刁品龍 侯超 龐巖衛(wèi) 楊天鑫(沈陽(yáng)遠(yuǎn)大壓縮機(jī)股份有限公司,遼寧沈陽(yáng) 110027)

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無(wú)泄漏壓縮機(jī)填料環(huán)的材料及形式的選用

刁品龍 侯超 龐巖衛(wèi) 楊天鑫
(沈陽(yáng)遠(yuǎn)大壓縮機(jī)股份有限公司,遼寧沈陽(yáng) 110027)

【摘 要】填料是非計(jì)劃停機(jī)原因中僅次于氣閥的第二大因素,填料環(huán)的可靠性是機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。同時(shí),無(wú)泄漏壓縮機(jī)對(duì)填料處的泄漏抑制的要求比普通的往復(fù)式壓縮機(jī)的要求更高。本文綜述了無(wú)泄漏壓縮機(jī)填料環(huán)在迷宮機(jī)和普通往復(fù)機(jī)中的應(yīng)用特點(diǎn);簡(jiǎn)介了新型油封環(huán)的使用場(chǎng)合;以及針對(duì)檢修的便捷性,對(duì)漏氣回收流程的改進(jìn)。

【關(guān)鍵詞】迷宮密封環(huán) 無(wú)泄漏 填料函 填料環(huán) 漏氣回收

無(wú)泄漏壓縮機(jī)通常用于壓縮對(duì)泄漏量的要求較嚴(yán)格的氣體壓縮，如冷劑壓縮機(jī)、高純度氮?dú)鈮嚎s機(jī)等。以冷劑、混合冷劑壓縮機(jī)為例，曾用于BOG再液化、LNG、合成焊割氣體等裝置。

冷劑、混合冷劑中的丙烷等烴類(lèi)組分易溶于油，通過(guò)填料泄漏到機(jī)身油池后會(huì)使?jié)櫥偷拈W點(diǎn)和粘度下降。本文對(duì)無(wú)泄漏壓縮機(jī)填料環(huán)與普通填料環(huán)的異同加以探討。

1 迷宮壓縮機(jī)填料密封形式:迷宮環(huán)

許多無(wú)泄漏壓縮機(jī)采用閉式迷宮壓縮機(jī)的形式，迷宮壓縮機(jī)的填料均采用迷宮密封環(huán)。迷宮密封是通過(guò)增加流體流動(dòng)的局部動(dòng)能損失來(lái)減少流體的泄漏量，其形式如圖1。迷宮槽可以增加節(jié)流效果，它的密封性是由節(jié)流口數(shù)目確定的。在非接觸式密封中，迷宮密封的節(jié)流口結(jié)構(gòu)可大大減少間隙密封那種桿與填料環(huán)互相接觸的危險(xiǎn)。[1]

純粹從熱力學(xué)角度來(lái)看，迷宮流動(dòng)是由節(jié)流截面上的等熵膨脹和空腔內(nèi)的等壓回?zé)針?gòu)成的。非接觸密封必須產(chǎn)生一個(gè)極高的流阻，以保持很小的泄漏損失。密封間距若太大，則空腔內(nèi)湍流動(dòng)能小，摩擦損失的熱能也少，密封性能差。[2]

迷宮環(huán)通常使用浸漬的石墨材料制造。對(duì)于常規(guī)的氣體溫度不大于200℃情況下的迷宮環(huán)，使用浸漬呋喃樹(shù)脂材料的石墨環(huán)。氣體由于渦流和碰撞，速動(dòng)能轉(zhuǎn)換成摩擦熱，加之密封間距小、活塞在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)有細(xì)微傾角，導(dǎo)致長(zhǎng)期運(yùn)行中可能會(huì)有石墨粉進(jìn)入漏氣回收孔道。而且由于疲勞應(yīng)力，或在安裝、檢修過(guò)程中穿過(guò)活塞桿，石墨環(huán)容易產(chǎn)生裂紋，因此目前的迷宮環(huán)普遍增設(shè)周向箍緊彈簧，如圖1。機(jī)組維護(hù)過(guò)程中，需關(guān)注迷宮環(huán)是否完整，以及漏氣回收通道的暢通。

在臥式壓縮機(jī)中，迷宮環(huán)的密封間隙在活塞桿普遍存在下沉及跳動(dòng)的情況下無(wú)法起到可靠的密封作用，所以迷宮環(huán)僅限于迷宮壓縮機(jī)中使用。

2 常規(guī)臥式壓縮機(jī)填料密封形式:組合密封環(huán)

如圖1，常規(guī)臥式壓縮機(jī)填料的密封結(jié)構(gòu)同樣適用于一般的臥式無(wú)泄漏壓縮機(jī)，即包括漏氣密封環(huán)組、主密封環(huán)組和節(jié)流環(huán)。其區(qū)別是，通常無(wú)泄漏壓縮機(jī)整機(jī)不充保護(hù)氣，漏氣通過(guò)過(guò)濾、除油后返回工藝氣入口，實(shí)現(xiàn)無(wú)泄漏；為加強(qiáng)密封效果，適當(dāng)增加主密封環(huán)組數(shù)量。

有油潤(rùn)滑的填料，節(jié)流環(huán)可以采用錫青銅ZCuSn10Pb1。無(wú)油潤(rùn)滑的條件下為避免燒研，則選用聚醚醚酮PEEK。PEEK具有自潤(rùn)滑性，彈性遠(yuǎn)大于金屬，耐溫性、熱穩(wěn)定性好，線脹系數(shù)與金屬接近，冷流性小。主密封環(huán)組則按照常規(guī)，均選用填充聚四氟乙烯材料，活塞桿徑40mm以上的活塞式壓縮機(jī)普遍使用接觸式平面密封環(huán)。[3]

