對(duì)稱平衡活塞往復(fù)壓縮機(jī)有油潤(rùn)滑的填料函應(yīng)用研究

張安斌，錢俊峰，李軍武

(1.賀爾碧格(上海)公司，上海 200000；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田長(zhǎng)北作業(yè)分公司，陜西 榆林 719000；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田第七采油廠，陜西 西安 710000)

1 引言

密封填料，也叫盤根，填料密封最早是以棉麻等纖維塞在泄漏通道內(nèi)來阻止液體泄漏，主要用在提水機(jī)械的軸封?，F(xiàn)在密封被廣泛用在離心泵、活塞泵、往復(fù)壓縮機(jī)、制冷機(jī)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)軸封，以及各種閥門閥桿的旋轉(zhuǎn)密封等；在各個(gè)CNG加氣站、天然氣集氣站、天然氣處理廠安裝的往復(fù)壓縮機(jī)，都需要安全、可靠的密封函或裝置，其具有密封高壓氣體從活塞桿處泄漏的天然氣、刮除活塞桿上的油污和將氣缸與曲軸箱分隔開的作用。

2 填料函密封結(jié)構(gòu)原理及作用

2.1 填料函安裝位置

填料函安裝在氣缸和十字頭導(dǎo)軌之間。它包含多個(gè)環(huán)組，密封活塞桿周圍和填料盒相互之間的接觸面，防止氣體從氣缸泄漏到導(dǎo)軌、曲軸箱中。

2.2 填料函結(jié)構(gòu)

填料密封裝在填料環(huán)槽中，通過連接螺桿將所有的填料環(huán)組串組在一起，然后用螺母把整組填料函壓緊在氣缸曲軸箱側(cè)的表面，每個(gè)填料環(huán)組接觸活塞桿，填料函的法蘭用螺栓固定在氣缸中，包含入口潤(rùn)滑油口和出口放空、排放口。

2.3 填料函密封工作原理

當(dāng)帶壓介質(zhì)通過活塞桿表面時(shí)，氣體被多次節(jié)流，，填料與軸表面的貼合、摩擦，也類似滑動(dòng)軸承，密封件需要足夠的潤(rùn)滑，以保證密封有一定的壽命。

由于每個(gè)填料環(huán)組的密封環(huán)接觸活塞桿，由此形成數(shù)個(gè)迷宮憑借這個(gè)“迷宮效應(yīng)”達(dá)到密封。每套密封環(huán)固定在填料函內(nèi)的一個(gè)單獨(dú)的環(huán)槽中，并且可以在環(huán)槽中自由移動(dòng)或“浮動(dòng)”，一個(gè)軟金屬墊圈將填料函密封在氣缸內(nèi)的曲柄端蓋上，壓力分解環(huán)是第一個(gè)受到氣缸壓力的環(huán)組，之后是多個(gè)帶有密封環(huán)的“單作用填料環(huán)組”，和一組雙作用密封環(huán)組，這將繼續(xù)降低氣體壓力。

氣缸內(nèi)氣體被密封過程：泄漏的氣體通過填料環(huán)組逐漸降低了氣體壓力，壓力分解環(huán)首先分解分散降低來自氣缸的氣壓，剩余的氣體壓力迫使氣體沿活塞桿進(jìn)入填料環(huán)組。

壓力分解環(huán)將氣體分解分散，從而減小對(duì)填料環(huán)組內(nèi)填料密封件的沖擊，泄漏的氣體壓力激活填料環(huán)組內(nèi)的密封，活塞桿周圍和下一個(gè)環(huán)組內(nèi)的環(huán)密封，進(jìn)一步降低氣體壓力，隨著活塞的移動(dòng)，壓力的降低使氣流損失最小化，隨后的每個(gè)填料環(huán)減少了從填料箱流入排放孔的氣體流量。

