FI
PI FO FI
工艺气去火炬
火炬 放空
氮气去大气
干气密封的气体调节单元 －GCU设计
压缩机状态：运行中 正常运行中，气体正向流动
外部气体
过滤器
工艺气体
FI
过滤后的工艺气体
FI
压缩机出口处的工艺气体
压缩过程使工艺气温度超过露点
压缩机状态：停车 停车时，没有密封气流动
C2
kVL
e D
C1
（3）碳环密封
浮环密封及其发展
（1）浮环密封
（2）TBS 密封
（3） 螺旋浮环密封
高压氢气15.7-17.4MPa(扬子芳烃)
3. 机械密封及其发展
（1） 高速机械密封
（2）油膜螺旋槽密封
干气密封典型结构
静环 (碳石墨) (Cranite 2000)
弹簧座
(410 S.S.)
在表面张力（Surface Tension）作用下通过毛 细管引起的渗漏（Seepage ）
在浓度差（Differential Concentration）作用下 引起的扩散（Diffusion）
2. 流体密封的作用及重要性
（1）作用
维持设备的正常工作条件（如高压、高真空等） 保证设备及人身的安全 防止或减轻环境污染 防止或减少物料和能源的消耗，提高设备的效率
机械密封 Mechanical / Face Sealing /Seals
干气密封 Dry (Running) Gas Seals （气体润滑的非接触式机械密封）
离心密封 Centrifugal Seals 螺旋密封 Helical /Screw Seals
迷宫螺旋密封 Labyrinth Helical Seals （双螺旋）
普通型浮环密封FBS
捕集式浮环密封 Trapped Bushing Seals (TBS) 组合式螺旋浮环密封 Combined Screw- FBS 接触式密封（普通型） Contacting Face Seals 非接触式密封（液体润滑的） Non-Contacting Face Seals 以气封气型（压缩机、透平机用）
控制系统功能
过滤
控制
干气密封
监控
气体控制系统
压力控制
－自力式调节压力控制器 －差压力调节器 －差压控制阀与差压控制器
气体控制系统
流量控制
－孔板/针形阀 －差压调节器 －流量控制阀与流量控制器
泄漏监控系统
泄漏监控
－远距离 传输、转换
－近距离 流量指示器
外部气体
过滤器
工艺气体
典型的干气密封控制系统
工艺气体
典型的干气密封控制系统－过滤后的气体到密封腔
外部气体 过滤器
经过滤的工艺气体
工艺气体
FI
FI
工艺气体
典型的干气密封控制系统－一级密封泄漏放火炬
外部气体
工艺气体
过滤器
过滤后的工艺气体
FI
FI
工艺气体
PI FO
FI
PI FO FI
工艺气体 去火炬
火炬
典型的干气密封控制系统－中间注入氮气
外部气体
弹簧
－哈氏合金C
干气密封原理
John Crane 动环槽形
单向螺旋槽
双向螺旋槽
干气密封原理
John Crane Timing 动环槽形
单向螺旋槽
双向螺旋槽
单向螺旋槽 旋向
气体向中心泵送
气体受压，压力升高，产生间隙 密封坝
双向螺旋槽
旋向
气体向中心泵送
密封坝
气体受压，压力升高，产生间隙
气膜刚度 - 单向螺旋槽 v 双向螺旋槽
防止或限制流体泄漏的工程技术或零部件。
流体（Fluid）
气体（Gas） 液体（Liquid） 液体/气体混合物 液体/气体/固体颗粒（Particles）混合物
泄漏（Leakage） （具有负面作用 的质量迁移）
在压力差（Differential Pressure)作用下通过间 隙引起的穿漏（Leakage）(包括漏出和漏入)
全无油润滑—干气密封（Dry Gas Seals）与磁力轴承（Magnetic
Bearings）相结合。
高速透平机械轴端密封技术的进展 迷宫密封及其发展（第一代密封） 浮环密封及其发展（第二代密封） 机械密封及其发展（第三代密封） 干式气体密封（第四代密封）
迷宫密封及其发展
（1）迷宫密封
（2）直筒密封
6. 流体动密封技术的进展
工况要求越来越苛刻（以干气密封为例）
高速
(200m/s)
高压（高真空）
(45MPa)
高温（低温）
(550℃)
大尺寸（微尺寸）
(330mm)
性能要求越来越高（以干气密封为例）
高效（微漏）
(可使航空发动机效率提高2～3％）
长寿命
（石化行业要求3～5年）
