多级高速离心式蒸汽压缩机两种密封对比分析

毛佳佳，吴勇前，高亚威，潘 浩，郑世彦

（浙江奇彩环境科技股份有限公司，浙江 绍兴312016）

1 多级高速离心式蒸汽压缩机

多级高速离心式蒸汽压缩机相当于将两套或三套单级高速离心式蒸汽压缩机串联起来，相比于单机高速离心式蒸汽压缩机串联，多级高速离心占地面积小，系统集成性高，使用和维护更加方便，投资成本也大大减少，多使用于蒸发、结晶、塔器、干燥、污水处理、海水淡化、中药和医药中间体提取、蛋白质氨基酸低温提取、染料、果汁浓缩、溶剂（如酵类）分馏、蒸馏等。

多级高速离心式蒸汽压缩机如图1 所示。

图1 多级高速离心式蒸汽压缩机示意图

多级高速离心式蒸汽压缩机本体（图1 以两级压缩为例）主要分为一级压缩本体、二级压缩本体、增速箱以及级间管道。气封位置在叶轮和高速轴连接部位，受限于转子动力学设计和叶轮高速轴连接处增加断面密封（需增加轴套，导致密封直径变大），气封的设计不但在空间上受到一定的限制，在线速度方面也存在着一定的要求，增加了设计难度。

2 两种气封的结构特点和密封方式阐述

本文介绍的两种气封形式为梳齿密封和碳环密封，如图2 和图3 所示。

2.1 一种梳齿密封

梳齿密封如图2 所示。

图2 梳齿密封结构

梳齿密封结构如图2 所示，图2 中梳齿密封共有四道梳齿结构，每道梳齿结构由五六个密封齿组成，其中第一道梳齿在叶轮背部，其余三道梳齿在轴套径向处。

转子内部高压蒸汽经过叶轮背部第一道梳齿减压后进入轴套径向处密封，再经过第二道梳齿，进入蒸汽回流泄压系统（图2 中的7），将一部分高压蒸汽回流至压缩机进口，起到平衡压力的作用。蒸汽经过第二道梳齿由蒸汽回流泄压系统回流泄压后，分为以下几种情况：①叶轮进口压力为负压时，蒸汽回流泄压系统压力表如果是负压，则泄压或充蒸汽系统需要补充蒸汽密封，压力设定大于大气压3 kPa 即可；②叶轮进口压力为负压时，蒸汽回流泄压系统压力表如果是正压，则泄压或充蒸汽系统为泄压口；③叶轮进口压力为正压时，蒸汽回流泄压系统压力表如果是正压，且压力差比较大时，则蒸汽排凝口和泄压或充蒸汽系统同时作为泄压口，此时泄压的流量大于②中的情况；④叶轮进口压力为正且正压差比较大时，蒸汽排凝口处需接入抽气泵，阻止蒸汽从第四道密封泄漏。

根据以上几种情况的阐述，需根据多级高速离心式蒸汽压缩机各级的气动参数，来确定图2 中7、8、9 的作用，灵活性较高。梳齿密封一般用于多级高速离心式蒸汽压缩机的第一级压缩密封，也用于单级高速离心式蒸汽压缩机密封。

2.2 一种碳环密封

碳环密封结构如图3 所示。

图3 碳环密封结构

碳环密封共有四道密封结构，第一道密封由五六个梳齿组成，其余三道密封为碳环结构。第一道梳齿密封在叶轮背部，第二道密封为侧推式碳环密封，第三道密封为主碳环密封，第四道只有一个碳环，主要作用是防止蒸汽泄漏至大气压。

转子内部高压蒸汽经过叶轮背部第一道梳齿密封减压后进入轴套径向处密封，再经过第二道侧推碳环密封，进入蒸汽回流泄压系统（图3 中8），将一部分高压蒸汽回流至压缩机进口，起到平衡压力的作用。蒸汽经过第二道侧推碳环由蒸汽回流泄压系统回流泄压后，分为以下几种情况：①叶轮进口压力为负压时，蒸汽回流泄压系统压力表如果是负压，则蒸汽泄压系统需要补充蒸汽密封，压力设定大于大气压3 kPa 即可；②叶轮进口压力为负压或微正压时，蒸汽回流泄压系统压力表如果是正压，则蒸汽泄压系统可关闭，蒸汽排凝系统可稍微开启；③叶轮进口压力为正压时，蒸汽回流泄压系统压力表如果是正压，且压力差比较大时，则蒸汽泄压系统作为泄压口，蒸汽排凝系统可稍微开启排冷凝水。

碳环密封一般用于多级高速离心式蒸汽压缩机后几级，正压比较大，出现上述第1、2 种情况比较少，多用于第3种情况。

3 两种密封形式的优缺点

3.1 梳齿密封的优缺点

优点：成本低、加工周期短、耐用性好，可作为测试密封使用，也可作为现场维修应急使用。

缺点：需要根据启动参数计算确定各个系统的使用方式，不利于标准化，对控制系统有一定要求，长时间使用后泄漏量会随着磨损增大。

3.2 碳环密封的优缺点

优点：密封性好，特别是高压密封效果更佳，使用压力范围广。

缺点：成本高、加工周期长、易损坏。

4 总结

多级高速离心式蒸汽压缩机解决了单级高速离心式压缩机为了达到高温升的要求串联所带来的一系列问题，对蒸发、结晶、塔器、干燥、污水处理、海水淡化、中药和医药中间体提取、蛋白质氨基酸低温提取、染料、果汁浓缩、溶剂（如酵类）分馏、蒸馏等行业有重要意义。本文阐述了两种密封各自的特点、密封方式，以及在不同工况下密封的使用方法，成功地解决了高压差情况下蒸汽泄漏问题。