2.4 填料密封原理

填料密封環(huán)由徑向密封環(huán)、切向密封環(huán)及阻流環(huán)組成，它們從高壓側(cè)到低壓側(cè)依次排列，切向密封環(huán)是防止氣體沿活塞桿軸向泄漏的主要部件，它由3塊弓形片組成，外圈的周向槽內(nèi)安裝有小彈簧圈，彈簧圈將3塊弓形片箍緊，使3片抱緊活塞桿產(chǎn)生密封作用，為了弓形片在內(nèi)圈孔徑磨損后依然能抱緊活塞桿，在弓形之間留有1.5至2.5 mm的徑向收縮間隙，由于收縮間隙的存在，給氣體提供了延徑向及軸向泄漏的途徑，所以設(shè)置徑向密封環(huán)。徑向密封環(huán)設(shè)置在氣體高壓側(cè)，由3個(gè)扇形片組成，也在外圈周向槽內(nèi)安裝小彈簧箍緊，可以從軸向?qū)⑶邢蛎芊猸h(huán)的3條縫隙封住；在3片扇形之間，留有收縮間隙，使其內(nèi)圈孔徑磨損后能夠收縮抱緊在桿上，為使切向和徑向密封環(huán)的3個(gè)收縮間隙錯(cuò)開，在切向密封環(huán)的弓形片上固定定位銷，并在徑向環(huán)的扇形片上加工相應(yīng)的定位孔，而阻流環(huán)除了在兩側(cè)起密封作用外，還有保護(hù)高壓側(cè)密封環(huán)的作用，所以阻流環(huán)也稱為支撐環(huán)或防擠出環(huán)。

當(dāng)氣缸內(nèi)壓力被壓縮時(shí)，填料密封環(huán)由于受到氣體壓力的作用靠近低壓側(cè)，氣體從填料密封環(huán)與填料環(huán)槽之間的軸向間隙和徑向環(huán)的切口間隙中進(jìn)入填料的外側(cè)，在氣體的作用下形成3個(gè)密封面，分別是徑向環(huán)與切向環(huán)切口錯(cuò)開形成密封面，切向環(huán)與活塞桿表面形成的密封面和切向環(huán)與環(huán)槽側(cè)面形成密封面，這樣就阻止了氣體的泄漏，從而起到密封作用；當(dāng)氣缸吸氣時(shí)，氣體通過徑向環(huán)的切口間隙部分回流進(jìn)氣缸，填料環(huán)槽中的氣體壓力逐漸下降，這樣就可以保證下一個(gè)壓縮過程中，填料密封環(huán)的前后建立起新的壓差，使填料密封環(huán)再次形成3個(gè)密封面，起到密封作用，詳見圖1。

圖1

3 填料密封件種類及應(yīng)用

3.1 壓力分解環(huán)組

壓力分解環(huán)位于填料盒端蓋中(即第一環(huán)槽中)，目前應(yīng)用中有3種壓力分解環(huán)：“P”型環(huán)(圖2)、“UP”型環(huán)(圖3)、“P1U”型環(huán)(圖4)；“P”型環(huán)一般是個(gè)單環(huán)，被徑向切割成3個(gè)相等的節(jié)段，用彈簧固定在一起的3個(gè)部分如分段組裝時(shí)需注意方向及每段上的字母，環(huán)上的3個(gè)缺口是氣流的通道，其作用是在不完全密封的情況下分解或減緩氣流，是由氣體壓力驅(qū)動(dòng)的，氣體壓力將環(huán)推到填料環(huán)槽內(nèi)壁上，通過此密封的氣體將由后面填料函中的單作用密封環(huán)組件繼續(xù)減壓密封，最重要的功能是在吸氣沖程減慢氣體回流到活塞桿，如果沒有緩沖，回流回把環(huán)吹離活塞桿，導(dǎo)致抱緊彈簧以及填料杯損壞；“UP”環(huán)是單個(gè)實(shí)心環(huán)，其將氣流分流或減速而不完全密封；“P1U”環(huán)是由兩個(gè)環(huán)組成的雙環(huán)組，其僅允許在一個(gè)方向上控制泄漏，并且安裝在第一或第二填料杯中(最靠近活塞的位置)，第一道環(huán)(壓力側(cè))是具有單個(gè)徑向切口的一件式，第二道環(huán)是實(shí)心環(huán)，其內(nèi)孔比活塞桿直徑更大；安裝時(shí)標(biāo)記字母面向氣缸，這些環(huán)的切割側(cè)必須面對(duì)氣缸壓力。

圖2

圖3

圖4

3.2 單作用密封環(huán)組

單作用密封環(huán)只在一個(gè)方向上有密封作用，因此安裝單作用填料環(huán)時(shí)特別要注意安裝方向，使刻字標(biāo)識(shí)面面對(duì)對(duì)高壓力一側(cè)(即氣缸)；通過壓力分解環(huán)后的氣體流向單作用環(huán)，然后氣體流過活塞環(huán)的頂部，填料環(huán)組頂部的壓力迫使它們圍繞活塞桿密封，氣流依次經(jīng)過每一個(gè)單作用環(huán)然后被密封，最終填料函中的雙作用環(huán)將密封流經(jīng)最后一道單作用環(huán)的氣體，這里的階梯切向，能限制環(huán)的抱緊程度。

