析，结合大修阶段备件库存状况，通过大胆实践，采用国产部件对该压缩机组一、二、三级轴封实施国产化改造，本文从密封机理，材料选用，工艺状况以及实际运行参数多方面论证实施国产化改造的可行性与必要性。关键词：离心式压缩机迷宫密封国产化1.前言XX年3月15日，中国石化股份公司巴陵分公司化工片三年一次的大修开始了，检修准备应该是比较充分的，检修前，
2、维修人员对空气压缩机K6601机组的状况进行了详细的了解，由于检修前很短的时间内一级涡壳处曾出现一次漏油并导致局部着火，当时大家在事故分析时就指出：压缩机的迷宫式轴密封可能已经失效，必须进行检查必要时要求更换。由于时间紧，采购进口备件没有充足的时间，在库存又没有的情况下必须走国产化道路。大修解体发现迷宫密封间隙严重超标，果断实施了原定改造计划。2.迷宫密封的工作原理、密封机理与结构迷宫密封的工作原理迷宫密封是在转轴周围设若干个依次排列的环行密封齿，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。迷宫密封的应用由于迷宫密封的转子和机壳间存在间
3、隙，无固体接触，毋须润滑，并允许有热膨胀，适应高温、高压、高转速频率的场合，这种密封形式被广泛用于汽轮机、燃汽轮机、压缩机、鼓风机的轴端和的级间的密封，其他的动密封的前置密封。迷宫密封的密封机理流体通过迷宫产生阻力并使其流量减少的机能称为“迷宫效应”。对液体，有流体力学效应，其中包括磨阻效应、流束收缩效应；对气体，还有热力学效应，即气体在迷宫中因压缩或者膨胀而产生的热转换；此外，还有“透气效应”等。而迷宫效应则是这些效应的综合反应，所以说，迷宫密封机理是很复杂的。(1)摩阻效应泄漏液体在迷宫中流动时，因液体粘性而产生的摩擦，使流速减慢流量减少。简单说来，流体沿流道的沿程摩擦和局部磨阻构成了磨阻
4、效应，前者与通道的长度和截面形状有关，后者与迷宫的弯曲数和几何形状有关。一般是：当流道长、拐弯急、齿顶尖时，阻力大，压差损失显著，泄漏量减小。(2)流束收缩效应由于流体通过迷宫缝口，会因惯性的影响而产生收缩，流束的截面减小。设孔口面积为A，则收缩后的流束最小面积为CcA，此处Cc是收缩系数。同时，气体通过孔口后的速度也有变化，设在理想状态下的流速为U,实际流速比U小，令Cd为速度系数，则实际流速U1为：U1=CdU于是，通过孔口的流量Q为：Q=CcCdAU式中Cc?Cd=。迷宫缝口的流量系数，与间隙的形状，齿顶的形状和壁面的粗糙度有关。对非压缩性流体，还与雷诺数有关；对压缩性流体，还与压力比和
5、马赫数有关。同时，对缝口前的流动状态也有影响。因此在复杂型式的迷宫里，不能把一个缝口的流量系数当作所有缝口的流量系数。根据试验，第一级的流量系数小一些，第二级以后的缝口流量系数大一些，一般流量系数常取1。但是尖齿的流量系数比1小，约在左右，圆齿的流量系数接近于1，通常取=1，计算的泄漏量是偏大。(3)热力学效应理想的迷宫流道模型，它是由一个个环形齿隙和齿间空腔串联而成的。气体每通过一个齿隙和齿间空腔的流动可描述如下：在间隙入口处，气体状态为P0，T0和零开始，气体越接近入口，气流越是收缩和加速，在间隙最小处的后面不远处，气流获得最大的速度；当进入空腔，流速截面突然扩大，并在空腔内形成强烈的旋涡
6、。从能量观点来看，在间隙前后，气流的压力能转变为动能。同时，当温度下降，气体以高速进入两齿之间的环行腔室时，体积突然膨胀产生剧烈旋涡。涡流摩擦的结果，使气流的绝大部分动能转变为热能，被腔室中的气流所吸收而升高温度，热焓又恢复到接近进入间隙前的值，只有小部分动能仍以余速进入下一个间隙，如此逐级重复上述过程。(4)透气效应在理想迷宫中，认为通过缝口的气流在膨胀室内动能，全部变成热能。也就是说，假定到下一个缝口时的渐近速度等于零，但这只是在膨胀室特别宽阔和特别长时才成立。在一般直通迷宫中，由于通过缝口后的气流只能向一侧扩散，在膨胀室内不能充分的进行这种速度能(动能)向热能的能量转换，而靠光滑壁一侧有
