等溫離心壓縮機(jī)可磨密封間隙測(cè)量技術(shù)及其裝配工藝改進(jìn)

趙曉京 張敏 常歡慶*/西安陜鼓動(dòng)力股份有限公司

等溫離心壓縮機(jī)可磨密封間隙測(cè)量技術(shù)及其裝配工藝改進(jìn)

趙曉京 張敏 常歡慶*/西安陜鼓動(dòng)力股份有限公司

0 引言

隨著企業(yè)的發(fā)展，企業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量與工藝方法改進(jìn)提出了更高的要求，然而在等溫離心壓縮機(jī)的裝配過(guò)程中，可磨密封的裝配一直沒(méi)有合理的工藝方法對(duì)可磨密封的間隙值進(jìn)行測(cè)量，為此，本文筆者結(jié)合實(shí)際工作，通過(guò)科學(xué)的方法進(jìn)行充分的分析論證和反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，找出了傳統(tǒng)工藝方法所沒(méi)有考慮的兩種影響可磨密封裝配精度的重要因素，即設(shè)計(jì)方面和加工方面的因素。通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到一組數(shù)學(xué)公式，從而將傳統(tǒng)方法和這兩種因素聯(lián)系起來(lái)。

1 可磨密封結(jié)構(gòu)與裝配工藝

等溫離心壓縮機(jī)中所采用的可磨密封結(jié)構(gòu)如圖1所示，可磨密封座通過(guò)自身的定位結(jié)構(gòu)固定在壓縮機(jī)的隔板上，轉(zhuǎn)子上鑲嵌著金屬的密封牙。

圖1 可磨密封結(jié)構(gòu)示意圖

可磨密封座采用具有一定強(qiáng)度、硬度和耐溫性能的非金屬材料制作，密封性能好[1]，可以達(dá)到零泄漏，但不耐高溫、易磨損、壽命短和對(duì)溫度的適應(yīng)性比較差。

裝配時(shí)，可磨密封的傳統(tǒng)裝配工藝如下[2]：

1）以兩端軸承箱油封孔和機(jī)殼隔板內(nèi)孔為基準(zhǔn)，通過(guò)假軸找正，并檢測(cè)軸承箱與各隔板的同軸度；

2）裝入軸承及轉(zhuǎn)子，以油封孔為基準(zhǔn)，通過(guò)調(diào)整軸承瓦背高度，調(diào)整轉(zhuǎn)子與隔板的同軸度；

3）可磨密封座兩端安裝頂起彈簧后裝入機(jī)殼，并測(cè)量密封體與機(jī)殼的徑向定位面的原始間隙（見(jiàn)圖1）；

4）放入轉(zhuǎn)子，再次測(cè)量密封體與機(jī)殼徑向定位面的間隙值，比較放入轉(zhuǎn)子前后兩次所測(cè)間隙值的變化量，即為該密封體的冷裝負(fù)間隙值（見(jiàn)圖1）；

5）最后通過(guò)與上下同軸度的比較得出上下密封間隙值。

2 傳統(tǒng)裝配工藝分析

分析傳統(tǒng)裝配工藝，發(fā)現(xiàn)存在很多不足之處。

首先，傳統(tǒng)工藝未考慮零件設(shè)計(jì)上止口的配合間隙。在可磨密封設(shè)計(jì)上，可磨密封止口和隔板止口的配合允許間隙為0.016～0.148mm。在裝配過(guò)程中，由于彈簧的作用力，可磨密封止口和隔板止口的配合允許間隙被彈簧力壓合貼緊，此時(shí)設(shè)計(jì)上的間隙就反應(yīng)成一部分總高h(yuǎn)，如圖2中所示。在設(shè)計(jì)上，總高允許值為0.05mm～0.94mm（上述數(shù)據(jù)是根據(jù)查閱圖紙后經(jīng)過(guò)裝配尺寸鏈計(jì)算得出）。此時(shí)若不考慮這一部分的變化量，可磨密封止口和隔板止口的配合允許間隙就轉(zhuǎn)化為忽略掉的負(fù)間隙誤差，造成一定的測(cè)量誤差。

圖2 可磨密封止口與隔板止口配合示意圖

其次，傳統(tǒng)工藝未考慮可磨密封在加工上的弧長(zhǎng)誤差。目前可磨密封的加工工藝為整體加工，然后再切成四半，考慮刀具的切削寬度，為保證90°方向上的弧長(zhǎng)總量，一副可磨密封只能切成三段，剩下的一段為廢料。所以從加工工藝角度，可磨密封的弧長(zhǎng)總量也存在一定的誤差。在裝配時(shí)，這部分誤差在不修磨的情況下，通常轉(zhuǎn)化為一定的間隙變化量，這也是傳統(tǒng)工藝中的不足。

