禁油壓縮機閥孔蓋的密封設計

張秋穎 龐巖衛 馬天驕

摘 要：分析禁油壓縮機閥孔蓋O形圈失效原因，設計一種新型的組合密封結構，從失效根源上解決閥孔蓋O形圈摩擦損壞問題，并且能夠進一步增強閥孔蓋的密封性，減小氣體泄漏的可能性。

關鍵詞：禁油;O形圈;密封失效;干摩擦

中圖分類號：TH138.52 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0053-02

0 前言

往復式壓縮機常規使用的閥孔蓋有兩種結構：一種為頂絲結構，即閥孔蓋與壓閥罩不直接接觸，閥孔蓋通過螺栓安裝在氣缸上，并通過緊固在閥孔蓋上的頂絲來固定壓閥罩，為了使壓閥罩受力均勻，頂絲的數量一般在3個以上，閥孔蓋的安裝直徑越大，頂絲數量越多，閥孔蓋與氣缸之間采用墊片密封，同時每個頂絲均需要蓋形螺母配合墊片進行密封（見圖1）;另一種為O形圈結構，即閥孔蓋與壓閥罩直接接觸，通過螺栓緊固閥孔蓋的同時，也將壓閥罩一起固定在氣缸內，此時為保證將壓閥罩固定到位，閥孔蓋端面與氣缸之間須留有間隙，閥孔蓋安裝直徑的側面設有O形圈槽，安裝O形圈進行密封（見圖2）。

由于O形圈結構的閥孔蓋結構簡單，只有O形圈密封處一處泄漏點，泄漏點少，并且O形圈的密封性優于墊片，所以現在大部分的壓縮機都在使用O形圈結構的閥孔蓋。隨著近年來天然氣與光伏等清潔能源的發展，BOG和多晶硅等市場對壓縮機的需求越來越多，這種壓縮機最大的特點就是需要過流零部件禁油脫脂，在這種情況下的壓縮機經常會在調試階段就出現閥孔蓋漏氣等現象，并且多次更換O形圈仍會出現泄漏。經過不斷的分析、排查，排出了O形圈材質等原因，最后發現是在安裝閥孔蓋的過程中閥孔蓋內的O形圈已經出現損壞。由于禁油壓縮機的需求量與日俱增，設計一款適用于禁油脫脂壓縮機的閥孔蓋密封結構已極為迫切。

1 禁油壓縮機對閥孔蓋O形圈的損壞原因

在設計一種新的密封結構之前，一定要弄清楚閥孔蓋O形圈損壞的原因，才能夠有針對性的進行改進和設計。BOG和多晶硅等禁油壓縮機的過流零部件均需要清潔處理，安裝閥孔蓋前需要將閥孔蓋、O形圈及氣缸閥孔全部進行脫油脫脂處理，不能給O形圈提供任何潤滑油，這樣在安裝閥孔蓋時O形圈與氣缸閥孔壁之間處于完全干摩擦的狀態，而且為了密封性，安裝前自由狀態的O形圈外徑會比氣缸閥孔內徑更大，因此在干摩擦和擠壓的雙重作用下，O形圈很有可能會出現一定程度的磨損，甚至撕裂，其中部分O形圈會擠入氣缸閥孔和閥孔蓋之間的間隙內（見圖3），若圖中m處倒圓角不夠光滑或者成尖銳的尖角，更容易出現撕裂破壞。一旦撕裂，會極大的減弱了O形圈的密封性，工作時內部帶有壓力的氣體就能夠很快的從裂口處泄漏出來。

2 禁油壓縮機閥孔蓋密封的設計

這種O形圈的摩擦損壞在壓縮機其它應用上比較少見，但是這種損壞情況與高壓氣對O形圈的沖擊損壞極為相似。當O形圈在密封高壓氣流時很容易出現受高壓氣吹掃作用，非受力側的部分O形圈被擠入軸和孔的配合間隙內，在m點上O形圈應力最大，在受力嚴重或出現尖點時將發生破壞。尤其在動密封時，O形圈進行快速往復運動，被擠入部分不斷反復摩擦，更加加劇了O形圈的磨損速度，隨著往復次數的增多，O形圈逐漸會出現起毛、撕裂及脫落等不同情況的損壞。

針對O形圈密封高壓氣流的情況，標準O形圈的設計是在O形圈的非受力側增加一個保護墊圈，這種墊圈并非閉合結構，而是整圈上帶有一個斜開口，既方便安裝，又可以在膨脹時剛好將墊圈的外徑卡在配合孔的內徑，可以有效的阻止O形圈被高壓氣流吹掃變形，擠入軸和孔的配合間隙內，從而起到保護O形圈的作用（見圖4）。

同樣道理，這種保護墊圈也適用禁油壓縮機的O形圈設計，安裝閥孔蓋時將保護保護墊圈安裝在O型圈的非受力側（即O形圈的外側），當閥孔蓋向閥孔內側推動時，O形圈受摩擦力向外側運動，這時外側的墊圈給O形圈提供支撐，防止其變形擠入氣缸閥孔和閥孔蓋的間隙，并且O形圈不會與m處直接接觸，也避免出現由于此處的加工不夠平滑導致O形圈破壞的可能性。從根本上解決由于干摩擦、擠壓等原因造成安裝時O形圈的損壞。

由于O形圈的閥孔蓋結構，在密封時僅有一道密封，一旦O形圈出現的損壞，就會有泄漏發生?？梢愿鶕y孔蓋和壓閥罩的結構特點，在兩者之間增加一道密封，來提高密封的安全性。與O形圈形成一種新的組合密封（見圖5）。由于為了安裝方便，閥孔蓋的下端一定會設計一個倒角，利用這樣的倒角，可在壓閥罩和閥孔蓋之間增加一道三角型密封墊片，來進一步增強閥孔蓋的密封性。這種結構使用角型密封來進行第一步密封，可以很大程度的削弱O形圈處的密封壓力，增強密封的可靠性。為了保證角型密封墊片的密封性，墊的材質需要選擇比較軟的材料。

通過兩種墊片的組合使用能夠很好的解決禁油壓縮機閥孔蓋O形圈磨損泄漏的問題。

3 結語

這種新型的閥孔蓋密封組合結構，因其結構簡單，密封性強的優勢，可以廣泛的應用于普通的壓縮機閥孔蓋密封。由于結構設計上采用了雙密封，可以彌補單一密封一旦失效就會導致閥孔蓋漏氣的缺點，尤其適用于密封高壓氣體的工況。介質氣壓力高時，可先通過角型密封墊片對高壓氣進行初步密封，起到節流減壓作用，減弱O形圈處的壓力，再使用保護墊圈對受壓的O形圈進行保護，從而增加O形圈的密封性，能夠徹底密封缸內氣體。

參考文獻

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