單作用密封環(huán)組“BT”環(huán)，其由2個(gè)環(huán)組成(圖5)，該雙環(huán)組只能在一個(gè)方向上進(jìn)行密封，第1道環(huán)(壓力側(cè))開有徑向切口，第2道環(huán)開有切向階梯切口，兩道環(huán)用銷釘配合定位，確保環(huán)切口從其中一道至另一道保持錯(cuò)開并形成緊密的氣體密封。

圖5

單作用密封環(huán)組“BTR”環(huán)，其由3個(gè)環(huán)組成(圖6)，只能在一個(gè)方向上起到密封作用：第1道環(huán)(壓力側(cè))開有徑向切口，第2道環(huán)開有切向階梯切口，材質(zhì)與第一道環(huán)相同，這兩道環(huán)用銷釘配合定位，確保環(huán)切口從其中一道至另一道保持錯(cuò)開，第3道環(huán)被稱為支承環(huán)，它開有徑向切口并且具有大于活塞桿直徑的孔，從而使得徑向接頭形成緊密的氣體密封，該環(huán)無需使用定位銷；“BTR”環(huán)和“BT” 環(huán)的區(qū)別是在低壓側(cè)設(shè)置了第3個(gè)環(huán)，以防止擠出(支撐作用)和消除活塞桿表面產(chǎn)生的摩擦熱。

圖6

單作用密封環(huán)組“BTS”環(huán)，其由3個(gè)環(huán)組成(圖7)，該3環(huán)組也只能在一個(gè)方向上起到密封作用：第1道環(huán)(壓力側(cè))開有徑向切口，第2道環(huán)開有切向階梯切口，前兩道環(huán)用銷釘配合定位，確保環(huán)切口從其中一道至另一道保持錯(cuò)開，第3道環(huán)被稱為支承環(huán)，它是未切割的一件式環(huán)，在活塞桿上方有間隙，從而使得前兩道環(huán)的接頭形成氣密密封并防止切向環(huán)被擠出。“BTR”環(huán)組與“BTS”環(huán)組的不同之處在于第3道環(huán)，“BTS”環(huán)組的第3道環(huán)是個(gè)實(shí)心環(huán)，安裝時(shí)必須拆卸活塞桿與十字頭鎖母；安裝時(shí)標(biāo)記字母面向氣缸。

“TR”型密封環(huán)實(shí)際上是“BTR”型密封環(huán)的變形，結(jié)合了切向環(huán)和徑向環(huán)的特點(diǎn)，即有高壓氣的導(dǎo)入作用，又有軸向的密封作用，且由于切向環(huán)和徑向環(huán)做在同一個(gè)環(huán)上，可減少一個(gè)泄漏點(diǎn)，另外，由于該密封只有2個(gè)環(huán)，軸向尺寸較小，當(dāng)密封壓力較高時(shí)，可通過增加填料函的形式，減少泄漏點(diǎn)。

單作用密封環(huán)組“BTU”環(huán)組，其由3個(gè)環(huán)組成(圖8)：該三環(huán)組只能在一個(gè)方向上起到密封作用，第1道環(huán)(壓力側(cè))開有徑向切口，第2道環(huán)開有切向階梯切口，前兩道環(huán)用銷釘配合定位，確保環(huán)切口從其中一道至另一道保持錯(cuò)開，第3道環(huán)被稱為支承環(huán)；它是未切割的一件式環(huán)(就是一個(gè)整圓圈環(huán))，在活塞桿上方具有間隙，從而使得前兩道環(huán)的接頭形成氣密密封，在許多應(yīng)用中，該未切割的環(huán)將在壓力下偏轉(zhuǎn)并抵靠活塞桿密封。

圖8

單作用密封環(huán)組“BTUU”環(huán)組，其由4個(gè)環(huán)組成(圖9)：該四環(huán)組只能在一個(gè)方向上起到密封作用，第1道環(huán)(壓力側(cè))開有徑向切口，第2道環(huán)開有切向階梯切口；這兩道環(huán)用銷釘配合定位，確保環(huán)切口從其中一道至另一道保持錯(cuò)開。第3道環(huán)和第4道環(huán)是未切割的一件式環(huán)，在活塞桿上方具有間隙，從而使得前兩道環(huán)的接頭形成氣密密封，在安裝填料應(yīng)用中，該未切割的環(huán)將在壓力下偏轉(zhuǎn)并依靠活塞桿密封。

