压缩机填料函密封顺序 压缩机高压填料密封失效的原因以及对策分析

　　【摘　要】　在压缩机气缸内压力较高时会导致填料处工艺气体泄漏量增大。通过对高压填料的研制，成功的解决了高压情况填料处工艺气体泄漏量大，密封元件使用寿命短的问题。　　【关键词】　填料泄漏量；高压填料
　　1. 前言
　　活塞式压缩机中气缸和活塞杆之间因为有相对滑动故均留有必要的间隙. 压缩机工作时为防止被压缩的气体从这些间隙中大量泄露,故需要采取密封措施.填料就是阻止气缸内气体自活塞杆与气缸之间泄露的组件。对填料的基本要求是密封性能良好并耐用。
　　当压缩机气缸内的压力高达200bar以上时,填料的密封属于高压密封。填料处工艺气体泄漏量加大, 填料密封元件使用寿命缩短，需要经常更换的问题就显现出来了。此难题一直困扰着压缩机设计人员。为了能够在高压力工况下，填料依然有较好的密封效果，填料密封元件使用寿命更长。而且压缩机仍然能够正常运行。高压填料至此诞生。
　　2. 高压填料的密封原理
　　在每个密封单元中两填料环都是由弹簧提供径向压力而对柱塞表面产生预紧，填料环与填料函室间充满密封气体，形成第一密封面。在此条件下被密封的气体因不能通过柱塞与填料环的间隙，便进入填料环与环槽即填料函之间的侧隙，并充满背隙空间。侧隙内气体压力使填料环与下一道填料函的密封端面压紧，形成第二密封面。同时背隙中的气体压力作用于填料环的背面，又加强了第一密封面密封效果。第一密封面是填料环起密封作用的关键。如果第一密封面被破坏，填料环与柱塞之间出现间隙，气体就会直接从间隙处流出，那么环背压力就建立不起来，此时，填料环虽然仍然与填料函的端面接触，但此密封面不能起到密封作用。第一密封面是以填料环的弹性元件提供的弹簧力为基础建立的，该力与环背气体压力相比很小，后者是帮助前者加强密封的。如果弹簧的紧力消失，那么填料环与柱塞间就会出现间隙，气体可直接从该处短路泄出，环背压不能建立，此时密封失效。
　　由于填料环存在开口泄漏，以及柱塞和气缸、密封环间的间隙，都会造成泄漏，因此利用一道密封环阻止泄漏是不可能的。设备采用了多道密封单元，组成一个串联节流系统，使气体每通过一道密封环就产生一次节流，先节流后膨胀，当气体从填料函与柱塞间的间隙进入函室过程中，气体先在窄缝中动能增加，压力减小，在进入下级填料函时流束截面突然扩大后，气体在腔内形成强烈的漩涡，大部分动能再转变成热能，总压头下降，泄漏量也随之减少，在超高压力的气体经气体节流环减压后，再经5道填料环密封减压，最终压力由250 MPa降到0.5 MPa左右，泄漏量在0-50kg/h之间，从而达到阻止泄漏的目的。
　　高压填料机经过一段时间的使用，容易出现以下问题导致密封失效：（1）部分填料函颜色发蓝，表面变毛，出现过度磨损，甚至产生裂纹；（2）填料组件的密封环出现磨损严重，偏磨现象，甚至密封环和弹性元件发生断裂、碎裂等情况。因此非常有必要对气缸柱塞填料密封进行较系统的研究和分析，找出密封失效的主要原因，解决这个制约高压装置长周期生产的瓶颈问题。
　　3. 影响填料使用寿命的主要因素及预防措施
　　3.1 柱塞密封填料函的密封面
　　3.1.1 密封面破坏形式：设备经过一段时间的使用，密封面表面发生不同程度的破坏，较严重的如因疲劳问题引起的疲劳破坏和疲劳裂纹， 密封面发生微振磨损及气体渗透现象等破环形式。?
　　3.1.2 预防措施：为一定程度上消除大的脉动压力及影响，填料函和气缸都采用了热压套的双层结构，该结构可以对承受应力最高的区域施加一个压缩应力，从而消除此处的部分脉动压力，减少相应的疲劳应力。为进一步减缓微动磨损和气体渗透，对于结构不连续处等易产生应力集中的区域，填料函结构上要采用圆角过渡形式。但由于填料函磨损严重，每次检修都要重新研磨，该圆角易被忽视或难以保证。因此，每次检修应采用着色探伤或磁粉探伤等方法对密封表面进行定期检查，发现疲劳破坏或裂痕时应及时修复。在对密封面进行修复和研磨时，经检查在确认无裂纹，按相应标准将棱角倒圆，消除局部应力集中，并保证在安装时密封面与柱塞轴线垂直。
　　在填料函的维修与修复时，对密封面研磨后应将其剖面形状恢复，保证在安装填料环的一侧配合面上的1。角形状，保证1。角区域的宽度，密封面与1。的角之间的棱一定要进行倒圆，从而有效减小填料函结合面上不连续区域的应力。填料函厚度应保证在允许范围内，有效防止弯曲变形和弯曲应力的破坏。填料函的密封面表面在保证尺寸和形状精度前提下，平面度不大于0.001mm,平行度不大于0.02 mm。
　　3.2 填料环损坏失效
　　3.2.1填料环损坏原因：对压缩机填料环损坏原因进行分析后发现,其主要原因有内部润滑、填料环的腐蚀以及低聚物影响等方面。
　　当填料环磨损到一定程度，填料的密封条件被破坏，其密封作用就完全丧失，原来由填料函内气体压力维持密封环抱紧柱塞的作用力消失，径向接触比压和轴向接触比压达不到密封要求，密封环的跟随性效果变差，致使填料环仅完全依靠填料弹簧预紧力维持填料环随柱塞作周期性的往复振动，使弹簧受到周期性的扭力，同时随着气缸的吸、排气过程，造成了失效填料环疲劳断裂，导致填料组件在与柱塞接触时压力增大，磨损加快，最终将填料组件磨断，这就是填料环折断，弹簧断裂的原因。
　　3.2.2采取的措施：预防填料环损坏的措施：为保证柱塞和填料环的良好润滑,选择满足要求的润滑油，为尽量降低柱塞与填料环的温度，还要保证内部润滑油流量，一般设定油泵满程的 70%以上。检修过程要严格控制有关间隙尺寸，保证装配精度，尤其是填料修复后，一定消除尖角和尖棱，保证过渡圆滑。在工艺生产过程中要求压缩机上游过滤器良好在线运行，合适的操作温度，保证低聚物流动性，增加排低聚物的频次，减少积聚。
　　4.结论
　　在高压力工况填料泄漏量大，需要经常更换密封元件的问题。通过高压填料的研制成功得已解决。很大程度上减少了工艺气的泄露量，避免工艺气体的浪费。特别是在压缩一些珍贵气体时，所产生的经济效益特别明显。从2010年3月至今以来，现已经在远大压缩机股份有限公司生产的卧式压缩机、迷宫式立式压缩机机中得到了广泛应用，所产生的经济效益也获得了用户的一致好评。
　　参考文献
　　［1］西安交大压缩机教研室，活塞式压缩机，西安交通大学，1971；
　　［2］活塞式压缩机设计编写组，活塞式压缩机设计，机械工业出版社，1974；
　　［3］西安交通大学内燃机教研室，柴油机设计，西安交通大学，1978；
　　（作者单位：沈阳远大压缩机股份有限公司）