往复式活塞压缩机高压段填料密封改进方式分析

姚仲斯 韩丽

摘要：往复式压缩机是化工企业中非常重要的机械设备，往复式活塞氮氢气压缩机在现代化工企业中应用十分广泛，在企业生产中发挥着重要的作用。通过对高压填料的研制，成功的解决了高压情况填料处工艺气体泄漏量大，密封元件使用寿命短的问题。本文介绍了针对高压压縮机设计的一种填料密封结构，实现减轻填料密封环负担、减少密封环数量、缩小填料部件外形尺寸的目的。

关键词：往复式活塞；高压填料；改进方式

活塞式压缩机中气缸和活塞杆之间因为有相对滑动故均留有必要的间隙. 压缩机工作时为防止被压缩的气体从这些间隙中大量泄露，故需要采取密封措施.填料就是阻止气缸内气体自活塞杆与气缸之间泄露的组件。对填料的基本要求是密封性能良好并耐用。

1、高压填料的密封原理

在每个密封单元中两填料环都是由弹簧提供径向压力而对柱塞表面产生预紧，填料环与填料函室间充满密封气体，形成第一密封面。在此条件下被密封的气体因不能通过柱塞与填料环的间隙，便进入填料环与环槽即填料函之间的侧隙，并充满背隙空间。侧隙内气体压力使填料环与下一道填料函的密封端面压紧，形成第二密封面。同时背隙中的气体压力作用于填料环的背面，又加强了第一密封面密封效果。第一密封面是填料环起密封作用的关键。如果第一密封面被破坏，填料环与柱塞之间出现间隙，气体就会直接从间隙处流出，那么环背压力就建立不起来，此时，填料环虽然仍然与填料函的端面接触，但此密封面不能起到密封作用。第一密封面是以填料环的弹性元件提供的弹簧力为基础建立的，该力与环背气体压力相比很小，后者是帮助前者加强密封的。如果弹簧的紧力消失，那么填料环与柱塞间就会出现间隙，气体可直接从该处短路泄出，环背压不能建立，此时密封失效。

2、填料密封损坏失效原因分析

通常来讲，对于造成填料密封损坏失效的原因有很多，在这些原因中有些是因为设计方面的问题，有些是因为使用的问题。根据我们日常工作中的使用经验，现将填料密封损坏的原因进行归纳，如下：

2.1密封环发生结焦，拉伸弹簧失效

现在压缩机的使用领域中，会出现产生气体中携带有大量的残炭量、硫以及胶质等，这些含量有的时候会比较的多，由于气体中富含了这些化学成分或者是组分，就会使得填料密封处的活塞杆发生侵蚀和腐蚀现象而形成斑斑点点，从而使得密封环和活塞杆之间的密封面出现很大程度的损坏，高压的气体就会从活塞杆的表面上高速的冲刷。与此同时，由于密封环的拉伸弹簧也会容易受到硫化铁或者胶质的塞满而发生失效现象，也是造成填料密封失效和损坏的原因，导致气体的大量泄漏。

2.2气体温度比较高，高温使得活塞杆和密封环失效损坏

压缩气体有时会有比较高的温度，这种温度主要是因为装置处理量不断的增大，使得机器前面换热器的换热效果大打折扣，从而使得介质在入口处的温度高于40摄氏度，在气体压缩之后，介质的温度就会高达180摄氏度左右，另外，因为气缸的镜面与活塞环贴合的不够紧密，从而造成气缸和活塞之间的空隙太大，压缩气体在气缸内部循环压缩时会导致排出的气体温度比较高。因为无油润滑，所以活塞杆处于高温状态下就会很容易的发生拉毛的情况。

2.3减压环导致的填料损坏

减压环的主要作用就是在活塞开始做完曲轴侧运动时，能够阻止气体从密封环向气缸进行反冲，从而有效的平衡由于气体泄漏而导致的压力降低。假如这个阻止作用出现失效的情况，那么第一道密封环中的气体压力就会马上下降，同时在接下来的气缸进行膨胀做工时，压力会很容易的回到吸入压力，作用在第一道环上面的力就会突然变向，造成径向环以及切向环发生撞击，会对填料环产生破坏，常见的破坏有切向环唇口折断、损害弹簧、径向环和切向环连接桥折断。通常来讲，在整个密封环的结构中其主要密封作用的是切向环，所以，减压环减压效果如何会直接影响到后续密封组件的密封效果以及使用寿命。