圖9

單作用密封環(huán)組“CU”環(huán)組，其由3個(gè)環(huán)組成(圖10)：該三環(huán)組只能在一個(gè)方向上起到密封作用，第1道環(huán)(壓力側(cè))開有徑向切口，第2道環(huán)開有切向切口；這兩道環(huán)用銷釘配合定位，確保環(huán)切口從其中一道至另一道保持錯(cuò)開。第3道環(huán)是實(shí)心支承環(huán)并且具有比活塞桿直徑更大的孔徑，從而使得前2道環(huán)的徑向接頭形成緊密的氣體密封。

圖10

單作用密封環(huán)組“CUU”環(huán)組，其由4個(gè)環(huán)組成(圖11)：該四環(huán)組只能在一個(gè)方向上起到密封作用，第1道環(huán)(壓力側(cè))開有徑向切口，第2道環(huán)開有切向切口；這兩道環(huán)用銷釘配合定位，確保環(huán)切口從其中一道至另一道保持錯(cuò)開。第3道環(huán)和第4道環(huán)是實(shí)心支承環(huán)并且具有比活塞桿直徑更大的孔，從而使得前兩道環(huán)的徑向接頭形成緊密的氣體密封。

圖11

單作用密封環(huán)組“STU”環(huán)組，其由3個(gè)環(huán)組成(圖12)：該三環(huán)組只能在一個(gè)方向上起到密封作用，第1道環(huán)(壓力側(cè))為實(shí)心環(huán)，在壓力側(cè)上具有徑向凹槽，第2道環(huán)開有切向切口，第3道環(huán)為整體構(gòu)造。

圖12

單作用密封環(huán)組“CR”環(huán)組，其由3個(gè)環(huán)組成(圖13)：該三環(huán)組只能在一個(gè)方向上起到密封作用，第1道環(huán)(壓力側(cè))開有徑向切口，第2道環(huán)開有切向切口，這兩道環(huán)用銷釘配合定位，確保環(huán)切口從其中一道至另一道保持錯(cuò)開，第3道環(huán)被稱為支承環(huán)，它開有徑向切口并且具有比活塞桿直徑更大的孔，從而使得徑向接頭形成緊密的氣體密封。

圖13

3.3 雙作用密封環(huán)組

雙作用環(huán)組是填料函中的最終密封環(huán)，用于將氣體流導(dǎo)入填料放空孔和排放口，并防止隔離件中的空氣或氣體被吸入填料；在排氣沖程中，剩余的氣體壓力迫使密封圈反作用于填料函蓋和活塞桿，這可防止氣體流入十字頭導(dǎo)軌或中體。安裝填料杯時(shí)，刻字標(biāo)識(shí)面必須朝向高壓氣體壓力一側(cè)，并且必須在填料杯中居中。

雙作用密封環(huán)組“BD”環(huán)，其由2個(gè)環(huán)組成(圖14)：該雙環(huán)組開有切向階梯切口，這2道環(huán)用銷釘配合定位，確保環(huán)切口從其中一道至另一道保持錯(cuò)開，此雙作用環(huán)組可在任一方向上(即2個(gè)方向)都可以起到密封作用，用在工作壓力接近大氣壓的環(huán)槽內(nèi)，可防止空氣進(jìn)入氣缸，安裝時(shí)標(biāo)記字母面向氣缸。

圖14

雙作用密封環(huán)組“WAT”環(huán)，其由3個(gè)環(huán)組成(圖15)：在該3環(huán) PTFE 組中，前2道環(huán)(壓力側(cè))開有徑向切口；第3道環(huán)開有切向階梯切口，后2道環(huán)用銷釘配合定位，確保環(huán)切口從其中一道至另一道保持錯(cuò)開，第1道環(huán)與中間環(huán)一起構(gòu)成一個(gè)楔形，它可以克服活塞桿摩擦力、保持環(huán)組在活塞桿向任一方向運(yùn)動(dòng)期間均貼緊2個(gè)盒體內(nèi)面，此類環(huán)起初用于低壓機(jī)組，在向填料盒內(nèi)組裝時(shí)，WAT 環(huán)需要調(diào)節(jié)對(duì)中。

圖15

雙作用密封環(huán)組“AL”環(huán)，其由5個(gè)環(huán)組成(圖16)：該5道環(huán) PTFE 組的作用類似于雙端部“WAT”環(huán)組，在填料函中安裝AL環(huán)時(shí)，安裝時(shí)環(huán)組不分方向，但需要調(diào)節(jié)對(duì)中。

