Что такое сухие газовые уплотнения?

В сфере вращающихся машин эффективное уплотнение технологических газов имеет первостепенное значение для обеспечения оптимальной производительности и надежности. Сухие газовые уплотнения стали широко распространенным решением для уплотнения, предлагая явные преимущества по сравнению с традиционными уплотнениями с жидкой смазкой.

В этой записи блога мы подробно рассмотрим тонкости сухих газовых уплотнений, изучим их конструкцию, принципы работы и применение в различных отраслях промышленности.

Что такое сухие газовые уплотнения?

Сухие газовые уплотнения — это тип бесконтактных уплотнений. механическая печать Обычно используется в центробежных компрессорах для предотвращения утечки технологического газа вдоль вращающегося вала. Эти уплотнения работают без необходимости в жидкой смазке, вместо этого полагаясь на тонкую газовую пленку для поддержания зазора между уплотнительными поверхностями. Это разделение достигается за счет комбинации канавок на сопрягаемых кольцах и гидродинамических сил, создаваемых вращением вала.

Сухие газовые уплотнения предлагают ряд преимуществ по сравнению с традиционными мокрыми (смазываемыми маслом) уплотнениями, включая более низкое потребление энергии, снижение риска загрязнения и повышение эффективности компрессора. Они широко используются в различных отраслях промышленности, таких как переработка нефти и газа, нефтехимические заводы и транспортировка газа.

Компоненты сухих газовых уплотнений

• Вращающееся кольцо: Вращающееся кольцо крепится к валу компрессора и имеет прецизионно обработанную поверхность со спиральным рисунком канавок. Этот рисунок помогает генерировать гидродинамическую подъемную силу, необходимую для поддержания зазора между уплотнительными поверхностями во время работы.
• Стационарное кольцо: Стационарное кольцо устанавливается в корпусе уплотнения и имеет гладкую уплотнительную поверхность, которая сопрягается с вращающимся кольцом. Обычно оно изготавливается из твердого износостойкого материала, такого как карбид кремния или карбид вольфрама, чтобы выдерживать суровые условия эксплуатации.
• Система подачи уплотнительного газа: Система подачи уплотнительного газа обеспечивает подачу чистого, сухого газа (обычно азота) под точно контролируемым давлением в полость уплотнения. Этот газ необходим для создания тонкой пленки между уплотнительными поверхностями и предотвращения загрязнения технологическим газом. Система подачи уплотнительного газа обычно включает фильтры, регуляторы давления и клапаны управления потоком для поддержания оптимальной уплотнительной среды.

Помимо этих основных компонентов, сухие газовые уплотнения также включают в себя вторичные уплотнительные элементы, такие как уплотнительные кольца и прокладки, для предотвращения утечек между неподвижными компонентами.

Как работают сухие газовые уплотнения

Сухие газовые уплотнения работают по принципу бесконтактной технологии уплотнения щелевого типа. Уплотнительное действие достигается за счет тонкой пленки сжатого газа, которая протекает между точно изготовленными уплотнительными поверхностями, создавая барьер, предотвращающий утечку.

Уплотнительный газ высокого давления впрыскивается в уплотнительный интерфейс через порты в неподвижном кольце. Когда газ попадает в зазор между вращающимся и неподвижным кольцами, он расширяется и создает профиль давления на уплотнительных поверхностях. Этот профиль давления создает открывающую силу, которая разделяет поверхности небольшим зазором, обычно размером в несколько микрон.

Вращение вала и прикрепленного вращающегося кольца создает гидродинамический эффект внутри газовой пленки. Этот эффект приводит к увеличению давления газа радиально наружу, создавая стабильное, бесконтактное уплотнение между вращающимися и неподвижными компонентами.

Для поддержания оптимального уплотнительного зазора сухие газовые уплотнения полагаются на баланс между силой открытия, создаваемой сжатым газом, и силой закрытия, оказываемой пружинами уплотнения, а также перепадом давления на уплотнительных поверхностях. Система подачи уплотнительного газа непрерывно подает чистый, сухой газ под давлением, немного превышающим давление технологического газа, чтобы обеспечить надежное уплотнение и предотвратить загрязнение.

Утечка газа из первичного уплотнения собирается в камере вторичного уплотнения и безопасно выводится или возвращается обратно в компрессор.

Типы сухих газовых уплотнений

Сухие газовые уплотнения поставляются в различных конфигурациях для удовлетворения различных требований к применению. Три основных типа сухих газовых уплотнений — это одинарные уплотнения, тандемные уплотнения и двойные оппозитные уплотнения.

Одиночные уплотнения

Одинарные сухие газовые уплотнения состоят из одного набора вращающихся и неподвижных колец. Эти уплотнения обычно используются в приложениях с более низкими перепадами давления и менее требовательными условиями эксплуатации. Одинарные уплотнения более компактны и экономичны по сравнению с другими типами сухих газовых уплотнений.

Уплотнительный газ вводится между вращающимися и неподвижными кольцами, создавая тонкую пленку, которая предотвращает прямой контакт между поверхностями. Эта пленка поддерживает стабильный зазор, обеспечивая эффективное уплотнение и минимизируя износ компонентов.