3、影响填料使用寿命的主要因素及预防措施

3.1 柱塞密封填料函的密封面

3.1.1 密封面破坏形式：设备经过一段时间的使用，密封面表面发生不同程度的破坏，较严重的如因疲劳问题引起的疲劳破坏和疲劳裂纹，密封面发生微振磨损及气体渗透现象等破环形式。？

3.1.2 预防措施：为一定程度上消除大的脉动压力及影响，填料函和气缸都采用了热压套的双层结构，该结构可以对承受应力最高的区域施加一个压缩应力，从而消除此处的部分脉动压力，减少相应的疲劳应力。为进一步减缓微动磨损和气体渗透，对于结构不连续处等易产生应力集中的区域，填料函结构上要采用圆角过渡形式。但由于填料函磨损严重，每次检修都要重新研磨，该圆角易被忽视或难以保证。因此，每次检修应采用着色探伤或磁粉探伤等方法对密封表面进行定期检查，发现疲劳破坏或裂痕时应及时修复。在对密封面进行修复和研磨时，经检查在确认无裂纹，按相应标准将棱角倒圆，消除局部应力集中，并保证在安装时密封面与柱塞轴线垂直。

在填料函的维修与修复时，对密封面研磨后应将其剖面形状恢复，保证在安装填料环的一侧配合面上的1。角形状，保证1。角区域的宽度，密封面与1。的角之间的棱一定要进行倒圆，从而有效减小填料函结合面上不连续区域的应力。填料函厚度应保证在允许范围内，有效防止弯曲变形和弯曲应力的破坏。填料函的密封面表面在保证尺寸和形状精度前提下，平面度不大于0.001mm，平行度不大于0.02 mm。

3.2 填料环损坏失效

3.2.1填料环损坏原因：对压缩机填料环损坏原因进行分析后发现，其主要原因有内部润滑、填料环的腐蚀以及低聚物影响等方面。

当填料环磨损到一定程度，填料的密封条件被破坏，其密封作用就完全丧失，原来由填料函内气体压力维持密封环抱紧柱塞的作用力消失，径向接触比压和轴向接触比压达不到密封要求，密封环的跟随性效果变差，致使填料环仅完全依靠填料弹簧预紧力维持填料环随柱塞作周期性的往复振动，使弹簧受到周期性的扭力，同时随着气缸的吸、排气过程，造成了失效填料环疲劳断裂，导致填料组件在与柱塞接触时压力增大，磨损加快，最终将填料组件磨断，这就是填料环折断，弹簧断裂的原因。

3.2.2采取的措施：预防填料环损坏的措施：为保证柱塞和填料环的良好润滑，选择满足要求的润滑油，为尽量降低柱塞与填料环的温度，还要保证内部润滑油流量，一般设定油泵满程的 70%以上。检修过程要严格控制有关间隙尺寸，保证装配精度，尤其是填料修复后，一定消除尖角和尖棱，保证过渡圆滑。在工艺生产过程中要求压缩机上游过滤器良好在线运行，合适的操作温度，保证低聚物流动性，增加排低聚物的频次，减少积聚。

4、结论

在高压力工况填料泄漏量大，需要经常更换密封元件的问题。通过高压填料的研制成功得已解决。很大程度上减少了工艺气的泄露量，避免工艺气体的浪费。特别是在压缩一些珍贵气体时，所产生的经济效益特别明显。

参考文献

[1] 王立新，朱艳芳.压缩机的故障原因及对策[J].科技创新导报，2012（5）

[2] 付宁.浅谈压缩机的故障原因及对策[J].科技创新导报，2013（23）

[3] 李峰瑞.压缩机的故障原因及对策分析[J].中国商界：下半月，2014（5）

（作者单位：沈阳金博气体压缩机制造有限公司）