圖16

3.4 刮油環(huán)組

刮油環(huán)通過清潔活塞桿上的油來防止曲軸箱油進(jìn)入填料函、中體和氣缸，防止填料函被多余的油淹沒，并防止填料函內(nèi)潤(rùn)滑油受到污染。刮油填料最主要的目標(biāo)是將潤(rùn)滑油保持在隔板的一側(cè)，除了用刮油環(huán)將活塞桿上的液體掛掉，多數(shù)刮油填料也會(huì)用密封圈來阻擋脈動(dòng)氣流流過填料。最簡(jiǎn)單的刮油填料配置是用一片環(huán)完成刮油和密封。

基本刮油填料包含2道凹槽，這種配置在很多場(chǎng)合應(yīng)用。在需要雙向刮油的情況，即要防止其它液體進(jìn)入曲軸箱，也要防止油泄漏。

無論使用何種配置，刮油填料的效果主要依賴與環(huán)的安裝，環(huán)-桿載荷，及間隙。

刮油環(huán)組“RTV”環(huán)，其由3個(gè)環(huán)組成(圖17)：該三環(huán)組用銷釘配合定位，確保端間隙從其中一道環(huán)至另一道環(huán)保持錯(cuò)開，第1道環(huán)(朝向油側(cè))的材質(zhì)為 PEEK，采用切向階梯切口來實(shí)現(xiàn)徑向排放，中心環(huán)的材質(zhì)也為 PEEK，徑向切割出軸向裝載的內(nèi)徑凹槽和徑向孔，第3道環(huán)的材質(zhì)為 PTFE，開有切向階梯切口。

圖17

刮油環(huán)組“3RWS”，其由3個(gè)環(huán)組成(圖18)：“3RWS”是最基本最常見的刮油環(huán)組合，它唯一作用就是刮活塞桿，排除液體，是一種常用的刮油環(huán)組件，3代表3個(gè)“RWS” 環(huán)一起用于一個(gè)單獨(dú)的刮油器殼體中，該組中的三道環(huán)都開有徑向切口并用銷釘配合定位，確保環(huán)的切口相互保持錯(cuò)開，從而防止曲軸箱的油進(jìn)入填料和氣缸，裝配時(shí)空白面朝向油(曲軸箱)并且有槽的一側(cè)朝向壓力填料。

圖18

4 填料函應(yīng)用選型

填料函根據(jù)氣缸壓縮氣體壓力等級(jí)、不同填料函的安全運(yùn)行溫度要求、氣體介質(zhì)危險(xiǎn)性選擇不同規(guī)格的填料函，填料函的關(guān)鍵考慮因素是填料函的標(biāo)稱壓降、排熱率和冷卻劑變量。例如以下分類：

4.1 根據(jù)壓縮氣體壓力等級(jí)

根據(jù)壓縮氣體壓力等級(jí)填料函中填料環(huán)組數(shù)量不同，有關(guān)資料推薦如下：見表1，當(dāng)氣缸壓力大于2000 psi時(shí)，填料函中填料數(shù)量選5至7道密封環(huán)組；當(dāng)氣缸壓力大于800 psi而小于2000 psi時(shí)，填料函中填料數(shù)量選4至6道密封環(huán)組；當(dāng)氣缸壓力大于300 psi而小于800 psi時(shí)，填料函中填料數(shù)量選3至5道密封環(huán)組；當(dāng)氣缸壓力小于300 psi時(shí)，填料函中填料數(shù)量選2至4道密封環(huán)組。

表1

4.2 根據(jù)承受的高壓力和高溫度

根據(jù)預(yù)測(cè)填料函的承受的高壓力和高溫度選擇水冷填料，通常的填料函都沒有水冷系統(tǒng)，如預(yù)測(cè)填料承受的高壓力和高溫度選擇水冷填料函，水冷填料需要仔細(xì)測(cè)算冷卻液進(jìn)口溫度、冷卻液類型和流速。

4.3 根據(jù)潤(rùn)滑油的要求

根據(jù)壓縮機(jī)氣體介質(zhì)安全性對(duì)潤(rùn)滑油要求，選擇無油潤(rùn)滑填料和有油潤(rùn)滑填料，例如氫氣活塞壓縮機(jī)選擇無油潤(rùn)滑填料，由于此填料制造技術(shù)難度高、造價(jià)昂貴，維修成本高，一般機(jī)型不選用，本論文不對(duì)無油潤(rùn)滑填料闡述。

