D-40/9型煤壓機(jī)填料函泄露問題分析及改進(jìn)技術(shù)

王 英

（柳州壓縮機(jī)總廠，廣西 柳州 545002）

D-40/9型煤氣壓縮機(jī)是針對(duì)某鋼鐵廠而設(shè)計(jì)制造，用于連鑄切割。機(jī)組自投用以來(lái)，就存在著煤氣泄漏問題,而最主要的就是填料函密封失效。外泄漏不僅導(dǎo)致容積流量的減少，達(dá)不到用氣量的要求，影響正常生產(chǎn)；同時(shí)，對(duì)于介質(zhì)為易燃、易爆、有毒的特殊氣體壓縮機(jī)來(lái)說，泄漏量必須控制在一定的范圍內(nèi)，否則后果不勘設(shè)想。為了確保生產(chǎn)安全，必須找出泄漏原因，以便改進(jìn)填料密封性能，把泄漏量控制在安全指標(biāo)的范圍內(nèi)。

1 填料密封的結(jié)構(gòu)型式和密封原理

1.1 填料密封的結(jié)構(gòu)型式

D-40/9型煤氣壓縮機(jī)的填料部件是由5組密封圈組成，采用三瓣平面密封元件，由自潤(rùn)滑材料制成，密封圈靠箍簧力使其內(nèi)圓柱面緊密地貼合在活塞桿上，密封圈有自動(dòng)補(bǔ)償功能。填料壓蓋上設(shè)有注油口，給填料注油潤(rùn)滑和冷卻填料及提高其密封性能；氮?dú)獬?、放接口，由用戶接管引入氣源并設(shè)壓力表給填料函充入一定壓力的氮?dú)庾韪裘簹庑孤?，通過氮放接口將微量泄漏的煤氣帶走；填函設(shè)置漏氣回收接口，將填料函漏出的微量氣體用φ12×1管接至安全地點(diǎn)排放。填函與機(jī)身間設(shè)有隔離腔，即氣缸座端設(shè)有前置填料（由刮油環(huán)和密封環(huán)組成），使填料函可能泄漏的煤氣被隔離而不會(huì)逸出到機(jī)身，隔離腔中用接管引至安全地點(diǎn)排放或回收處理。從結(jié)構(gòu)上確保了煤氣不會(huì)泄漏到操作環(huán)境而危及安全。

1.2 填料的密封原理

壓縮機(jī)填料的密封作用是根據(jù)滑動(dòng)密封原理來(lái)設(shè)計(jì)的，相對(duì)滑動(dòng)部件之間的間隙密封通常依靠阻塞和節(jié)流實(shí)現(xiàn)。阻塞即采用一定的措施把氣缸座孔與活塞桿之間的間隙封住，阻止氣體泄漏；節(jié)流是借助于氣體通過截面不同曲折的間隙，使氣體產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)。氣體通過小截面時(shí)，速度增加，壓力下降，接著流到大截面時(shí)速度下降，即可達(dá)到降速降壓。所以該填料就是起到阻塞和節(jié)流的雙作用，最終達(dá)到密封的效果。同時(shí)充氮?dú)猓∟2）是將填函中央設(shè)計(jì)成一個(gè)空穴，內(nèi)通以一定的氮?dú)鈮毫Γ瑥亩档土颂詈枞芊獾目倝翰?，阻止?煤氣外漏的目的。

2 泄漏原因分析

該機(jī)組自投用以來(lái)，出現(xiàn)填料函泄漏問題，機(jī)身呼吸器口處檢測(cè)的煤氣泄漏量如表1所示。

表1 煤氣泄漏量

根據(jù)以上現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，顯而易見：充N2壓力與泄漏量有著密切的關(guān)系，N2壓力過大或過小，會(huì)使泄漏量增加，合理選擇充N2壓力，對(duì)密封性能尤為重要。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察和理論分析認(rèn)為該機(jī)組存在以下問題：

（1）隔離腔和中體的回油孔存在泄漏。由于在設(shè)備制造時(shí)，此型號(hào)的煤氣壓縮機(jī)和空氣壓縮機(jī)是通用的機(jī)型，在用于壓縮空氣時(shí)，隔離腔的潤(rùn)滑油通過回油孔回流到中體并回到油箱，壓縮機(jī)在出廠前試驗(yàn)時(shí)，使用的介質(zhì)是空氣，無(wú)須將回油孔封上；而在用于壓縮煤氣時(shí)，沒有對(duì)回油孔進(jìn)行處理，造成煤氣泄漏。

