禁油壓縮機(jī)閥孔蓋的密封設(shè)計

張秋穎 龐巖衛(wèi) 馬天驕

摘 要：分析禁油壓縮機(jī)閥孔蓋O形圈失效原因，設(shè)計一種新型的組合密封結(jié)構(gòu)，從失效根源上解決閥孔蓋O形圈摩擦損壞問題，并且能夠進(jìn)一步增強(qiáng)閥孔蓋的密封性，減小氣體泄漏的可能性。

關(guān)鍵詞：禁油;O形圈;密封失效;干摩擦

中圖分類號：TH138.52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0053-02

0 前言

往復(fù)式壓縮機(jī)常規(guī)使用的閥孔蓋有兩種結(jié)構(gòu)：一種為頂絲結(jié)構(gòu)，即閥孔蓋與壓閥罩不直接接觸，閥孔蓋通過螺栓安裝在氣缸上，并通過緊固在閥孔蓋上的頂絲來固定壓閥罩，為了使壓閥罩受力均勻，頂絲的數(shù)量一般在3個以上，閥孔蓋的安裝直徑越大，頂絲數(shù)量越多，閥孔蓋與氣缸之間采用墊片密封，同時每個頂絲均需要蓋形螺母配合墊片進(jìn)行密封（見圖1）;另一種為O形圈結(jié)構(gòu)，即閥孔蓋與壓閥罩直接接觸，通過螺栓緊固閥孔蓋的同時，也將壓閥罩一起固定在氣缸內(nèi)，此時為保證將壓閥罩固定到位，閥孔蓋端面與氣缸之間須留有間隙，閥孔蓋安裝直徑的側(cè)面設(shè)有O形圈槽，安裝O形圈進(jìn)行密封（見圖2）。

由于O形圈結(jié)構(gòu)的閥孔蓋結(jié)構(gòu)簡單，只有O形圈密封處一處泄漏點，泄漏點少，并且O形圈的密封性優(yōu)于墊片，所以現(xiàn)在大部分的壓縮機(jī)都在使用O形圈結(jié)構(gòu)的閥孔蓋。隨著近年來天然氣與光伏等清潔能源的發(fā)展，BOG和多晶硅等市場對壓縮機(jī)的需求越來越多，這種壓縮機(jī)最大的特點就是需要過流零部件禁油脫脂，在這種情況下的壓縮機(jī)經(jīng)常會在調(diào)試階段就出現(xiàn)閥孔蓋漏氣等現(xiàn)象，并且多次更換O形圈仍會出現(xiàn)泄漏。經(jīng)過不斷的分析、排查，排出了O形圈材質(zhì)等原因，最后發(fā)現(xiàn)是在安裝閥孔蓋的過程中閥孔蓋內(nèi)的O形圈已經(jīng)出現(xiàn)損壞。由于禁油壓縮機(jī)的需求量與日俱增，設(shè)計一款適用于禁油脫脂壓縮機(jī)的閥孔蓋密封結(jié)構(gòu)已極為迫切。

1 禁油壓縮機(jī)對閥孔蓋O形圈的損壞原因

在設(shè)計一種新的密封結(jié)構(gòu)之前，一定要弄清楚閥孔蓋O形圈損壞的原因，才能夠有針對性的進(jìn)行改進(jìn)和設(shè)計。BOG和多晶硅等禁油壓縮機(jī)的過流零部件均需要清潔處理，安裝閥孔蓋前需要將閥孔蓋、O形圈及氣缸閥孔全部進(jìn)行脫油脫脂處理，不能給O形圈提供任何潤滑油，這樣在安裝閥孔蓋時O形圈與氣缸閥孔壁之間處于完全干摩擦的狀態(tài)，而且為了密封性，安裝前自由狀態(tài)的O形圈外徑會比氣缸閥孔內(nèi)徑更大，因此在干摩擦和擠壓的雙重作用下，O形圈很有可能會出現(xiàn)一定程度的磨損，甚至撕裂，其中部分O形圈會擠入氣缸閥孔和閥孔蓋之間的間隙內(nèi)（見圖3），若圖中m處倒圓角不夠光滑或者成尖銳的尖角，更容易出現(xiàn)撕裂破壞。一旦撕裂，會極大的減弱了O形圈的密封性，工作時內(nèi)部帶有壓力的氣體就能夠很快的從裂口處泄漏出來。