每組填料部件的各填料盒密封環(huán)，從理論上分析，其受力情況與活塞環(huán)相同，靠近氣缸側(cè)的填料環(huán)承受大部分的壓差，所以壽命最短。當(dāng)其密封能力逐步降低后，再由下一盒承受主要負(fù)荷。因此，漏氣密封環(huán)在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，兩側(cè)的壓力差不足以使密封環(huán)與填料盒接觸面良好貼合。針對(duì)這一點(diǎn)，一般臥式無(wú)泄漏壓縮機(jī)的填料漏氣密封環(huán)組可選用壓力環(huán)(或稱(chēng)推力環(huán))來(lái)提供軸向推力。壓力環(huán)與迷宮環(huán)一樣，采用浸漬樹(shù)脂或金屬的石墨材料，配合周向箍緊彈簧和軸向推力彈簧。

活塞桿采用表面陶瓷或碳化鎢處理，平時(shí)運(yùn)行時(shí)接觸面溫度在120℃以?xún)?nèi)，但機(jī)組運(yùn)行初期，填料環(huán)與活塞桿在前期磨合階段，或由于冷卻液冷卻效果不良、活塞下沉等原因，溫度會(huì)偏高。浸漬樹(shù)脂

或金屬的石墨材料有著較好的自潤(rùn)滑性和導(dǎo)熱性，即使在干摩擦?xí)r，也不易出現(xiàn)咬合現(xiàn)象。但石墨材料熱脹系數(shù)比金屬的大，磨合期數(shù)天甚至數(shù)周會(huì)對(duì)石墨造成影響，與迷宮環(huán)長(zhǎng)期運(yùn)行的結(jié)果一樣，石墨粉可能會(huì)堵塞漏氣回收孔道。

漏氣回收孔道的堵塞會(huì)使本應(yīng)被回收的漏氣被迫返回填料盒，并進(jìn)一步沿活塞桿流入接筒隔室。石墨粉會(huì)妨礙填料環(huán)的自由空隙，也會(huì)使填料環(huán)與填料盒研磨面的貼合性下降，從而加劇泄漏。

因此，浸漬石墨環(huán)產(chǎn)生的石墨粉會(huì)給業(yè)主檢查和清理造成負(fù)擔(dān)，不宜于壓縮機(jī)的長(zhǎng)期健康運(yùn)行。

3 石墨粉堵塞的一條彌補(bǔ)思路:跨線吹掃

在最近的長(zhǎng)嶺和邯鄲的冷劑壓縮機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)石墨粉的問(wèn)題，漏氣回收系統(tǒng)流程中普遍增設(shè)了一條跨線，將整機(jī)開(kāi)機(jī)吹掃管線上引出一條細(xì)管，與填料漏氣回收管線相連。即將接筒隔室的吹掃管線與接筒外的漏氣回收管線之間設(shè)置截止閥。這兩根管線通常都位于接筒下方，距離較近，增設(shè)跨線比較容易，如圖2。

這條跨線的操作方法是：開(kāi)機(jī)前的吹掃時(shí)，將跨線閥打開(kāi)，利用凈化風(fēng)將堵塞在漏氣回收孔道中的石墨粉吹除。由于漏氣回收管線通常較細(xì)，凈化風(fēng)的流向與機(jī)組運(yùn)行時(shí)的漏氣方向相反，這個(gè)辦法對(duì)于石墨粉以及填充聚四氟乙烯等填料環(huán)的粉末、工藝氣中的碳粉等堵塞孔道的粉末都是有效的。

通過(guò)這條跨線，可以省去日常小修維護(hù)時(shí)拆檢填料的清通和組裝的不必要?jiǎng)趧?dòng)，避免反復(fù)拆裝填料組件、填料環(huán)組引起易損件磕損、安裝不正等不良影響。

4 新型填料密封形式:油封環(huán)

上海賀爾碧格公司研發(fā)出的XperSEAL系統(tǒng)，可稱(chēng)之為零泄漏活塞桿密封系統(tǒng)。其填料本身的密封部分由動(dòng)密封環(huán)、緩沖腔、油封環(huán)和刮油環(huán)組成。該系統(tǒng)采用特殊結(jié)構(gòu)的油封環(huán)理論上能實(shí)現(xiàn)填料的零泄漏，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)填料密封的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)能提高壓縮機(jī)整體運(yùn)行可靠性及降低長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的成本。

需要指出的是，這套系統(tǒng)采用液壓油實(shí)現(xiàn)密封，填料盒中泄漏的液壓油隨桿徑增大而增大?；钊麠U表面狀況及加工質(zhì)量的提升并不會(huì)根本上解決液壓油的泄漏。對(duì)于工藝流程對(duì)介質(zhì)含油量有限制的機(jī)組，不適用該系統(tǒng)。

另外，該系統(tǒng)初期投資較大；易損件為廠家專(zhuān)用件，維護(hù)成本較高。因此，該系統(tǒng)于國(guó)內(nèi)并沒(méi)有廣泛業(yè)績(jī)。對(duì)于排氣量大、介質(zhì)昂貴、對(duì)泄漏量要求嚴(yán)苛的機(jī)組，可以綜合考慮使用該系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn):

[1]Karl Trutnovsky.非接觸密封(間隙密封與迷宮密封的原理和應(yīng)用)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1986.

[2]徐灝.密封[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1999.

[3]化學(xué)工業(yè)部化工機(jī)械研究院.活塞式壓縮機(jī)的無(wú)油潤(rùn)滑[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1982.