在未考慮上述兩種誤差的情況下，我們遵循傳統(tǒng)工藝一般會(huì)出現(xiàn)兩種情況：

1）可磨密封止口弧長(zhǎng)總和小于隔板止口周長(zhǎng)

此種情況下，可磨密封和隔板配合時(shí)，可磨密封中分面會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的縫隙，造成可磨密封氣密效果不理想，該間隙值可近似表示為：

式中：δt為可磨密封和隔板配合為中分面間隙；h1為可磨密封止口總和；h2為隔板止口周長(zhǎng)。

2）可磨密封止口弧長(zhǎng)總和大于隔板止口周長(zhǎng)

這種情況下，由于高出來(lái)的弧長(zhǎng)總高在機(jī)殼扣合時(shí)受到擠壓造成可磨密封在直徑方向上的膨脹，從而使測(cè)量負(fù)間隙值比真實(shí)負(fù)間隙值大,造成間隙的測(cè)量不準(zhǔn)確。該間隙值可近似表示為：

式中：δs為壓合機(jī)殼后的可磨密封弧長(zhǎng)量擠壓帶來(lái)的可磨密封半徑方向上的增加量；h1為可磨密封止口總和；h2為隔板止口周長(zhǎng)。

同時(shí)，由于擠壓形成直徑方向上的增量無(wú)法消除，可磨密封止口和隔板止口配合上存在一定的配合間隙，造成可磨密封無(wú)法有效的定位，從而使機(jī)組試車噪聲大，密封效果減弱[3]。

3 可磨密封間隙測(cè)量技術(shù)及其裝配工藝改進(jìn)措施

為了消除上面的所舉影響可磨密封加工精度的因素，結(jié)合工作中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)措施可以分為下面三個(gè)步驟：

第一，在可磨密封裝入彈簧的前提下(后面不特別說(shuō)明均為此狀態(tài))，不壓入轉(zhuǎn)子，測(cè)量可磨密封總高（保證下半或上半可磨密封垂直方向上結(jié)合面完全貼緊）。若總高為負(fù)，且負(fù)值過(guò)小影響風(fēng)機(jī)氣密性能，則視為報(bào)廢。

第二，壓入轉(zhuǎn)子后測(cè)量可磨密封和密封牙之間的間隙[4]。此步驟分為兩種情況：

1）壓入轉(zhuǎn)子后可磨密封止口和隔板止口配合無(wú)間隙，測(cè)量可磨密封和密封牙之間的間隙。若可磨密封和密封牙之間無(wú)縫隙則間隙為0；若有縫隙則為正間隙，超出間隙規(guī)定值時(shí)視為報(bào)廢。查閱上一步驟中所測(cè)可磨密封總高，若總高為正值，且在合理的范圍內(nèi)，此時(shí)只需修磨平整安裝即可，所測(cè)得正間隙值即為密封間隙值。此種情況下即使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，密封牙也不會(huì)切入到可磨密封座內(nèi)，但由于密封間隙值在合理的范圍內(nèi)，并且很小，仍然能夠起到很好的密封作用；

2）壓入轉(zhuǎn)子后可磨密封止口和隔板止口配合有間隙，此時(shí)測(cè)量可磨密封止口和隔板止口處間隙δ1，如圖3所示。

圖3可磨密封止口和隔板止口的間隙圖

圖4 可磨密封止口和隔板止口的可變間隙圖

由于這種情況下可磨密封座并沒(méi)有完全與隔板的止口貼緊[5-6]，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后，密封牙切入可磨密封座，彈簧力會(huì)給可磨密封座施加一個(gè)力，促使可磨密封止口和隔板止口完全貼緊。這種情況下的可磨密封工作狀態(tài)的實(shí)際密封間隙可以表示為：

式中：δ為可磨密封工作狀態(tài)下的實(shí)際間隙；δ1為可磨密封止口和隔板止口處測(cè)量間隙；δ2為可磨密封止口和隔板止口的可變間隙，見(jiàn)圖4。

根據(jù)δ1和h的數(shù)值又分為兩種情況：

當(dāng)h=0時(shí)，δ=δ1；

此時(shí)若δ超出規(guī)定可磨密封間隙值上限時(shí)，可以利用反算法給出總高h(yuǎn)的修磨量來(lái)滿足質(zhì)量要求。假定h超出上限，給定一個(gè)理想的間隙值Δδ，反算合理的總高為：