2 禁油壓縮機(jī)閥孔蓋密封的設(shè)計

這種O形圈的摩擦損壞在壓縮機(jī)其它應(yīng)用上比較少見，但是這種損壞情況與高壓氣對O形圈的沖擊損壞極為相似。當(dāng)O形圈在密封高壓氣流時很容易出現(xiàn)受高壓氣吹掃作用，非受力側(cè)的部分O形圈被擠入軸和孔的配合間隙內(nèi)，在m點上O形圈應(yīng)力最大，在受力嚴(yán)重或出現(xiàn)尖點時將發(fā)生破壞。尤其在動密封時，O形圈進(jìn)行快速往復(fù)運動，被擠入部分不斷反復(fù)摩擦，更加加劇了O形圈的磨損速度，隨著往復(fù)次數(shù)的增多，O形圈逐漸會出現(xiàn)起毛、撕裂及脫落等不同情況的損壞。

針對O形圈密封高壓氣流的情況，標(biāo)準(zhǔn)O形圈的設(shè)計是在O形圈的非受力側(cè)增加一個保護(hù)墊圈，這種墊圈并非閉合結(jié)構(gòu)，而是整圈上帶有一個斜開口，既方便安裝，又可以在膨脹時剛好將墊圈的外徑卡在配合孔的內(nèi)徑，可以有效的阻止O形圈被高壓氣流吹掃變形，擠入軸和孔的配合間隙內(nèi)，從而起到保護(hù)O形圈的作用（見圖4）。

同樣道理，這種保護(hù)墊圈也適用禁油壓縮機(jī)的O形圈設(shè)計，安裝閥孔蓋時將保護(hù)保護(hù)墊圈安裝在O型圈的非受力側(cè)（即O形圈的外側(cè)），當(dāng)閥孔蓋向閥孔內(nèi)側(cè)推動時，O形圈受摩擦力向外側(cè)運動，這時外側(cè)的墊圈給O形圈提供支撐，防止其變形擠入氣缸閥孔和閥孔蓋的間隙，并且O形圈不會與m處直接接觸，也避免出現(xiàn)由于此處的加工不夠平滑導(dǎo)致O形圈破壞的可能性。從根本上解決由于干摩擦、擠壓等原因造成安裝時O形圈的損壞。

由于O形圈的閥孔蓋結(jié)構(gòu)，在密封時僅有一道密封，一旦O形圈出現(xiàn)的損壞，就會有泄漏發(fā)生?？梢愿鶕?jù)閥孔蓋和壓閥罩的結(jié)構(gòu)特點，在兩者之間增加一道密封，來提高密封的安全性。與O形圈形成一種新的組合密封（見圖5）。由于為了安裝方便，閥孔蓋的下端一定會設(shè)計一個倒角，利用這樣的倒角，可在壓閥罩和閥孔蓋之間增加一道三角型密封墊片，來進(jìn)一步增強(qiáng)閥孔蓋的密封性。這種結(jié)構(gòu)使用角型密封來進(jìn)行第一步密封，可以很大程度的削弱O形圈處的密封壓力，增強(qiáng)密封的可靠性。為了保證角型密封墊片的密封性，墊的材質(zhì)需要選擇比較軟的材料。

通過兩種墊片的組合使用能夠很好的解決禁油壓縮機(jī)閥孔蓋O形圈磨損泄漏的問題。

3 結(jié)語

這種新型的閥孔蓋密封組合結(jié)構(gòu)，因其結(jié)構(gòu)簡單，密封性強(qiáng)的優(yōu)勢，可以廣泛的應(yīng)用于普通的壓縮機(jī)閥孔蓋密封。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用了雙密封，可以彌補(bǔ)單一密封一旦失效就會導(dǎo)致閥孔蓋漏氣的缺點，尤其適用于密封高壓氣體的工況。介質(zhì)氣壓力高時，可先通過角型密封墊片對高壓氣進(jìn)行初步密封，起到節(jié)流減壓作用，減弱O形圈處的壓力，再使用保護(hù)墊圈對受壓的O形圈進(jìn)行保護(hù)，從而增加O形圈的密封性，能夠徹底密封缸內(nèi)氣體。

參考文獻(xiàn)

[1] 郁永章.往復(fù)活塞壓縮機(jī)[M].西安交通大學(xué)能動學(xué)院，2006.

[2] 活塞壓縮機(jī)設(shè)計編寫小組.活塞壓縮機(jī)設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1974.

[3] HB/Z4-95.中華人民共和國航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-O形密封圈及密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求[S].

[4] 成大先.機(jī)械設(shè)計手冊[M].第3卷.5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2008.

[5] （蘇）M.N.弗廉克爾.活塞壓縮機(jī)原理、結(jié)構(gòu)與設(shè)計基礎(chǔ)[M].西安交通大學(xué)壓縮機(jī)教研組譯.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1960.