Тандемные уплотнения

Тандемные сухие газовые уплотнения имеют два набора вращающихся и неподвижных колец, расположенных последовательно. Такая конфигурация обеспечивает дополнительный уровень защиты и избыточности, что делает тандемные уплотнения подходящими для более критических применений или сред с более высокими перепадами давления.

В тандемном уплотнении первичное уплотнение выполняет функцию основного уплотнительного элемента, а вторичное уплотнение служит резервным. Если первичное уплотнение выходит из строя или испытывает чрезмерную утечку, вторичное уплотнение берет на себя функцию поддержания герметичности системы.

Уплотнительный газ подается как на первичное, так и на вторичное уплотнение, обеспечивая постоянную и надежную производительность уплотнения. Тандемные уплотнения обеспечивают повышенную безопасность и надежность, поскольку они могут продолжать работать даже при выходе из строя одного из комплектов уплотнительных компонентов.

Двойные противостоящие уплотнения

Двойные оппозитные сухие газовые уплотнения состоят из двух наборов вращающихся и неподвижных колец, расположенных в оппозитной конфигурации. В этой компоновке уплотнительные поверхности расположены спина к спине, а уплотнительный газ подается между ними.

Противоположная конструкция двойных уплотнений обеспечивает выравнивание давления, что помогает минимизировать осевые силы, действующие на уплотнительные компоненты.

Поток уплотняющего газа в двойных оппозитных уплотнениях управляется через ряд портов и каналов внутри корпуса уплотнения. Это обеспечивает равномерное распределение уплотняющего газа и помогает поддерживать стабильный уплотнительный интерфейс между вращающимися и неподвижными компонентами.

Двойные оппозитные уплотнения обеспечивают превосходную эффективность уплотнения и способны выдерживать более высокие перепады давления по сравнению с одинарными и тандемными уплотнениями. Они обычно используются в сложных условиях, таких как компрессоры и насосы высокого давления, где надежная производительность уплотнения имеет решающее значение.

Преимущества сухих газовых уплотнений

Повышенная надежность

Сухие газовые уплотнения обеспечивают значительно более высокую надежность по сравнению с традиционными методами уплотнения. Бесконтактная конструкция сухих газовых уплотнений минимизирует износ, снижая риск отказа и продлевая срок службы уплотнения.

Повышенная эффективность

Сухие газовые уплотнения работают с меньшим зазором между вращающимися и неподвижными компонентами, что приводит к снижению утечек и повышению эффективности уплотнения.

Снижение затрат на техническое обслуживание

Бесконтактная природа сухих газовых уплотнений снижает трение и износ, сводя к минимуму необходимость частого обслуживания и замены деталей. Это преимущество приводит к снижению затрат на обслуживание в течение срока службы оборудования, а также к сокращению простоев, связанных с обслуживанием уплотнений.

Экологические преимущества

Сухие газовые уплотнения обеспечивают более чистое и экологически чистое решение по уплотнению по сравнению с традиционными масляными уплотнениями. Используя инертный газ в качестве уплотнительной среды, сухие газовые уплотнения исключают риск утечки масла и загрязнения, помогая минимизировать воздействие оборудования на окружающую среду.

Недостатки сухих газовых уплотнений

Более высокая первоначальная стоимость

Передовые технологии и точность производства, необходимые для сухих газовых уплотнений, часто приводят к более высокой первоначальной стоимости по сравнению с традиционными методами герметизации.

Чувствительность к загрязняющим веществам

Сухие газовые уплотнения более чувствительны к загрязняющим веществам в уплотняющем газе по сравнению с традиционными уплотнениями. Частицы, жидкости или другие примеси в подаче газа могут повредить уплотнительные поверхности, что приведет к преждевременному выходу из строя.

Ограниченный диапазон температур

Сухие газовые уплотнения имеют более ограниченный диапазон рабочих температур по сравнению с некоторыми традиционными методами уплотнения. Материалы, используемые в сухих газовых уплотнениях, могут не подходить для экстремально высоких или низких температур, что ограничивает их использование в определенных отраслях или процессах.

Применение сухих газовых уплотнений

Центробежные компрессоры

Сухие газовые уплотнения широко используются в центробежных компрессорах, особенно в нефтегазовой промышленности. Они обеспечивают надежную и эффективную герметизацию для приложений с высоким давлением и высокой скоростью, гарантируя оптимальную производительность компрессора и минимизируя утечку газа.

Турбомашиностроение

Сухие газовые уплотнения находят применение в различных турбомашинах, таких как паровые турбины, газовые турбины и расширители. Они обеспечивают превосходную производительность уплотнения, снижение потерь на трение и повышенную эффективность по сравнению с традиционными технологиями уплотнения.

Нефтехимическая переработка

На нефтехимических заводах сухие газовые уплотнения используются в насосах, смесителях и другом вращающемся оборудовании. Они помогают поддерживать чистоту процесса, предотвращают утечку опасных или ценных жидкостей и способствуют общей безопасности и эффективности завода.

Промышленные газы

Сухие газовые уплотнения используются при производстве, хранении и транспортировке промышленных газов, таких как водород, азот и кислород. Их бесконтактная конструкция и совместимость с различными типами газов делают их пригодными для поддержания целостности и чистоты газов на протяжении всего процесса.