离心式压缩机的密封装置介绍——迷宫密封与浮环密封

离心式压缩机的转子和定子，一个高速旋转，而另一个固定不动，两者之间必定具有一定的间隙，因此就一定会有气体在机器内部由一个部位泄漏到另一个部位，同时还向机器外部（或内部）进行泄漏。为了减少或防止气体的这些泄漏，需要设置密封装置。

离心式压缩机的密封种类很多。按其安置的位置可分为内部密封（级间密封、中间密封）和外部密封（轴端密封），前者防止机器内部通流部分各空腔之间的泄漏，如轮盖、定距套和平衡盘上的密封；后者防止或减少气体由机器向外界泄漏或由外界向机器内部泄漏（机器内部气体的压强低于外界的气压），如吸入侧首级叶轮密封和末级叶轮出口密封。

按其密封原理可分为气封和液封。在气封中有迷宫密封和充气密封；在液封中有固定式密封、浮环式密封和固定内装式机械密封以及其他液体密封。

密封的结构形式与压力、介质及其密封的部位有关，一般级间密封均采用迷宫密封，平衡盘上的气封往往采用一种蜂窝形的迷宫密封。化工压缩机中有毒、易燃易爆介质的密封，多采用液体密封、抽气密封或充气密封。对高压、有毒、易燃易爆气体如氨气、甲烷、丙烷、石油气和氢气等，不允许外漏，其轴端密封则采用浮环密封、机械密封、抽气密封或充气密封。当压缩的气体无毒，如空气、氮气等，允许有少量气体泄漏时，也可采用迷宫式轴端密封。

化工生产中的离心式压缩机常用的密封有迷宫密封、浮环密封、机械密封和干气密封等，另外，近几年又出现了一种新型的磁流体密封。

1 迷宫密封

迷宫密封一般为梳齿状的结构，故又称梳齿密封。迷宫密封中气体的流动如图1所示。气体在梳齿状的密封间隙中流过时，由于流道狭直，所以气体的压力和温度都下降，而速度增加，即一部分静压能转变为动能。当气体进入梳齿之间的空腔时，由于流道的截面积突然扩大，这时气流形成很强烈的漩涡，速度几乎完全消失，动能转变成热能，使气体上升到原来的温度，而空腔中仍保持间隙后的压力。气体依次通过各梳齿，压力不断降低，从而达到密封的目的。所以迷宫密封是将气体压力转变为速度，然后再将速度降低，达到内外压力趋于平衡，从而减少气体由高压向低压泄漏。

图1 迷宫密封中气体的流动

迷宫密封的结构多种多样，压缩机内采用较多的有以下几种。

1）曲折型（图2） 其特点是除了密封体上有密封齿（或密封片）外，轴上还有沟槽。曲折型迷宫的密封有整体型和镶嵌型两种。整体型的缺点是密封齿间距不可能加工得太短，因而轴向尺寸长；采用镶嵌型可以大大缩短轴向尺寸。

图2 曲折型迷宫密封

2）平滑型（图3） 这种密封或者是轴做成光轴，或者是密封体做成光滑内表面，可分为整体平滑型和镶嵌平滑型。

图3 平滑型迷宫密封

3）台阶型（图4） 多用于轮盖或平衡盘上的密封。

图4 台阶型密封

4）蜂窝型（图5） 蜂窝型密封加工工艺复杂，但密封效果好，密封片结构强度高。

图5 蜂窝型密封

迷宫密封中梳齿齿数一般为4～35片。梳齿的材料应比转子相应部分软，以防密封与转子发生接触时损坏转子。其常用材料一般采用青铜、铜锑锡合金、铝及铝合金。当温度超过393K时，可采用镍-铜-铁蒙乃尔合金，或采用不锈钢条。当气体具有爆炸性时，应采用不会产生火花的材料，如银、镍、铝或铝合金，也可采用聚四氟乙烯材料。迷宫密封是比较简单的一种密封装置，可用于机壳两端及级与级间的密封（其中级与级之间的密封几乎都是采用迷宫密封）。

2 浮环密封

浮环密封的基本结构如图6所示。密封主要由几个浮动环组成，高压油由进油孔12注入密封体中，然后向左右两边溢出，左边为高压侧，右边为低压侧，流入高压侧的油通过高压浮环、挡油环6及甩油环7由回油孔11 排出。因为油压一般控制在略高于气体的压力，压差较小，所以向高压侧的漏油量很少。流入低压侧的油通过几个浮环（图中为三个）然后流出密封体。因为高压油与大气的压差较大，因此向低压侧的漏油量很大。浮环挂在轴套5上，在径向是活动的。当轴转动时浮环被油膜浮起，为了防止浮环转动，一般加有销钉3来控制，这时所形成的油膜把间隙封闭以防止气体外漏。

图6 浮环密封的基本结构

1一浮环；2—固定环；3—销钉；4一弹簧；5—轴套；6一挡油环；7—甩油环；8—轴；9—迷宫密封；10—密封；11—回油孔；12—进油孔

浮环密封主要是高压油在浮环与轴套之间形成油膜而产生节流降压阻止机内与机外的气体相通。由于是油膜起主要密封作用，所以又称为油膜密封。

为了装配方便，一般作成几个L形固定环，浮环就装在L形固定环的中间。高压环压差小，一般只采用一个。而低压环压差大，一般采用几个。为了使浮环与L形固定环之间的间隙不太大，用弹簧4将浮环压平。

浮环密封主要应用于离心式压缩机的轴封处，以防止机内气体逸出或空气吸入机内。如装置运转良好，则密封性能可做到“绝对密封”。它特别适用于高压、高速的离心式压缩机上，所以在石油化工厂中广泛用于密封各种昂贵的高压气体以及各种易燃、易爆和有毒的气体。