離心式壓縮機(jī)密封工作原理與典型故障研究

李建明 張鵬

摘 要：科技的進(jìn)步，使得離心壓縮機(jī)技術(shù)得到迅猛發(fā)展和提高，這種技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮非常重要的作用。但是在實(shí)際使用過程中離心壓縮機(jī)也會(huì)出現(xiàn)一些故障，從而影響其正常使用。因此，必須要采取有效的措施進(jìn)行日益完善。文章首先介紹離心壓縮機(jī)密封技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，然后分析離心式壓縮機(jī)干氣密封工作故障，最后提出離心式壓縮機(jī)的典型故障。

關(guān)鍵詞：離心式壓縮機(jī)；密封工作原理；典型故障

中圖分類號(hào)：TH452 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）33-0050-02

Abstract： With the progress of science and technology， centrifugal compressor technology has been developed rapidly and improved. This technology plays a very important role in industrial production. However， in the actual use of centrifugal compressor， there will be some faults， which will affect its normal use. Therefore， we must take effective measures to improve it day by day. This paper first introduces the relevant knowledge of centrifugal compressor sealing technology， and then analyzes the centrifugal compressor dry gas seal working fault， finally proposes the typical fault of the centrifugal compressor.

Keywords： centrifugal compressor； working principle of seal； typical fault

1 概述離心壓縮機(jī)密封技術(shù)的相關(guān)知識(shí)

當(dāng)前，國內(nèi)外石化行業(yè)廣泛使用離心壓縮機(jī)的各種氣體。為了避免這些氣體沿著壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)軸端部泄露到大氣中，需要采用不同的軸端密封裝置，以此維持主機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。減少能源和物料的損耗，以防環(huán)境污染和確保設(shè)備安全及人身安全。離心壓縮機(jī)所使用的密封有三種形式，分別是迷宮密封、機(jī)械密封和浮環(huán)密封。

1.1 迷宮密封

迷宮密封是依賴密封空腔中的動(dòng)能耗散過程和節(jié)流間隙中的節(jié)流過程實(shí)現(xiàn)密封。這種密封的結(jié)構(gòu)相對簡單，輔助設(shè)備很少。一般情況下，可以允許壓縮機(jī)內(nèi)部的介質(zhì)微量漏到大氣中，并且僅僅適用于低壓介質(zhì)密封。首先，以空氣為介質(zhì)的離心式壓縮機(jī)大多數(shù)采用通過節(jié)流而減少泄露的迷宮式密封，這是由于空氣不僅是廉價(jià)的，而且是毫無危險(xiǎn)的，其泄漏量直接影響能源的消耗。因此，迷宮密封的主要探究方向是如何增強(qiáng)節(jié)能功能以減少泄露量。合理利用強(qiáng)化節(jié)流效應(yīng)來減少氣體泄漏量的刷式密封，也可以作為改進(jìn)型的迷宮密封。其次，壓縮氮?dú)獾取爸行浴睔怏w的壓縮機(jī)也能夠使用迷宮密封，但是因?yàn)槠鋬r(jià)值比空氣高，所以在有些大型化肥廠中使用氣膜螺旋槽密封，其最終目的是減少能源和物料的損耗。

1.2 機(jī)械密封

以往，迷宮密封和浮環(huán)被普遍采用，隨著密封技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械密封和干氣密封逐漸推廣使用。離心式壓縮機(jī)使用的傳統(tǒng)的浮環(huán)密封正在逐漸被機(jī)械密封所代替，由于機(jī)械密封的泄漏率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于浮環(huán)密封，這不僅降低密封油的損耗，而且降低密封油對工藝回路造成的污染。機(jī)械密封的控制系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)更加簡單、操作更加安全可靠。雖然浮環(huán)密封的成本比機(jī)械密封的成本低，但是從技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性角度來分析，其優(yōu)越性是非常顯著的。

這種類型的密封在低中壓離心式壓縮機(jī)行業(yè)之所以代替浮環(huán)密封，其原因體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：其一，真正克服了浮環(huán)密封內(nèi)部輔助系統(tǒng)復(fù)雜化和泄漏量較大的缺點(diǎn)。其二，在技術(shù)方面是相當(dāng)成熟的，其安全可靠性和使用壽命不低于浮環(huán)密封的程度。相對于浮環(huán)密封，這種類型密封的內(nèi)泄量逐漸降低。這樣既降低密封油污染工藝回流的危險(xiǎn)性，又減少污油回收設(shè)備的占地面積和重量。其次，這種類型密封的油氣壓差從浮環(huán)密封的1.05MPa提升到0.15MPa-0.30MPa，控制的可靠性提升，系統(tǒng)也變得簡單化。與浮環(huán)密封相比，機(jī)械密封的密封本體投資較大，系統(tǒng)投資降低，設(shè)備總投資相差小，但是更加的安全和維護(hù)費(fèi)用有所減少。

