介質含粉塵的立式壓縮機填料結構設計

張秋穎 王曉龍

摘 要：介質氣中含有粉塵，會造成密封環(huán)磨損嚴重，大大降低了密封環(huán)的使用壽命，設計了一種組合式的填料結構，通過三種不同形式的密封環(huán)組合并配合兩個漏氣回收和吹掃氣來解決顆粒粉塵磨損密封環(huán)問題。

關鍵詞：粉塵；磨損；非接觸；密封

中圖分類號：TH45 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）11-0053-02

0 概述

現(xiàn)階段壓縮機的應用市場十分廣泛，壓縮的介質氣種類繁多，很大部分的介質工況復雜惡劣，介質臟、含有有腐蝕性介質等情況，對壓縮機易損件的要求都極其苛刻。其中有一種情況就是介質氣中含有大量的顆粒狀粉塵，這些粉塵在壓縮機運行過程中會逐漸堆積在填料盒內，填充填料盒，影響密封環(huán)的運動，從而加快填料密封環(huán)的磨損。通常在清潔介質情況下可使用8000小時的密封環(huán)，在這種介質環(huán)境下一般只能使用2000～3000小時，粉塵含量越高、顆粒越大，使用時間越短。

立式壓縮機作為往復式壓縮機的一種形式，隨著設計、制造越來越成熟，并且有著比臥式壓縮機占地空間小的優(yōu)勢，越來越多的應用于各種行業(yè)，此時解決立式壓縮機填料密封問題更加的迫在眉睫。

1 新型的填料結構

設計一種新型的立式填料結構，這種填料由三種密封環(huán)組、兩個漏氣回收和一個保護氣吹掃組成。三種密封環(huán)組：節(jié)流環(huán)組、主密封環(huán)組和雙向密封環(huán)組；兩種漏氣回收：高壓漏氣回收和低壓漏氣回收；一個保護氣。填料結構見圖1。

（1）節(jié)流環(huán)組：由于立式壓縮機活塞桿豎直運行的結構特點，節(jié)流環(huán)可采用一種非接觸式密封環(huán)來代替普通的節(jié)流環(huán) （見圖2）。這種密封環(huán)不與活塞桿直接接觸，環(huán)內徑與桿之間設置間隙，通過多道環(huán)槽對高壓氣流起到節(jié)流作用。由于密封環(huán)與活塞桿之間留有一定的間隙，高壓氣流流過時可以將細小的粉塵顆粒通過間隙吹掃到高壓漏氣回收口，在介質氣和吹掃保護氣的共同作用下，粉塵、顆粒被帶入高壓漏氣管線，從而不會堆積在節(jié)流密封環(huán)處，磨損密封環(huán)。這種密封環(huán)有兩種形式：一種為一體式，這種密封環(huán)是整圈不分瓣的形式，可直接單獨使用，并且運行過程中不會因受沖擊力而出現(xiàn)密封環(huán)咧口的現(xiàn)象；另一種是分瓣式，這種密封環(huán)一般分兩瓣或三瓣，安裝時需要采用彈簧將各瓣密封環(huán)組合到一起，這種形式更加方便于填料的更換，不需要拆卸活塞桿就可以直接更換密封環(huán)。兩種形式都有優(yōu)缺點，可根據(jù)使用的實際情況，來選擇采用哪種形式的密封環(huán)。

（2）主密封環(huán)組：主密封組環(huán)采用單向密封環(huán)組合，即只進行單側密封，設置在低壓和高壓漏氣回收之間，中間設有保護氣吹掃口，氣流向兩側吹掃。此處需要注意，主密封環(huán)組是用來密封吹掃氣的，因此密封環(huán)組的方向都要設置為密封吹掃氣的方向，即吹掃氣兩側的密封環(huán)組的方向是對稱的（見圖3）。根據(jù)壓縮機的介質壓力來設置密封環(huán)組的數(shù)量，需要注意的是，當壓縮的介質壓力較高時主密封環(huán)組的數(shù)量會比較多，如果此時壓縮機為無油設計，填料沒有潤滑，過多的主密封環(huán)組就會造成活塞桿摩擦溫度高，因此在設計填料時要在密封性和密封環(huán)摩擦溫度之前尋求平衡。

（3）雙向密封環(huán)：雙向密封環(huán)采用徑切環(huán)組合，由于閉式的立式壓縮機氣缸側隔室通常會充氮氣作為吹掃氣，因此填料外部會有一定的壓力，而在正常運行情況下，通過填料密封環(huán)的層層密封，到低壓漏氣回收處的氣體壓力會非常低，可能會出現(xiàn)隔室壓力高于填料低壓漏氣回收處壓力的情況，這時需要此時前后設置雙向密封，既可防止填料上部氣體向隔室泄漏，同時也能夠防止隔室氣體向填料內蔓延。

（4）高壓漏氣回收：在節(jié)流環(huán)和主密封環(huán)組之間設置一個漏氣回收口，可將大部分漏氣引出，減小主密封環(huán)的壓力，提高填料的密封性。由于非接觸式密封環(huán)主要起節(jié)流作用，密封性能相對較弱，因此高壓漏氣回收處的介質泄漏量會比普通密封環(huán)大一下，此時可將高壓漏氣回收引至一級入口，將介質氣循環(huán)使用，這樣就不必擔心介質氣損失。

（5）低壓漏氣回收：低壓漏氣回收為最后一道漏氣回收口，將不同情況下從填料上部或下部隔室泄漏的微量氣體引出，以阻隔上下氣體的接觸。正常情況下低壓漏氣回收處的壓力會比較低，一般為上部吹掃氣和介質氣的微漏或者是下部隔室保護氣的微漏，可直接引去火炬。

（6）保護氣吹掃：為了進一步的阻止介質氣的泄漏，在填料的中部主密封環(huán)組之間設置一個保護氣吹掃口向兩端進行吹掃。由于高壓漏氣回收到一級入口，因此吹掃氣的壓力要比一級入口壓力高，才能夠將泄漏的介質氣順利通過高壓漏氣回收口吹掃至一級入口。同時需要根據(jù)密封的介質壓力和保護氣的吹掃壓力來分配吹掃口兩側的密封環(huán)組的數(shù)量。

2 填料結構的應用及注意事項

這種填料結構雖然是針對于介質有含有粉塵的壓縮機進行設計的，但由于設計過程中結合了多種密封方式，更優(yōu)于普通的填料結構，因此可以很廣泛的應用于各種介質的立式壓縮機。

這種填料結構在使用時需要注意，所說的介質氣中的顆粒狀粉塵，一般都是非常細小的，并不能直接使用在有大顆粒的介質環(huán)境，若顆粒過大很容易卡在非接觸式密封環(huán)與活塞桿的間隙中，在反復摩擦受熱的情況下可能會出現(xiàn)劃傷活塞桿的情況，這樣的介質任何一種密封環(huán)都不能承受。因此針對大顆粒粉塵的介質情況需要在壓縮機的入口安裝一個除塵過濾裝置來保護壓縮機。

同時這種填料結構不能使用在臥式壓縮機，由于臥式壓縮機活塞桿為水平放置，非接觸式密封環(huán)受重力作用，上側密封環(huán)一直在與活塞桿接觸，會造成偏磨，同時也失去了非接觸的意義。

參考文獻

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