7、一部分气体速度不减小或者只略微减小，直接越过各个齿顶流向低压侧，把这种一掠而过的现象称为“透气效应”。迷宫密封密封函的结构图该压缩机采用直通型迷宫密封，图一为密封函结构图：图一密封函结构图3.直通型迷宫密封的特点由于在轴表面加工沟槽或各种形状的齿要比孔内加工容易，因此常把孔加工成光滑面，与带槽或带齿的轴组成迷宫，这就是直通型迷宫，因制作方便，所以直通型迷宫应用最广。但是，直通型迷宫存在着透气现象，其泄漏量大于理想迷宫的泄漏量。迷宫特性的影响因素：(1)齿的影响。根据国外所进行的试验得出：齿距一定时，齿数越多，泄漏量越少。齿距改变时，齿距越大，泄漏量会急剧下降，同时还可以减少透气现象的影响。图二
8、中所示叶轮后轴上整体装配有密封齿套，齿数多达50个以上。图二叶轮后轴上整体装配的密封齿套图(2)膨胀室的影响。国外对膨胀室深度的影响进行过试验研究，结论是浅的膨胀室对减少泄漏量有利。根据对膨胀室流动状态的观察，认为浅膨胀室中的旋涡是不稳定的。由于旋涡能很快地把能量耗尽，所以膨胀室的渐近速度减小，起到减小泄漏的效果。(3)副室的影响。所谓“副室”是指直通型迷宫光滑面上开的附属槽，开槽后迷宫中的流动状态立即发生明显的变化。试验证明，只要副室的位置恰当，泄漏量的减少率是相当大的。4.密封国产化必要性与可行性设备基本情况介绍该压缩机为德国AtlasCopco公司产品，离心式空气压缩机，采用三级压缩，出
9、口压力为，出口温度215，驱动为蒸汽透平与膨胀透平相结合的形式，每小时流量22500标准立方，压缩机一、二、三级轴封采用迷宫密封，一级转子单独一根轴，二、三级转子共用一根轴。二级入口压力bar，三级入口压力bar。密封处压缩机局部三维透视图见图三：图三密封处压缩机局部三维透视图轴封基本情况介绍前面提到，该压缩机轴封采用迷宫式密封，1992年9月投用，1998年曾更换过轴封的密封函部分，XX年3月机组大修时再次发现局部组装间隙超标，必须更换密封函部分。迷宫式密封的密封齿部分与轴采用过盈配合，材质硬度较高，一般采用含铬合金钢，在检修与使用过程中不易损坏和磨损，而密封函的内表层很薄的一部分，采用软合
10、金复合到密封函上，目的是避免因运转过程中非正常接触造成密封齿的损坏。本文所涉及的压缩机轴封周向间隙只有，要求制造精度非常高，同时对设备运行稳定可靠要求也极高。这样的设计和结构具有良好的密封性能；即使产生接触与密封配合面的摩擦阻力小；磨损后在一定程度上能自动补偿，使用寿命长；与环境介质及工迷宫密封的形式及特点和用途一、密封的作用及分类离心式压缩机若要获得良好的运行效果必须在转子与定子间保留一定间隙以避免其间的摩擦磨损以及碰撞损坏等故障的发生同时由于间隙的存在自然会引起级间和轴端的泄漏现象泄漏不仅降低了压缩机的工作效率而且还将导致环境污染甚至着火爆炸等事故因此泄漏现象是不允许产生的密封就是保留转子
11、与定子间有适当间隙的前提下避免压缩机级间和轴端泄漏的有效措施根据压缩机的工作温度压力和气体介质有无公害等条件则密封可选用不同的结构形式并通称它为密封装置.密封装置按结构特点可分为抽气式迷宫式浮环式机械式和螺旋式等5种形式一般有毒易燃易爆气体应选用浮环式机械式螺旋式以及抽气式等密封装置如果气体无毒无害升压较低则可选用迷宫式密封装置二、迷宫密封装置的结构特点迷宫密封的型式有：直通形迷宫、复合直通形迷宫、参差形迷宫、阶梯形迷宫等四种。图1a为直通形迷宫，结构简单，形状很像梳齿，密封有很大的直通效应。图1b为复合直通形迷宫，是台阶和梳齿复合组成的,使密封性能有所改善，但加工复杂，直通效应减弱。图1c为