1.3 浮環(huán)密封

浮環(huán)密封屬于液體密封的一種，其是從固定套筒式油封發(fā)展得來的。浮環(huán)是處于轉(zhuǎn)軸上，而封油注入浮環(huán)密封腔后，沿浮環(huán)間隙向外浮環(huán)外側(cè)和內(nèi)浮環(huán)內(nèi)側(cè)泄露。因?yàn)檗D(zhuǎn)子長期處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，流進(jìn)浮環(huán)間隙內(nèi)部的封油，在旋轉(zhuǎn)軸的作用下形成具有較強(qiáng)承載能力的油膜、一方面。這種油膜將浮環(huán)抬起，使軸頸與浮環(huán)之間實(shí)現(xiàn)液體潤滑，從而減少摩擦。另一方面，因?yàn)橛湍こ錆M整個(gè)浮環(huán)間隙，所以能夠有效阻止氣體介質(zhì)向外側(cè)泄露，從而發(fā)揮出密封的作用。浮環(huán)密封是離心式壓縮機(jī)軸端密封的傳統(tǒng)型式之一，至今在各種密封型式仍舊占據(jù)重要的地位。從其整個(gè)發(fā)展歷史來看，該密封是代替迷宮式充氣密封的新型密封。

2 離心式工作原理干氣密封工作原理

2.1 離心式壓縮機(jī)工作原理

離心式壓縮機(jī)的主要作用是壓縮氣體，以此達(dá)到人們在工作中的某種需求的目的。工作中，離心壓縮機(jī)通過其葉輪進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，而且葉輪在旋轉(zhuǎn)中會(huì)帶動(dòng)通管中的空氣進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，這樣能夠不斷加速通道內(nèi)部的空氣旋轉(zhuǎn)，通過氣理性作用形成一種擴(kuò)壓器。通常，離心式壓縮機(jī)的工作原理是通過其葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再產(chǎn)生空氣的推動(dòng)力。在空氣的作用下，將葉輪及擴(kuò)壓器產(chǎn)生的空氣在流通通道內(nèi)進(jìn)行壓縮，并且合理運(yùn)用離心原則及降速原理等等，把離心機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械性能轉(zhuǎn)換為空氣的壓力功能。[4]此外，空氣在擴(kuò)壓器的作用下日益壓縮的過程中，會(huì)使得空氣的流通速度迅速上升，從而造成通道底部空氣加速度減少，而空氣也會(huì)降低速度，后方的空氣仍舊是不斷前進(jìn)和擠壓的，這樣就會(huì)讓空氣的動(dòng)量勢能轉(zhuǎn)化為靜態(tài)壓能，最終達(dá)到壓縮空氣的目標(biāo)。本文通過研究離心壓縮機(jī)的軸系整體結(jié)構(gòu)，如圖1所示，維修檢測人員在日后的實(shí)踐工作中應(yīng)該增強(qiáng)對壓縮機(jī)組整體結(jié)構(gòu)的檢測與維修，保證壓縮機(jī)設(shè)備的正常運(yùn)行。

2.2 干氣密封工作原理

典型的干氣密封結(jié)果主要是由五個(gè)部分組成，分別是密封圈、旋轉(zhuǎn)環(huán)、彈簧、彈簧座以及靜環(huán)。旋轉(zhuǎn)環(huán)密封面受到研磨拋光處理后，在其上面加工出具有特殊功能的流體動(dòng)壓槽。干氣密封摩擦面的槽型中具有代表性的T型槽、單向螺旋等等，在實(shí)際使用中單向旋轉(zhuǎn)槽型可以保證流體通暢運(yùn)行。氣膜具有較強(qiáng)的剛度，在強(qiáng)壓下可以保持其最初的形態(tài)。處于這種情況下。其載荷軸承能力就可以在以往的基礎(chǔ)上把瞬態(tài)工況，或者變動(dòng)工況期間的長動(dòng)態(tài)表明基礎(chǔ)的風(fēng)險(xiǎn)減少到最小。一般來說，完善該性能的重點(diǎn)是螺旋槽的內(nèi)泵動(dòng)效應(yīng)。在整個(gè)干氣密封過程中，瞬態(tài)工況對離心式壓縮機(jī)而言具有重要的意義，并且這項(xiàng)技術(shù)也是干氣密封的關(guān)鍵。

3 離心式壓縮機(jī)干氣密封使用過程中的典型故障

離心式壓縮機(jī)干氣密封使用過程中會(huì)受到多種因素的影響，從而出現(xiàn)各種故障影響離心壓縮機(jī)的穩(wěn)定使用。因此，必須要及時(shí)采取有效的措施進(jìn)行日益完善，將損失控制到最小化，實(shí)現(xiàn)提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)。

