李鲲1李香1吴兆山1杨博峰2郑国运2（1.合肥通用机械研究院；2.机械工业机械密封工程技术研究中心）
摘要：主要介绍了风机用轴封的发展过程，并阐述了各代密封形式的优缺点，为风机轴封选型提供参考依据。
关键词：迷宫密封浮环密封机械密封干气密封干运转机械密封
中图分类号：TB42文献标识码：A
0引言
随着现代工业的发展，风机也由输送空气发展到输送各种气体，成分越来越复杂，诸如：煤气、氢气、大石化装置中的工艺气体等等，有许多气体易燃、易爆、有毒，这就对风机的轴封提出了更严格的要求。
1风机轴封的发展过程
1.1第一代风机轴封节流套、迷宫密封、梳齿密封等属于风机用的第一代轴封。原理是利用流体流经一系列节流间隙与膨胀空腔组成的通道，使工作介质产生节流效应，以限制泄漏量，达到阻漏的目的，属于非接触密封。其优点是不受转速和温度限制，结构简单，成本低廉，安装方便，使用寿命长。但由于其存在一定的泄漏量，因此，只能用于空气、氮气等中性介质。
第一代风机轴封对于输送石油气、氢气以及其它易燃和有毒气体，不能满足轴封的要求，由此，开发了第二代密封。
1.2第二代风机轴封分瓣环密封、浮环密封属于第二代密封轴封。浮动环密封的原理是靠高压密封油在浮环与轴套间形成油膜，节流降压，阻止高压侧气体流向低压侧，将气体封住。
第二代轴封仍属于非接触密封，增加了密封辅助系统，尤其是浮环密封，使用润滑油作为阻封液，辅助系统十分庞大、复杂，但能够彻底解决输送气体的泄漏问题。在七、八十年代，大石化装置中大型风机的轴封基本都使用浮环密封。
我国在八十年代，由沈阳鼓风机厂、合肥通用机械研究所、武汉鼓风机厂等合作，完成了我国浮环密封的系列制造，并且在合肥通用机械研究所建造了当时国内唯一的浮环密封试验系统。
浮环密封曾经大量用于高速风机的轴封，在浮环密封的大量使用过程中，其缺点也开始被发现，主要是工艺气体造成润滑油的污染、乳化，由于风机轴承润滑系统与轴封系统共用油站，导致轴承与密封失效。由此，国际上开始研究使用第三代密封。
1.3第三代风机轴封机械密封属于第三代风机轴封。
机械密封又称端面密封，是一种靠弹性元件对静、动环端面摩擦副的预紧和介质压力与弹性元件压力的压紧来达到密封的轴向旋转密封装置[1]。典型结构如图4所示，通常由静止环(静环)、旋转环(动环)、弹性或磁性元件、旋转环传动件和辅助密封圈等零件组成。工作时利用旋转环和静止环相对转动的两个贴合表面以及辅助密封来实现其密封功能。因其工作可靠，泄露量小，工作寿命长，端面磨损能自动补偿，无须经常维修，功率损耗小，且对轴没有磨损等特点，被广泛应用在机械行业、石油和化学工业等各类旋转机械中。
机械属于接触式密封，需要水或润滑油等液体作为冲洗介质。随着现代石油化工企业的迅猛发展，在不少生产流程中，由于石化产品的深度加工工艺的需要，不允许使用液体介质（各类润滑油、水等）作为风机轴封的封润滑剂和阻封液，因为润滑油类、水等液体介质一旦泄露到工作介质中，或参与反应、或影响主产品品质，有些甚至会危及到设备的安全，而输送的介质又往往是易燃、易爆的气体，也不允许泄漏到大气中。此时，机械密封难以满足要求。由此，英国Crane公司开始研究开发第四代密封。
1.4第四代风机轴封英国Crane公司依据气体润滑理论，研究开发的干气密封，称之为第四代密封，属于非接触密封。
干气密封的结构类似于机械密封，不同的是机械密封的密封面之间通入润滑油，而干气密封的密封面之间通入气体。在动环或静环的密封端面上(或同时在2个环的密封端面上)加工出特殊形状的槽，槽的深度大约为3~10μm之间[2]，一般将槽刻在硬质的动环(旋转环)上。以螺旋槽为例如图5所示，因为端面上包括了带槽区和密封坝2个部分，所以密封端面宽度比机械密封端面宽。密封堰的主要作用是主机停车时，在弹簧力的作用下，将2个密封端面贴紧以保证停机密封。在旋转过程中，密封气体被吸入动压槽内，由外径朝向中心，径向分量朝着密封堰流动。由于密封堰的节流作用，进入密封面的气体被压缩，气体压力升高。在该压力的作用下，密封面被推开，流动的气体在两个密封面间形成一层很薄的气膜，实现非接触运转。
它克服了常规迷宫密封的泄漏量大，液体浮环密封和机械密封的寿命短，需要供油系统，存在油污染问题等特点。
干气密封的造价昂贵，而且还需要有复杂的过滤等辅助系统，在不少参数不高（转速、压力等不高）的风机设备上使用干气密封，有时造成密封及系统的成本比主机造价高，并且运行成本高，在这种情况下合肥通用机械研究院研究、开发了适用于工作参数不高的泵、风机等设备的接触式干运转机械密封。
干运转机械密封是在密封环密封端面开有毫米级深槽，采用氮气作为隔离、阻封气体，在运转过程中，流槽内充满气体，改善了端面间的润滑效果，增长了密封的使用寿命。干运转机械密封能保证输送的介质对大气的“零泄漏”，但不需要复杂的过滤等辅助系统，从而大大降低机械密封的制造成本和运行管理成本。
2风机用轴封选型
综合以上介绍，各代轴封的优缺点及使用工况等。
在风机用轴封设计与选型时，并不是新一代的轴封形式就一定好于前一代的轴封形式，要综合考虑主轴转速、介质的压力、温度及介质的洁净度、介质是否对环境造成污染、轴封成本等各种因素来选取最佳的密封形式。采用单一轴封形式不能满足要求时，也可考虑多种密封形式组合使用，例如：迷宫密封与停车密封相组合，干气密封与迷宫密封相组合、机械密封与干气密封串联使用等等。
3结论
本文介绍了风机用轴封的发展过程及各代轴封形式的优缺点，为风机轴封选型提供依据。
参考文献：
[1]顾永泉.流体动密封[M].山东东营：石油大学出版社.1990：1-9.18-25.153
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[2]王玉明，杨惠霞等.透平机械密封装置.通用机械.2003(7)：63～69．