4.4 根據(jù)隔離室數(shù)量填料函結(jié)構(gòu)不同

由于沒有單獨(dú)的隔室，壓力填料函和刮油環(huán)組是一個(gè)總成，多見于早期美國(guó)CAMERON公司制造的壓縮機(jī)CFA34、RAM52系列機(jī)型，美國(guó)ARIEL公司制造的JGM：N：P：Q，JG：A 和JGR：J 系列機(jī)型。

配置了一個(gè)長(zhǎng)體十字頭導(dǎo)軌和一個(gè)短隔離室，壓力填料函和刮油環(huán)組分別安裝，多見于早期美國(guó)CAMERON公司制造的壓縮機(jī)DPC2803：04系列，CFA34、RAM52、MH6系列機(jī)型，美國(guó)ARIEL公司制造的JGH：E：K：T 系列機(jī)型。

一個(gè)隔墻在填料盒法蘭處將隔離室隔開，形成兩個(gè)腔室，壓力填料函和刮油環(huán)組分別安裝，這樣可以將填料函泄漏的氣體和活塞桿處泄漏的氣體可以分別放空，多見于美國(guó)GE公司制造RAM52、CFR52系列機(jī)型。

一個(gè)長(zhǎng)的2個(gè)隔離導(dǎo)軌有2個(gè)中體隔離室，由中間密封套(帶密封環(huán))隔開，位于2個(gè)隔室之間的中間隔板中；需要凈化系統(tǒng)的酸性氣體應(yīng)用或者對(duì)安全系數(shù)要求比較高的場(chǎng)所采用這種十字頭導(dǎo)向裝置，在所有帶可分離式十字頭導(dǎo)軌的機(jī)身型號(hào)上，長(zhǎng)兩室十字頭導(dǎo)軌都是可選的。

5 填料函拆卸維修安裝注意事項(xiàng)

(1)拆卸填料函時(shí)，先斷開所有潤(rùn)滑油接管，檢查潤(rùn)滑油路與填料法蘭之間的接管中沒有碎屑。

(2)拆下用于將壓力填料壓蓋法蘭固定到氣缸曲柄端的螺母，通常不拆下螺柱上的小螺母，因?yàn)樗鼘⑻盍虾斜３衷谝黄鹨宰鳛榭偝刹鹦叮欢?，有些填料過大而無法穿過隔離室或十字頭導(dǎo)軌，因此必須拆下小螺母和填料法蘭，對(duì)于某些更長(zhǎng)、更高壓力等級(jí)的填料盒，滾花螺母將剩余填料環(huán)槽保持在一起以輔助安裝和拆卸，需將壓力填料函放置在一個(gè)干凈的平臺(tái)上拆卸，保持凸出端即氣缸端朝下。

(3)填料環(huán)槽具有標(biāo)記以標(biāo)識(shí)裝配順序，最靠近氣缸的填料環(huán)槽標(biāo)記為 1 號(hào)或用記號(hào)筆做以標(biāo)識(shí)。

(4)長(zhǎng)連接雙頭螺栓將壓力填料保持在一起，雙頭螺栓孔不均勻地間隔，以防止環(huán)槽里的密封環(huán)堆疊錯(cuò)位，拆下螺母并散開壓力填料，要檢查環(huán)的磨損情況。

(5)在底端填料1 號(hào)環(huán)槽，使用尖銳錐子橇松軟金屬墊圈或片，切勿刮傷墊片凹槽側(cè)面。

6 填料函安裝注意事項(xiàng)

為確保壓縮機(jī)正常工作，必須將填料函正確安裝到氣缸曲柄端蓋中，在安裝過程中，填料函必須位于活塞桿的中心，以確保活塞桿周圍的環(huán)完全密封，有個(gè)小技巧，如是整體安裝填料函，先緊固十字頭鎖母后，再正確扭矩扳手?jǐn)Q緊填料法蘭螺母，填料端面壓變形軟頭墊圈，迫使杯彼此密封，由于楔形磨損，錐形活塞桿或者光潔度不足的活塞桿會(huì)破壞填料環(huán)在活塞桿周圍的密封能力，會(huì)快速衰減填料環(huán)壽命，會(huì)導(dǎo)致氣體泄漏量增加；主要事項(xiàng)如下：