（2）填料函密封壓差不當(dāng)。以上談到填料函的密封原理是阻塞和節(jié)流并存，它也是靠背面氣體的壓力構(gòu)成密封壓力。當(dāng)充N2位置和壓力大小改變時(shí)，會(huì)破壞填料函已構(gòu)成的密封壓力，因而泄漏量會(huì)增大，在使用現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)反復(fù)調(diào)節(jié)充N2壓力大小及對(duì)應(yīng)測(cè)定泄漏量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)充N2壓力過大或過小，泄漏量都會(huì)增大，這就證實(shí)了以上的分析。因此，只有選取合適的N2壓力，才能起到氮封的作用，實(shí)踐證明以0.03MPa的N2壓力是較為合適。

（3）填料密封圈的參數(shù)選取不當(dāng)。經(jīng)拆檢，發(fā)現(xiàn)前置填料密封圈、刮油圈與隔環(huán)接觸的端面有熱脹死痕跡，即軸向間隙過小，密封圈不能隨活塞桿作自由地活動(dòng)，致使填料泄漏。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)選取合適的密封圈參數(shù)，以保證其有足夠的熱脹間隙是必要的。

（4）鋁墊片的有效寬度不合理。原鋁墊片的尺寸為墊φ109/75×2，拉緊螺栓為M10，共6個(gè)，校核壓緊力：

螺栓的預(yù)緊力 F=σs·S·n=285×106×π×0.012/4×6=0.134×106N

預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FG=Fa=3.14DGby=3.14×0.092×0.017×60.7×106=0.298×106N

操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FG=FP=6.28DGbmpc=6.28×0.092×0.017×4×0.9×106=0.0354×106N

由以上計(jì)算，可知：螺栓預(yù)緊力F＜預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FGmax，經(jīng)分析，之前填料所配鋁墊片的有效寬度過寬，鋁墊片比壓太小，不能起到很好的密封效果。

除以上缺陷外，安裝及加工質(zhì)量也存在一些問題，這些都會(huì)使填料函密封發(fā)生泄漏現(xiàn)象，對(duì)安全生產(chǎn)造成很大的威脅。

3 填料密封系統(tǒng)的改進(jìn)措施

針對(duì)以上填料函密封存在的問題，對(duì)其進(jìn)行了如下改進(jìn)：

（1）將隔離腔和中體的回油孔作相應(yīng)的技術(shù)處理，即利用液封原理，改造成既能回油又能堵塞漏氣的結(jié)構(gòu)。解決了回油孔出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。

（2）改進(jìn)充 N2的方式：a、向填料函充 0.03MPa 的 N2，b、原向集氣環(huán)充N2改為向填料函外的隔離腔中充10~20KPa的N2，使填料函外的隔離腔內(nèi)保持微正壓。原向集氣環(huán)充、回N2的接口用螺塞堵死。為控制充入填料函外的隔離腔N2的壓力，在N2充入口的接座上增加一個(gè)壓力表。

（3）研磨密封圈和刮油圈的端面，增加熱膨脹間隙，使其能隨活塞桿作自由活動(dòng)；重新設(shè)計(jì)前置填料壓蓋，增加導(dǎo)油槽和集油環(huán)，同時(shí)將原前置填料中的一組刮油圈改為密封圈。

（4）改進(jìn)墊的結(jié)構(gòu)，將鋁墊片的尺寸改為為墊φ109/99×2，校核其壓緊力：螺栓的預(yù)緊力 F=σs·S·n=285×106×π×0.012/4×6=0.134×106N

預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FG=Fa=3.14DGby=3.14×0.104×0.005×60.7×106=0.099×106N

操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FG=FP=6.28DGbmpc=6.28×0.104×0.005×4×0.9×106=0.0118×106N

由以上計(jì)算，可知：螺栓預(yù)緊力F＞預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FGmax，經(jīng)改進(jìn)，減少墊片接觸寬度，增大鋁墊片的比壓，增強(qiáng)其密封性能。

另外，除加工質(zhì)量保證按圖形要求加工外，填料安裝質(zhì)量也是非常重要的，其組件必須按圖紙要求裝配，由于使用和制造時(shí)環(huán)境溫度不同，密封環(huán)材料的線膨脹系數(shù)大，填料在安裝時(shí)還需重新復(fù)查間隙，個(gè)別密封環(huán)重新研磨，否則其性能是無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果的。

4 結(jié)語(yǔ)

該機(jī)組經(jīng)上述改造后，其泄漏問題得到了解決，壓縮機(jī)運(yùn)行狀況有了較大的改觀，保證了整個(gè)機(jī)組的正常運(yùn)行，而且使壓縮機(jī)周圍環(huán)境質(zhì)量得到了很大改善。

[1]郁永章.容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2]胡國(guó)楨.化工密封技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990.

[3]崔天生.壓縮機(jī)的安裝維護(hù)與故障分析[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1993.

[4]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.