針對使用條件，進行了某風機用干氣密封的結構設計，計算了干氣密封的性能參數，確定了螺旋槽的幾何參數；為了驗證該干氣密封的密封性能，進行了試驗研究，試驗結果與理論計算結果吻合較好。

　　引言

　　隨著現代工業的發展，風機用軸封發生了很大的變化，從迷宮密封、分瓣環密封和浮環密封、接觸式機械密封到非接觸式機械密封，密封技術取得了很大的進步。干氣密封是20世紀60年代末期在氣體動壓軸承的基礎上通過對機械密封進行根本性改進發展起來的一種非接觸式機械密封，其優點是泄漏量小，能實現介質的零泄漏，而且在運行時兩端面之間形成氣膜，端面不接觸，因此功率消耗小，工作穩定性好，使用壽命長；常用于工況復雜、不允許泄漏的封氣場合。

　　某企業風機的軸封為雙端面接觸式機械密封，封液介質為油。經過一段時間的使用，真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)認為該機械密封一直存在不同程度的泄漏，而且端面磨損較嚴重，影響了整個裝置的正常生產，給企業帶來了較大的經濟損失。本文依據原風機的使用工況條件，經過結構設計、理論計算和試驗研究，進行了風機用干氣密封的研制開發。

1、密封設計

　　1.1、工況參數

　　該密封的使用工況參數見表1。

表1 密封使用工況

　　1.2、結構設計

　　為了使風機輸送介質中的易燃和有毒氣體完全無泄漏，而且要保證密封結構和系統相對比較簡單來滿足現場需要，確定密封采用帶有緩沖氣的雙端面結構設計方案，再結合使用工況，進行具體結構設計，其密封結構如圖1所示，主要設計參數見表2。主密封氣和緩沖氣都是由外部引入的工業氮氣，主密封氣壓力為0.6MPa，緩沖氣壓力為0.3MPa，其中緩沖氣的作用是防止介質向外側擴散污染密封端面而影響主密封的正常運行。

表2 主要設計參數

圖1 密封結構

　　1.3、理論計算

　　干氣密封工作時所產生的動壓效應是依靠在密封環高壓側開有若干個一定幾何形狀的型槽來實現的，型槽深度為幾微米。旋轉時，密封氣被向內泵送到型槽根部，在型槽內被壓縮，壓力升高，產生開啟力，推開密封端面，開啟力與由作用在補償環背面的氣體壓力和彈簧力形成的閉合力達到平衡即穩定，此時，流動的氣體在兩個密封端面間形成一層很薄的氣膜，從而實現對介質氣體的密封。由此可知，為了能產生較好的動壓效應，又能保證一定的氣膜剛度和合適的泄漏量，型槽的參數設計是干氣密封設計的關鍵。

2、試驗研究

　　針對所設計的風機用干氣密封，進行了試驗研究，以檢驗設計是否符合要求。本試驗是在我院機械密封試驗裝置上完成的，試驗裝置的最大試驗軸徑為ϕ180mm，試驗轉速為0～3000r/min，變頻電機驅動，可實現無級調速。

　　試驗方案如圖3所示。試驗運行過程中，高壓N2分別經減壓閥減壓、過濾器過濾后給試驗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測出。

　　2.1、試驗內容

　　干氣密封的試驗分為四個階段，分別是靜態試驗、動態試驗、目測檢查和確認試驗。本試驗的主要內容如下。

　　(1)靜態試驗：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)動態試驗：第一步，緩沖氣壓力為0MPa，主密封氣壓力為0.6MPa，將轉速緩慢增至980r/min，運行15min，泄漏量達到穩定后，記錄泄漏量；第二步，將轉速增至1130r/min，運行15min，記錄泄漏量；第三步將轉速降至980r/min，運行1h，每隔5min記錄一次泄漏量；第四步，將緩沖氣壓力增至0.3MPa，運行15min，記錄泄漏量；最后，將緩沖氣壓力降為0，完成連續兩次的停車和啟動，啟動后轉速增至980r/min，達到穩定后，記錄泄漏量。

　　(3)目測檢查：動態試驗完成后，拆卸密封，檢查密封端面磨損情況及其他部件狀況。

　　(4)確認試驗：重新組裝密封，裝至試驗臺，重復靜態試驗步驟，記錄泄漏量。

　　2.2、試驗結果

　　試驗完成后，其試驗結果見表4、表5和表6。由下述試驗結果可知，該干氣密封能完全滿足設計要求，并能滿足文獻中規定的性能要求。當緩沖氣壓力為0時，其單個密封端面的動態試驗泄漏量為0.08m³/h，略大于理論泄漏量0.067m3/h，誤差較小。

表4 干氣密封靜態試驗記錄

表5 干氣密封動態試驗記錄

表6 干氣密封確認試驗記錄

3、結論

　　(1)針對風機使用工況條件，進行了其干氣密封設計，采用帶有緩沖氣的雙端面密封結構。

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

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