D-40/9型煤壓機填料函泄露問題分析及改進技術

王 英

（柳州壓縮機總廠，廣西 柳州 545002）

D-40/9型煤氣壓縮機是針對某鋼鐵廠而設計制造，用于連鑄切割。機組自投用以來，就存在著煤氣泄漏問題,而最主要的就是填料函密封失效。外泄漏不僅導致容積流量的減少，達不到用氣量的要求，影響正常生產；同時，對于介質為易燃、易爆、有毒的特殊氣體壓縮機來說，泄漏量必須控制在一定的范圍內，否則后果不勘設想。為了確保生產安全，必須找出泄漏原因，以便改進填料密封性能，把泄漏量控制在安全指標的范圍內。

1 填料密封的結構型式和密封原理

1.1 填料密封的結構型式

D-40/9型煤氣壓縮機的填料部件是由5組密封圈組成，采用三瓣平面密封元件，由自潤滑材料制成，密封圈靠箍簧力使其內圓柱面緊密地貼合在活塞桿上，密封圈有自動補償功能。填料壓蓋上設有注油口，給填料注油潤滑和冷卻填料及提高其密封性能；氮氣充、放接口，由用戶接管引入氣源并設壓力表給填料函充入一定壓力的氮氣阻隔煤氣泄漏，通過氮放接口將微量泄漏的煤氣帶走；填函設置漏氣回收接口，將填料函漏出的微量氣體用φ12×1管接至安全地點排放。填函與機身間設有隔離腔，即氣缸座端設有前置填料（由刮油環(huán)和密封環(huán)組成），使填料函可能泄漏的煤氣被隔離而不會逸出到機身，隔離腔中用接管引至安全地點排放或回收處理。從結構上確保了煤氣不會泄漏到操作環(huán)境而危及安全。

1.2 填料的密封原理

壓縮機填料的密封作用是根據(jù)滑動密封原理來設計的，相對滑動部件之間的間隙密封通常依靠阻塞和節(jié)流實現(xiàn)。阻塞即采用一定的措施把氣缸座孔與活塞桿之間的間隙封住，阻止氣體泄漏；節(jié)流是借助于氣體通過截面不同曲折的間隙，使氣體產生節(jié)流效應。氣體通過小截面時，速度增加，壓力下降，接著流到大截面時速度下降，即可達到降速降壓。所以該填料就是起到阻塞和節(jié)流的雙作用，最終達到密封的效果。同時充氮氣（N2）是將填函中央設計成一個空穴，內通以一定的氮氣壓力，從而降低了填函阻塞密封的總壓差，阻止了 煤氣外漏的目的。

2 泄漏原因分析

該機組自投用以來，出現(xiàn)填料函泄漏問題，機身呼吸器口處檢測的煤氣泄漏量如表1所示。

表1 煤氣泄漏量

根據(jù)以上現(xiàn)場反復實驗數(shù)據(jù)，顯而易見：充N2壓力與泄漏量有著密切的關系，N2壓力過大或過小，會使泄漏量增加，合理選擇充N2壓力，對密封性能尤為重要。經現(xiàn)場觀察和理論分析認為該機組存在以下問題：

（1）隔離腔和中體的回油孔存在泄漏。由于在設備制造時，此型號的煤氣壓縮機和空氣壓縮機是通用的機型，在用于壓縮空氣時，隔離腔的潤滑油通過回油孔回流到中體并回到油箱，壓縮機在出廠前試驗時，使用的介質是空氣，無須將回油孔封上；而在用于壓縮煤氣時，沒有對回油孔進行處理，造成煤氣泄漏。

（2）填料函密封壓差不當。以上談到填料函的密封原理是阻塞和節(jié)流并存，它也是靠背面氣體的壓力構成密封壓力。當充N2位置和壓力大小改變時，會破壞填料函已構成的密封壓力，因而泄漏量會增大，在使用現(xiàn)場經反復調節(jié)充N2壓力大小及對應測定泄漏量，結果發(fā)現(xiàn)充N2壓力過大或過小，泄漏量都會增大，這就證實了以上的分析。因此，只有選取合適的N2壓力，才能起到氮封的作用，實踐證明以0.03MPa的N2壓力是較為合適。

