降低增壓機(jī)級(jí)間密封泄露技術(shù)的研究

解強(qiáng)(內(nèi)蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017313)

0 引言

空氣壓縮機(jī)組是空分裝置的重要部分，它是一種用以壓縮大氣氣體的動(dòng)力設(shè)備，與水泵的構(gòu)造是比較相似的。大多數(shù)空氣壓縮機(jī)是旋轉(zhuǎn)螺桿，旋轉(zhuǎn)葉片，或者往復(fù)活塞式。由熱電工程提供的中壓蒸汽動(dòng)力是空氣壓縮機(jī)的動(dòng)力主要來(lái)源，蒸汽動(dòng)力通過(guò)汽輪機(jī)，再帶動(dòng)空壓機(jī)和增壓機(jī)，空氣壓縮機(jī)就可以正常工作了。當(dāng)空氣壓縮機(jī)正常工作時(shí)，由空氣過(guò)濾器吸入大氣空氣，然后經(jīng)過(guò)進(jìn)口導(dǎo)葉自動(dòng)調(diào)節(jié)后，空氣進(jìn)入一級(jí)壓縮，在大氣經(jīng)過(guò)一級(jí)壓縮后，氣體的溫度會(huì)變得較高。然后需要對(duì)高溫空氣進(jìn)行冷卻，這就需要空氣從一級(jí)壓縮進(jìn)入到中間冷卻器，經(jīng)冷卻后的空氣進(jìn)入到壓縮機(jī)的二級(jí)壓縮系統(tǒng)，然后再由一級(jí)后冷器對(duì)從二級(jí)壓縮器中出來(lái)的高溫空氣進(jìn)行二次冷卻，然后再把冷卻好的空氣排進(jìn)排氣主管道。

空氣壓縮機(jī)通常會(huì)將吸入的外部空氣壓縮至0.535MPa后送往空分裝置。來(lái)自純化器的干燥空氣0.48MPa，經(jīng)過(guò)增壓機(jī)的程序加壓以后，可以把過(guò)程分為三個(gè)主要部分，由增壓機(jī)一段把全廠的使用空氣和全工廠的儀表空氣的大氣抽出；然后增壓機(jī)二段把空氣抽出后，把空氣送往空氣分離裝置—增壓透平膨脹機(jī)；增壓機(jī)三段負(fù)責(zé)把大氣繼續(xù)加壓，然后再把加壓后的高溫大氣分送到空分裝置下塔參與精餾。

1 增壓機(jī)級(jí)間密封泄漏的優(yōu)化目標(biāo)及內(nèi)容

1.1 優(yōu)化目標(biāo)

空分系統(tǒng)所設(shè)計(jì)制氧量為28000Nm3/h，系統(tǒng)運(yùn)行后后，氧氣量最高只能達(dá)到26500m3/h；根據(jù)壓縮機(jī)運(yùn)行情況，對(duì)壓縮機(jī)組進(jìn)行性能測(cè)試；測(cè)試結(jié)果顯示，增壓機(jī)二段排氣量不足，從而引起氧氣產(chǎn)量的不足。因此確定了如何減少級(jí)間串氣，減少氣體損失，從而提高增壓機(jī)的排氣量作為本次的研發(fā)目標(biāo)。

1.2 優(yōu)化內(nèi)容

改造機(jī)組級(jí)間、段間密封，用新設(shè)計(jì)的可接觸碳環(huán)密封來(lái)替代原來(lái)使用的梳齒密封方式，并且更換級(jí)間密封，這樣可以達(dá)到減少級(jí)間串氣，以及減少損失氣體的目的，這樣不僅僅是提高了增壓機(jī)的最大排氣量，而且可以達(dá)到改變機(jī)組運(yùn)行效率的目的。

2 增壓機(jī)級(jí)間密封泄漏的優(yōu)化過(guò)程

2.1 密封改進(jìn)原理

MCO1404+3BCL457壓縮機(jī)級(jí)間密封主要是用迷宮密封來(lái)實(shí)現(xiàn)，把很多很多個(gè)環(huán)形密封齒一次排列，設(shè)在轉(zhuǎn)軸周圍，密封齒與密封齒之間會(huì)形成很多很多的截流間隙和膨脹空腔，當(dāng)被密封的介質(zhì)在通過(guò)截流間隙和膨脹空腔的間隙時(shí)，外散速度會(huì)明顯減弱，這就產(chǎn)生了節(jié)流效應(yīng)，從而達(dá)到了密封和阻漏的目的。迷宮密封不需要潤(rùn)滑，迷宮密封沒(méi)有固相摩擦，它特別適合于高速、高溫和高壓的環(huán)境，也是大尺寸密封的優(yōu)先選擇，迷宮密封是非接觸密封。雖然迷宮密封漏的泄量會(huì)較大，但是如果采取抽氣輔助的密封手段，再多多增加迷宮的級(jí)數(shù)，就完全可以把漏泄量減到非常小，但是如果想要完全不漏，是非常困難的。由于迷宮密封不需潤(rùn)滑，也不是接觸密封，并且在轉(zhuǎn)子和機(jī)殼間存在了很多間隙，并允許有高溫高壓、允許有熱膨脹，并且特別適應(yīng)高轉(zhuǎn)速頻率的場(chǎng)合，所以，燃?xì)廨啓C(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、汽輪機(jī)和壓縮機(jī)的軸端和級(jí)間的密封，都特別的適合使用這種密封形式，或者也可以把迷宮密封作為其他的動(dòng)密封的前置密封。由上所述，如果把迷宮密封在壓縮機(jī)的隔板軸孔處和各級(jí)葉輪進(jìn)口圈外緣廣泛應(yīng)用，就可以達(dá)到減少各級(jí)氣體回流的目的(圖1)。一般用鋁合金來(lái)制作迷宮密封，主要是因?yàn)殇X合金這種材料比較軟，可以大程度的避免軸套和葉輪的損壞。