高可靠性
低成本
透平机械设备的最新发展方向
以气封液型（泵用）
以干气密封为例，含有静止、伪静、旋转
端面 迷宫 密封型式 碳环
转化为静密封的动密封示例—磁力传动泵
4. 流体密封所涉及的主要学科
流体力学（Fluid Mechanics） 固体力学（Solid Mechanics，包括强度和变形） 动力学（Dynamics） 摩擦学（Tribology） 热力学（Thermodynamics) 传热学（Heat Transfer） 传质学（Mass Transfer） 材料学（Materials） 物理学与化学（Physics & Chemistry) 测量与控制（Monitoring ＆ Control） 试验技术（Testing Technology） 工程应用技术（Engineering Application） 可靠性技术（Reliability） 等等
CSTEDY/CTRANS 自有专用软件 稳态 & 瞬态 气膜模拟 实时干气密封性能 预测
单端面干气密封
双端面干气密封
串联式干气密封
带中间进气的串联式干气密封
单端面＋串联式干气密封
高压干气密封：AT 与XP比较
28 AT
28 XP
介质侧 介质侧
推环
O环
聚合物密封圈
推环
干气密封：AT 与 XP比较
10
单纯流体静压
0
1
2
3
4
5 膜厚 (mm)
工作原理
非接触密封的热量平衡
W .9 .8 .7 .6 .5 .4 .3 .2 .1 0
0
密封温度高 于环境温度
密封温度 低于环境 温度
气体膨胀热量散发
气体粘性剪切产生热量
1
2
3
4
5
6 膜厚 mm
CSTEDY / CTRANS 分析软件
干气密封性能预测 采用
填料密封 Packing
迷宫密封 Labyrinth
圆周密封 Circumferential
Sealing/Seals
编织纤维填料（Woven Fibre Packing）
柔性石墨填料（Soft Graphite Packing）
梳齿密封（Comb Seals） 蜂窝密封（Honeycomb Seals) 刷式密封（Brush Seals）
压缩机(Closed Compressors)等
动密封 （Dynamic Sealing / Seals）
往复密封 Reciprocating Sealing / Seals
活塞环（Piston Rings）
橡胶/ 塑料圈（Rubber / Plastic Rings） O形，V形，L形，Y形等 填料（Packing)
（2）重要性
流体密封是机械设备的易损性、关键性和基础性零部件。 例如：
“挑战者”号航天飞机的失事原因：橡胶密封圈的失效； 航天发动机的密封，可提高效率2～3个百分点； 石油化工透平机械：干气密封（Dry Gas Seals），革命性的进步。
3. 流体密封的分类及其典型代表
按运动型式分类：
流体密封
静密封
Film Stiffness (MN/m)
100
90
T28 单向螺旋槽
80
改进型
70
双向螺旋槽
Speed = 14,500 rpm 6.625 in O/B Seal
60
50
40 最初双向螺旋槽
30
20
10
0
0
2
4
6
8
10
Min'm Film Thickness (um)
CSTEDY 计算 － 气膜厚度
由此可见，流体密封是一个涉及多学科的边缘性的工程技术学科。
5. 流体密封的主要应用领域
石油和天然气开采和输送 炼油厂的各种动设备和静设备 石油化工和化工（乙烯、化纤、化肥等）的动、静设备 能源工业（水力、火力和核发电） 矿山和工程机械 轻工（造纸） 食品 医药 水陆交通（汽车、火车、舰艇、船舶） 航空（发动机、机舱） 航天（液体火箭发动机、飞船）
（Static Sealing / Seals）
往复密封 （Reciprocating Sealing / Seals）
动密封
（Dynamic Sealing / Seals）
伪静密封（或微动密封）
（pseudo-static Sealing / Seals）
旋转密封 （Rotating Sealing / Seals）
复合运动密封 Complex Moving Sealing /Seals
螺旋运动，例如：闸门的填料 密封等
旋转密封（Rotating Sealing / Seals）