總高h(yuǎn)的修磨量為：

當(dāng)Δδ取可磨密封上限時(shí)，反算出的h0若大于h時(shí)，可磨密封報(bào)廢。

若δ超出規(guī)定可磨密封間隙值下限時(shí)，可以通過(guò)計(jì)算下限與理想的公差要求值Δδ之間的差值為依據(jù)，對(duì)轉(zhuǎn)子密封牙進(jìn)行配車，來(lái)滿足對(duì)可磨密封間隙的要求。

第三，由于機(jī)殼扣合時(shí)，弧長(zhǎng)總高在擠壓的情況下，形成直徑方向上的增量無(wú)法消除，從而使可磨密封止口和隔板止口配合上存在一定的配合間隙（包括零件設(shè)計(jì)造成的間隙允許量），造成可磨密封無(wú)法有效的定位，從而導(dǎo)致機(jī)組試車噪聲大，可磨密封效果減弱（此種方法是以可磨密封不報(bào)廢為前提）。

對(duì)于這種情況，可以在可磨密封和隔板配合的止口處加入相應(yīng)厚度的鋼帶。具體加入厚度為：ζ=h/2π。

4 總結(jié)

本文對(duì)等溫離心壓縮機(jī)可磨密封的安裝和負(fù)間隙測(cè)量提出改進(jìn)措施，為等溫離心壓縮機(jī)可磨密封的安裝提供了技術(shù)指導(dǎo)，確?？赡ッ芊庠诠ぷ鬟\(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的負(fù)間隙滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求[7]，從而保證機(jī)組各級(jí)間的密封性能達(dá)到優(yōu)良狀態(tài)。

[1]可磨密封與硬密封的區(qū)別，http://club.sealing.cn/ thread-31914-1-1.html

[2]吳士年，王希成，馬秀娟.風(fēng)機(jī)裝配工藝問(wèn)答[M].2006.

[3]API617-2002，石油、化學(xué)和氣體工業(yè)用軸流、離心壓縮機(jī)及膨脹機(jī)-壓縮機(jī)[S].

[4]黃志堅(jiān).機(jī)械設(shè)備振動(dòng)故障檢測(cè)與診斷[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[5]崔慶友，劉恒春，夏云飛，等.機(jī)械密封在煤氣鼓風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2012（1）：85-86.

[6]李燕坡，王吉鵬，曹彥恒，等.離心式壓縮機(jī)密封技術(shù)的應(yīng)用綜述[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2011（6）：58-62.

[7]邱大偉，韓磊，崔蓮順.可磨式密封在離心壓縮機(jī)上的應(yīng)用[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2013（6）：70-73.

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本文通過(guò)分析等溫離心壓縮機(jī)可磨密封結(jié)構(gòu)與其傳統(tǒng)的裝配工藝，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)裝配工藝未考慮零件設(shè)計(jì)上止口的配合間隙及可磨密封在加工上的弧長(zhǎng)誤差，這會(huì)導(dǎo)致可磨密封止口弧長(zhǎng)總和與隔板止口周長(zhǎng)不一致，造成間隙的測(cè)量不準(zhǔn)確。文中通過(guò)分析計(jì)算，找出間隙值與弧長(zhǎng)的數(shù)學(xué)關(guān)系，并提出了可磨密封裝配工藝的改進(jìn)措施。

可磨密封；密封負(fù)間隙；間隙測(cè)量；弧長(zhǎng)；等溫離心壓縮機(jī)

Improvement of Soft Sealing Clearance Measurement Technology and Assembling Process in Isothermal Centrifugal Compressor

Zhao Xiaojing,Zhang Min,Chang Huanqing,Wang Guoliang/Xi’an ShaanGu Power Co.,Ltd.

structure of soft sealing; sealing negtive clearance measurement;arc length;isothermal centrifugal compressor

TH452；TK05

A

1006-8155（2015）01-0061-04

10.16492/j.fjjs.2015.01.105

*本文其他作者：王國(guó)亮/西安陜鼓動(dòng)力股份有限公司

2014-07-07陜西西安710611

Abstract:Based on analyzing the structure of soft sealing measurement of isothermal centrifugal compressor and its traditional assembly process in this paper,it is found that the fit clearance of spigot in the design of parts and the arc length error in the processing of soft sealing is not considered in the traditional assembly process，which can result in the inconsistence of the sum of soft sealing spigot arc length with the diaphragm spigot circumference,and cause the clearance measurement inaccurate. Based on analysis and calculation in this paper,the mathematical relationship between the sealing clearance value and arc length is found out,and the improvement measures in soft sealing assembly process are pointed out.