禁油压缩机阀孔盖的密封设计

张秋颖 庞岩卫 马天骄

摘 要：分析禁油压缩机阀孔盖O形圈失效原因，设计一种新型的组合密封结构，从失效根源上解决阀孔盖O形圈摩擦损坏问题，并且能够进一步增强阀孔盖的密封性，减小气体泄漏的可能性。

关键词：禁油;O形圈;密封失效;干摩擦

中图分类号：TH138.52 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）12-0053-02

0 前言

往复式压缩机常规使用的阀孔盖有两种结构：一种为顶丝结构，即阀孔盖与压阀罩不直接接触，阀孔盖通过螺栓安装在气缸上，并通过紧固在阀孔盖上的顶丝来固定压阀罩，为了使压阀罩受力均匀，顶丝的数量一般在3个以上，阀孔盖的安装直径越大，顶丝数量越多，阀孔盖与气缸之间采用垫片密封，同时每个顶丝均需要盖形螺母配合垫片进行密封（见图1）;另一种为O形圈结构，即阀孔盖与压阀罩直接接触，通过螺栓紧固阀孔盖的同时，也将压阀罩一起固定在气缸内，此时为保证将压阀罩固定到位，阀孔盖端面与气缸之间须留有间隙，阀孔盖安装直径的侧面设有O形圈槽，安装O形圈进行密封（见图2）。

由于O形圈结构的阀孔盖结构简单，只有O形圈密封处一处泄漏点，泄漏点少，并且O形圈的密封性优于垫片，所以现在大部分的压缩机都在使用O形圈结构的阀孔盖。随着近年来天然气与光伏等清洁能源的发展，BOG和多晶硅等市场对压缩机的需求越来越多，这种压缩机最大的特点就是需要过流零部件禁油脱脂，在这种情况下的压缩机经常会在调试阶段就出现阀孔盖漏气等现象，并且多次更换O形圈仍会出现泄漏。经过不断的分析、排查，排出了O形圈材质等原因，最后发现是在安装阀孔盖的过程中阀孔盖内的O形圈已经出现损坏。由于禁油压缩机的需求量与日俱增，设计一款适用于禁油脱脂压缩机的阀孔盖密封结构已极为迫切。

1 禁油压缩机对阀孔盖O形圈的损坏原因

在设计一种新的密封结构之前，一定要弄清楚阀孔盖O形圈损坏的原因，才能够有针对性的进行改进和设计。BOG和多晶硅等禁油压缩机的过流零部件均需要清洁处理，安装阀孔盖前需要将阀孔盖、O形圈及气缸阀孔全部进行脱油脱脂处理，不能给O形圈提供任何润滑油，这样在安装阀孔盖时O形圈与气缸阀孔壁之间处于完全干摩擦的状态，而且为了密封性，安装前自由状态的O形圈外径会比气缸阀孔内径更大，因此在干摩擦和挤压的双重作用下，O形圈很有可能会出现一定程度的磨损，甚至撕裂，其中部分O形圈会挤入气缸阀孔和阀孔盖之间的间隙内（见图3），若图中m处倒圆角不够光滑或者成尖锐的尖角，更容易出现撕裂破坏。一旦撕裂，会极大的减弱了O形圈的密封性，工作时内部带有压力的气体就能够很快的从裂口处泄漏出来。

2 禁油压缩机阀孔盖密封的设计

这种O形圈的摩擦损坏在压缩机其它应用上比较少见，但是这种损坏情况与高压气对O形圈的冲击损坏极为相似。当O形圈在密封高压气流时很容易出现受高压气吹扫作用，非受力侧的部分O形圈被挤入轴和孔的配合间隙内，在m点上O形圈应力最大，在受力严重或出现尖点时将发生破坏。尤其在动密封时，O形圈进行快速往复运动，被挤入部分不断反复摩擦，更加加剧了O形圈的磨损速度，随着往复次数的增多，O形圈逐渐会出现起毛、撕裂及脱落等不同情况的损坏。

针对O形圈密封高压气流的情况，标准O形圈的设计是在O形圈的非受力侧增加一个保护垫圈，这种垫圈并非闭合结构，而是整圈上带有一个斜开口，既方便安装，又可以在膨胀时刚好将垫圈的外径卡在配合孔的内径，可以有效的阻止O形圈被高压气流吹扫变形，挤入轴和孔的配合间隙内，从而起到保护O形圈的作用（见图4）。

同样道理，这种保护垫圈也适用禁油压缩机的O形圈设计，安装阀孔盖时将保护保护垫圈安装在O型圈的非受力侧（即O形圈的外侧），当阀孔盖向阀孔内侧推动时，O形圈受摩擦力向外侧运动，这时外侧的垫圈给O形圈提供支撑，防止其变形挤入气缸阀孔和阀孔盖的间隙，并且O形圈不会与m处直接接触，也避免出现由于此处的加工不够平滑导致O形圈破坏的可能性。从根本上解决由于干摩擦、挤压等原因造成安装时O形圈的损坏。

由于O形圈的阀孔盖结构，在密封时仅有一道密封，一旦O形圈出现的损坏，就会有泄漏发生。可以根据阀孔盖和压阀罩的结构特点，在两者之间增加一道密封，来提高密封的安全性。与O形圈形成一种新的组合密封（见图5）。由于为了安装方便，阀孔盖的下端一定会设计一个倒角，利用这样的倒角，可在压阀罩和阀孔盖之间增加一道三角型密封垫片，来进一步增强阀孔盖的密封性。这种结构使用角型密封来进行第一步密封，可以很大程度的削弱O形圈處的密封压力，增强密封的可靠性。为了保证角型密封垫片的密封性，垫的材质需要选择比较软的材料。

通过两种垫片的组合使用能够很好的解决禁油压缩机阀孔盖O形圈磨损泄漏的问题。

3 结语

这种新型的阀孔盖密封组合结构，因其结构简单，密封性强的优势，可以广泛的应用于普通的压缩机阀孔盖密封。由于结构设计上采用了双密封，可以弥补单一密封一旦失效就会导致阀孔盖漏气的缺点，尤其适用于密封高压气体的工况。介质气压力高时，可先通过角型密封垫片对高压气进行初步密封，起到节流减压作用，减弱O形圈处的压力，再使用保护垫圈对受压的O形圈进行保护，从而增加O形圈的密封性，能够彻底密封缸内气体。

参考文献

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