（3）填料密封圈的參數(shù)選取不當。經拆檢，發(fā)現(xiàn)前置填料密封圈、刮油圈與隔環(huán)接觸的端面有熱脹死痕跡，即軸向間隙過小，密封圈不能隨活塞桿作自由地活動，致使填料泄漏。因此，在設計時選取合適的密封圈參數(shù)，以保證其有足夠的熱脹間隙是必要的。

（4）鋁墊片的有效寬度不合理。原鋁墊片的尺寸為墊φ109/75×2，拉緊螺栓為M10，共6個，校核壓緊力：

螺栓的預緊力 F=σs·S·n=285×106×π×0.012/4×6=0.134×106N

預緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FG=Fa=3.14DGby=3.14×0.092×0.017×60.7×106=0.298×106N

操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FG=FP=6.28DGbmpc=6.28×0.092×0.017×4×0.9×106=0.0354×106N

由以上計算，可知：螺栓預緊力F＜預緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FGmax，經分析，之前填料所配鋁墊片的有效寬度過寬，鋁墊片比壓太小，不能起到很好的密封效果。

除以上缺陷外，安裝及加工質量也存在一些問題，這些都會使填料函密封發(fā)生泄漏現(xiàn)象，對安全生產造成很大的威脅。

3 填料密封系統(tǒng)的改進措施

針對以上填料函密封存在的問題，對其進行了如下改進：

（1）將隔離腔和中體的回油孔作相應的技術處理，即利用液封原理，改造成既能回油又能堵塞漏氣的結構。解決了回油孔出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。

（2）改進充 N2的方式：a、向填料函充 0.03MPa 的 N2，b、原向集氣環(huán)充N2改為向填料函外的隔離腔中充10~20KPa的N2，使填料函外的隔離腔內保持微正壓。原向集氣環(huán)充、回N2的接口用螺塞堵死。為控制充入填料函外的隔離腔N2的壓力，在N2充入口的接座上增加一個壓力表。

（3）研磨密封圈和刮油圈的端面，增加熱膨脹間隙，使其能隨活塞桿作自由活動；重新設計前置填料壓蓋，增加導油槽和集油環(huán)，同時將原前置填料中的一組刮油圈改為密封圈。

（4）改進墊的結構，將鋁墊片的尺寸改為為墊φ109/99×2，校核其壓緊力：螺栓的預緊力 F=σs·S·n=285×106×π×0.012/4×6=0.134×106N

預緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FG=Fa=3.14DGby=3.14×0.104×0.005×60.7×106=0.099×106N

操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FG=FP=6.28DGbmpc=6.28×0.104×0.005×4×0.9×106=0.0118×106N

由以上計算，可知：螺栓預緊力F＞預緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力FGmax，經改進，減少墊片接觸寬度，增大鋁墊片的比壓，增強其密封性能。

另外，除加工質量保證按圖形要求加工外，填料安裝質量也是非常重要的，其組件必須按圖紙要求裝配，由于使用和制造時環(huán)境溫度不同，密封環(huán)材料的線膨脹系數(shù)大，填料在安裝時還需重新復查間隙，個別密封環(huán)重新研磨，否則其性能是無法達到預期效果的。

4 結語

該機組經上述改造后，其泄漏問題得到了解決，壓縮機運行狀況有了較大的改觀，保證了整個機組的正常運行，而且使壓縮機周圍環(huán)境質量得到了很大改善。

[1]郁永章.容積式壓縮機技術手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[2]胡國楨.化工密封技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，1990.

[3]崔天生.壓縮機的安裝維護與故障分析[M].西安：西安交通大學出版社，1993.

[4]徐灝.機械設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1992.