(1)重新裝配之前，應(yīng)徹底清洗所有零件，注意不要清楚環(huán)槽標(biāo)識(shí)。

(2)活塞桿填料環(huán)密封的填料杯體背面必須光滑和平整，如果填料杯或內(nèi)槽有凹陷或出現(xiàn)錐度，則重新打磨或磨平。

(3)在1號(hào)環(huán)槽背面涂抹潤(rùn)滑脂，然后放入軟性墊圈，可以防止填料函裝配過程中意外掉落。

(4)僅允許使用與強(qiáng)制注油潤(rùn)滑系統(tǒng)使用的同種潤(rùn)滑油涂抹密封環(huán)。

(5)確保連接雙頭螺栓完全旋入底端填料杯中。

(6)檢查所有零件是否有異常裂紋或毛刺，以免干擾活塞桿環(huán)在填料杯中的自由浮動(dòng)。 特別小心由柔軟材料(諸如青銅或 PTFE)制成的活塞桿環(huán)。

(7)將裝配好的環(huán)和環(huán)槽(注意裝配標(biāo)記)置于活塞桿上，檢查端面對(duì)縫間隙，如搭口對(duì)接或接近對(duì)接，則應(yīng)該更換重新檢查填料環(huán)和環(huán)槽。

(8)活塞桿填料環(huán)正確朝向壓力側(cè)，所有活塞桿環(huán)節(jié)段都有字母標(biāo)示，注意方向。

(9)擰緊連接雙頭螺栓螺母之前，將檢查WAT環(huán)和AL環(huán)對(duì)準(zhǔn)中間位置。

(10)安裝連接雙頭螺栓螺母并緊固至恰當(dāng)?shù)呐ぞ亍?/p>

(11)磨合潤(rùn)滑速率是正常速率的約2倍，或者是正常周期時(shí)間的一半，磨合時(shí)間一般200 h。

7 填料失效引起泄漏的因素

(1)密封環(huán)安裝順序錯(cuò)誤。

(2)密封環(huán)軸向間隙不足，運(yùn)行中溫度升高，密封環(huán)軸向膨脹，在填料函中卡住，導(dǎo)致密封失效。填料標(biāo)準(zhǔn)要求：填料環(huán)在填料環(huán)槽中的軸向間隙不得小于0.25～0.30 mm，如果小于就對(duì)環(huán)進(jìn)行研磨，同時(shí)研磨過程中要保證兩端面是否平行。

(3)填料密封環(huán)表面拋光不理想，密封環(huán)的內(nèi)徑與活塞桿貼合度不佳，導(dǎo)致泄漏。

(4)填料函與活塞桿的對(duì)中不佳，檢查活塞桿垂直跳動(dòng)不能超過0.05 mm，水平跳動(dòng)不能超過0.025 mm。

(5)注油量因素，填料運(yùn)行時(shí)如果注油量不足導(dǎo)致潤(rùn)滑不良，填料環(huán)磨損較快，注油量太多會(huì)造成磨損的填料和潤(rùn)滑油形成油泥，導(dǎo)致潤(rùn)滑情況惡化。

(6)冷卻不良，有冷卻水系統(tǒng)的填料函，如果冷卻水不通暢會(huì)導(dǎo)致填料高溫而快速磨損。

(7)漏氣放空系統(tǒng)是否通暢，如果填料放空系統(tǒng)憋壓會(huì)導(dǎo)致泄漏介質(zhì)反串。

(8)填料函法蘭螺母扭矩不足。

8 刮油環(huán)故障排查

如機(jī)組曲軸箱潤(rùn)滑油消耗量大，機(jī)組運(yùn)行時(shí)拆開中體邊蓋檢查刮油環(huán)一側(cè)出油情況，對(duì)導(dǎo)致故障的原因分析如下：

外在原因：

(1)機(jī)組曲軸箱憋壓，曲軸箱內(nèi)熱氣從刮油環(huán)處泄漏，攜帶潤(rùn)滑油泄漏；需檢查曲軸箱壓力，如呼吸帽是否暢通。

(2)檢查活塞桿光潔度是否標(biāo)準(zhǔn)。

(3)檢查刮油環(huán)環(huán)槽的回流孔是否堵塞或者足夠大。

(4)檢查刮油環(huán)是否可以在環(huán)槽中自由浮動(dòng)。

內(nèi)在原因：

(1)檢查刮油環(huán)的側(cè)間隙，標(biāo)準(zhǔn)的3RWS環(huán)刮油環(huán)側(cè)間隙數(shù)值在0.15～0.19 mm之間。

(2)其它都正常，可能就需要更換更適合的環(huán)組設(shè)置或材料。

9 填料環(huán)升級(jí)改造成功案例分享

2011年初，西南一家大型能源公司啟動(dòng)了一項(xiàng)計(jì)劃，以在其3個(gè)站點(diǎn)中使用往復(fù)壓縮機(jī)作為測(cè)試案例，為減少從填料排放的氣體。在研究了市場(chǎng)上可用的填料，該公司使用了低排放活塞桿狀密封環(huán)(也稱為實(shí)心環(huán)技術(shù))。