12、参差形迷宫，齿间有足够的距离，膨胀腔愈大，密封效果较好。图1d为阶梯形迷宫，结构在径向尺寸上有所变化，适用于径向-轴向密封。图1迷宫密封的形式三迷宫密封的工作原理为说明迷宫密封装置的密封原理我们首先对气体在密封中的流动状态进行分析当气体流过密封齿与轴表面构成的间隙时气流受到了一次节流作用气流的压力和温度下降而流速增加经过间隙之后是两密封齿形成的较大空腔如图3-5所示气体在这一空腔容积增加速度下降并形成旋涡流动产生一定的热能因此气体在这一空腔使温度又回到了节流之前气体每经过一次间隙和随后的较大空腔气流就受到一次节流和扩容作用随着气体流经间隙和空腔数量的增多以及间隙值的减小气体的流速和压降越来越大
13、待压力降至近似背压时气体不再继续外流从而实现了气体的密封图2迷宫密封的工作原理四迷宫密封的形式及其特点和用途在泄漏通道内由许多齿或槽组成迷宫式的间隙，对被密封产生节流效应而起密封作用，这种密封形式叫迷宫密封。它具有在高速条件下有良好的密封性能，不需润滑，无摩擦，维修简单，使用寿命长，不需要采用其他密封材料的优点。但是加工精度高，难于装配。它主要用于密封气体，在汽轮机，燃气轮机、压缩机、鼓风机的轴端和级间均广泛采用迷宫密封。对一般密封所不能胜任的高温、高压、高速和大尺寸密封部位特别有效。图1a为直通形迷宫，结构简单，形状很像梳齿，密封有很大的直通效应。图1b为复合直通形迷宫，是台阶和梳齿复合组成
14、的,使密封性能有所改善，但加工复杂，直通效应减弱。图1c为参差形迷宫，齿间有足够的距离，膨胀腔愈大，密封效果较好。图1d为阶梯形迷宫，结构在径向尺寸上有所变化，适用于径向-轴向密封。图1迷宫密封的形式迷宫密封的工作原理：由于在转轴的周围依次排列着许多环形密封齿，当气体经过每一个密封齿时，气流经间隙高速进入环形空腔后，突然膨胀而产生强烈的漩涡，使气流的大部分能量转化为热量而散失掉，使焓值恢复到接近于间隙前的值，这时气体压力逐级下降，从而达到密封的效果，如图2所示。图2迷宫密封的工作原理文章迷宫密封迷宫密封是在转轴周围设若干个依次排列的环行密封齿，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质
15、在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的。由于迷宫密封的转子和机壳间存在间隙，无固体接触，毋须润滑，并允许有热膨胀，适应高温、高压、高转速频率的场合，这种密封形式被广泛用于汽轮机、燃汽轮机、压缩机、鼓风机的轴端和的级间的密封，其他的动密封的前置密封。一、迷宫密封的密封机理流体通过迷宫产生阻力并使其流量减少的机能称为“迷宫效应”。对液体，有流体力学效应，其中包括水力磨阻效应、流束收缩效应;对气体，还有热力学效应，即气体在迷宫中因压缩或者膨胀而产生的热转换;此外，还有“透气效应”等。而迷宫效应则是这些效应的综合反应，所以说，迷宫密封机理是很复杂的。1、摩阻效泄露液流在迷宫中流动时，因液体粘性而产生的摩擦，使流速减慢流量(泄露量)减少。简单说来，流体沿流道的沿程摩擦和局部磨阻构成了磨阻效应，前者与通道的长度和截面形状有关，后者与迷宫的弯曲数和几何形状有关。一般是：当流道长、拐弯急、齿顶尖时，阻力大，压差损失显著，泄露量减小。2、流束收缩效应由于流体通过迷宫缝口，会因惯性的影响而产生收缩，流束的截面减少。设孔口面积为A，则收缩后的流束最小面