3.1 軸承溫度過高

離心式壓縮機(jī)工作中軸承具有較高的旋轉(zhuǎn)速度，這樣才可以達(dá)到壓縮空氣的目的。但是在高速旋轉(zhuǎn)中往往會(huì)出現(xiàn)溫度過高的情況，若不能在第一時(shí)間進(jìn)行處理，就會(huì)影響空氣壓縮機(jī)的使用效果，嚴(yán)重的話會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)出現(xiàn)故障，不能正常使用。經(jīng)過大量的實(shí)踐證明，導(dǎo)致軸承過高的情況有四種：其一，壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，有關(guān)維修人員沒有做好有效的維護(hù)工作，軸承堵塞流量孔或者堵塞導(dǎo)致孔小，這樣軸承進(jìn)油量是相對較少的。在運(yùn)行中出現(xiàn)較為嚴(yán)重的摩擦，這樣就會(huì)使溫度不斷上升。其二，潤滑油壓較低，這樣軸承就無法得到所有潤滑油的潤滑，進(jìn)油量降低就會(huì)影響軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)。其三，降低軸承溫度使用適量的冷卻劑，但是使用量，冷卻效果是不顯著的，從而出現(xiàn)溫度升高的現(xiàn)象。其四，冷卻劑或者潤滑油質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，使用中沒有做好相應(yīng)質(zhì)檢工作，導(dǎo)致其出現(xiàn)質(zhì)量不合格的油或者摻雜水分等等。使用過程中二者不能充分發(fā)揮所有的作用，所以很難實(shí)現(xiàn)降低軸承溫度的目標(biāo)。

3.2 震動(dòng)幅度異常

軸承在離心式壓縮機(jī)運(yùn)作中必須要做好固定處理，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有其固定的振動(dòng)頻率，但是由于轉(zhuǎn)速較快，所以很有可能會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)軸速度較高的情況，對壓縮機(jī)的正常工作造成直接影響。一般來說，產(chǎn)生原因有以下三點(diǎn)：其一，不利的壓縮機(jī)安裝過程，導(dǎo)致壓縮機(jī)機(jī)組精準(zhǔn)度不高，出現(xiàn)安裝失誤的情況，所以壓縮機(jī)前后軸承出現(xiàn)較大的偏差；其二，轉(zhuǎn)子大小及增速器出現(xiàn)變動(dòng)，這是由于長期運(yùn)轉(zhuǎn)中二者的軸承出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損，這樣軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中就會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)幅度較大的情況；其三，壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，軸襯及軸頸之間的間隙過大，軸承轉(zhuǎn)動(dòng)中離心力就會(huì)對其造成較大的影響，二者出現(xiàn)碰撞，從而導(dǎo)致軸承出現(xiàn)顯著的振動(dòng)情況，在嚴(yán)重的情況下二者出現(xiàn)過大的磨損，從而造成壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生異常。

3.3 氣體冷卻出入口溫度過高

氣體冷卻出入口溫度較高是離心式壓縮機(jī)在運(yùn)行中最常見的問題。因?yàn)樵诶鋮s裝置中的冷卻劑含量較低，使得離心式壓縮機(jī)運(yùn)作中由于溫度較高發(fā)熱，但是離心式壓縮機(jī)無法在機(jī)械升溫的過程中，達(dá)到良好的效果，導(dǎo)致氣體冷卻出入口溫度較高。同時(shí)，氣體冷卻效果不理想，離心式壓縮機(jī)在這種環(huán)境下運(yùn)行，就會(huì)由于溫度較高直接啟動(dòng)機(jī)械保護(hù)系統(tǒng)，切斷其電源而停止運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，影響氣體冷卻出入口溫度較高的原因還包括冷卻管之間松動(dòng)、冷卻管表面積累積的污垢等等。

4 結(jié)束語

總而言之，離心式壓縮機(jī)是石油化工行業(yè)的不可缺少的設(shè)備。其自身的優(yōu)勢是非常明顯的，不僅耐磨，抗腐蝕，而且使用壽命長，價(jià)格合理。但是這種類型的壓縮機(jī)在使用一段時(shí)間后，也會(huì)出現(xiàn)各種故障。因此，必須要加強(qiáng)對離心式壓縮機(jī)的檢修和維護(hù)，來降低故障出現(xiàn)幾率。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊艷，劉二斌，韓斌.離心式壓縮機(jī)干氣密封工作原理與典型故障研究[J].化工管理，2016（18）：192.

[2]王莉，李旭昆，祁金青，等.離心式壓縮機(jī)干氣密封工作原理與典型故障研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016（08）：64-65.