其主要改進(jìn)點(diǎn)：

(1)每個(gè)環(huán)都依次密封，減少了活塞桿上的摩擦熱負(fù)荷，這樣提高密封效果，并減少長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)的磨損，延長(zhǎng)了運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間并降低了維護(hù)成本，與傳統(tǒng)環(huán)相比，活塞桿溫度降低了38 ℃。

(2)獲得專利的無間隙設(shè)計(jì)消除了泄漏路徑，可最大程度地減少往復(fù)壓縮機(jī)的主要?dú)怏w泄漏，更有效地密封并減少了可測(cè)量極限以下的逸散排放。

(3)在每個(gè)環(huán)組中，環(huán)根據(jù)壓力順序密封，從而最大程度地減少了在任何一次與桿接觸的環(huán)的數(shù)量，并限制了任何單個(gè)環(huán)的接觸時(shí)間。

(4)第一組密封圈完成了大部分密封，減少了施加到后續(xù)密封圈上的壓力并消除了磨損。

在現(xiàn)場(chǎng)天然氣集氣站增壓的2臺(tái)Ariel JGT/4壓縮機(jī)上安裝了帶有低排放桿環(huán)的填料函；在運(yùn)行1000 h后，測(cè)量結(jié)果確認(rèn)排氣孔泄漏為零。3000 h后的另一次測(cè)量產(chǎn)生了相同的結(jié)果。

能源公司隨后在其它3個(gè)壓縮機(jī)集氣站擴(kuò)大了該技術(shù)的使用范圍，并繼續(xù)監(jiān)控長(zhǎng)期性能；兩年半之后，能源公司授權(quán)對(duì)性能進(jìn)行廣泛評(píng)估：在3個(gè)壓縮機(jī)站進(jìn)行了填料中體放空排氣流量測(cè)量，所有這些站均安裝在Ariel JGT/4壓縮機(jī)；在所測(cè)量的18臺(tái)機(jī)組(72個(gè)填料函)中，只有6個(gè)填料函的排放泄漏到1.0 scfm以上，大多數(shù)填料函的泄漏排放仍保持在零或接近零。

為了實(shí)現(xiàn)零泄漏或極低的泄漏，低排放桿環(huán)技術(shù)不僅使能源公司能夠積極主動(dòng)地實(shí)現(xiàn)排放合規(guī)性，而且還可以通過延長(zhǎng)機(jī)器正常運(yùn)行時(shí)間，增加生產(chǎn)量，減少勞動(dòng)量和減少維護(hù)成本。

10 填料環(huán)升級(jí)改造：動(dòng)、靜態(tài)時(shí)都可以密封

往復(fù)壓縮機(jī)填料密封環(huán)是一種“動(dòng)”密封環(huán)，即只有在壓縮機(jī)工作時(shí)才起密封作用，在停機(jī)或其他情況下不能起到密封作用，傳統(tǒng)的密封環(huán)在機(jī)組停機(jī)時(shí)，從而氣缸內(nèi)高壓氣體從填料函組件中逸出，不能保壓；為解決此問題，開發(fā)出一個(gè)專利產(chǎn)品：Static-Pac密封件。

特殊設(shè)計(jì)點(diǎn)：

(1)停機(jī)時(shí)會(huì)激活Static-Pac組件，將唇形密封件緊緊地機(jī)械楔緊在活塞桿上。柔性聚合物密封件與桿的圓周相符，并鎖定在高壓氣體中。

(2)在壓縮機(jī)啟動(dòng)過程中釋放激活壓力時(shí)，Static-Pac密封墊會(huì)抬起桿表面，以允許桿自由運(yùn)動(dòng)。

Static-Pac密封件可加裝到大多數(shù)氣體壓縮機(jī)填料函組件中，可以適應(yīng)各種壓縮機(jī)工作條件。只需要替換了桿填料函低壓側(cè)的一個(gè)或兩個(gè)環(huán)槽密封環(huán)組件。

11 結(jié)語

填料函是往復(fù)壓縮機(jī)的關(guān)鍵部件，其對(duì)壓縮機(jī)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行有至關(guān)重要保障，學(xué)習(xí)掌握填料函的密封原理、結(jié)構(gòu)、裝配注意事項(xiàng)，才能保證機(jī)組設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。