為了避免密封體會(huì)因?yàn)檫^(guò)熱膨脹后發(fā)生變形而發(fā)生抱軸事故，所以通常會(huì)將密封體做成一種L形卡臺(tái)，然后用梳齒狀來(lái)設(shè)計(jì)密封齒，最后，為了把密封體外環(huán)固定好，一定要使用沉頭螺釘，一般是在上半隔板或者是機(jī)殼上，但是通常不能完全固定死。

對(duì)于有些尺寸比較大的密封體，可以根據(jù)需要進(jìn)行切割，一般切割成兩半或四半，但是一定要注意在切口處要留有一定的間隙，這樣才可以滿足熱膨脹的要求。

圖1 迷宮密封示意圖

為了能夠有效的進(jìn)口流量，在離心式壓縮機(jī)的工作葉輪通過(guò)葉輪做功后，絕大部分的大氣會(huì)進(jìn)入到擴(kuò)壓器中被繼續(xù)擴(kuò)壓，但是，還是會(huì)有大氣從隔板軸封和輪蓋密封的葉輪出口被泄漏出去，形成漏氣損失，實(shí)踐證明，隔板軸封泄漏量大概是輪蓋氣封泄漏量的1/3左右，所以，隔板軸封泄漏量是比輪蓋密封的泄漏量小很多的。但是，如果外部能量沒(méi)有直接增加，那么隔板軸封泄漏量也只是有效的減少了工作葉輪的能量。通過(guò)改善葉輪的輪蓋處的密封泄漏量，大大增加了工作葉輪的大氣進(jìn)口流量，但是新鮮的氣體進(jìn)入葉輪會(huì)相對(duì)的減少(圖2)。

圖2 改善葉輪輪蓋處的密封，增加葉輪大氣進(jìn)口流量

在輪蓋密封處不斷循環(huán)得G1這股氣流，在外界不斷的提供機(jī)械功，但是，能量損失會(huì)使得葉輪大大增加耗機(jī)械功，影響了壓縮機(jī)的效率。因此，提高離心壓縮機(jī)效率的重要因素之一就是減少輪蓋密封泄漏量。密封間隙與泄漏量情況見(jiàn)表1。

表1 密封間隙與泄漏量情況

由上表可知，一個(gè)不可忽視的問(wèn)題—輪蓋密封泄漏損失，由內(nèi)漏引起了空氣壓縮機(jī)出現(xiàn)能耗高且達(dá)不到設(shè)計(jì)值。為什么系統(tǒng)負(fù)荷受到了很大的影響？主要是因?yàn)樵械氖猃X密封間隙偏大，泄漏量變大造成的。

2.2 改造施工方案

(1)拆除增壓機(jī)兩端軸承各個(gè)進(jìn)油口、回油口、排油煙口，并將各個(gè)拆除口用白布抱閘好，以免異物進(jìn)入管道內(nèi)部。

(2)將增壓機(jī)與變速機(jī)之間的聯(lián)軸器斷開(kāi)，使增壓機(jī)脫落機(jī)組系統(tǒng)。汽輪機(jī)、空壓機(jī)系統(tǒng)需手動(dòng)間段盤(pán)車。

(3)要把密封膠涂在時(shí)聯(lián)軸器護(hù)罩的結(jié)合面上，務(wù)必確保密封。要把增壓機(jī)與變速機(jī)端連接兩半聯(lián)軸器護(hù)罩的銷子和螺釘卸下，并且卸下上半罩體。

(4)對(duì)聯(lián)軸器組件進(jìn)行細(xì)致檢查并拆卸組件，檢查并拆除壓縮機(jī)轉(zhuǎn)自軸端輪轂備帽，使用專用工具吧加熱輪轂取出，在測(cè)量原始定位尺寸后。

(5)把螺釘從固定軸承蓋上擰下，垂直的把蓋取出。把連接兩半軸承的螺釘擰出，在軸承上部有螺紋孔，然后再擰上吊環(huán)螺釘，最后用航車吊出上半軸承。

(6)拆除增壓機(jī)筒體兩端的盲蓋的各個(gè)螺栓，后將兩端盲蓋取下。

(7)抽出增壓機(jī)內(nèi)機(jī)芯(上下隔板、葉輪)，放置在空曠、干凈的地面上，松掉上下隔板的合并緊固螺栓、軸向合并緊固螺栓，上下隔板分開(kāi)后，取出葉輪。

(8)一定要認(rèn)真的檢查密封內(nèi)組件的質(zhì)量完好狀況，以及組配時(shí)的壓縮量，要配合廠家技術(shù)人員，交流溝通，及時(shí)的解體更換級(jí)間、段間密封組件。

(9)各個(gè)密封更換完后，現(xiàn)場(chǎng)回裝隔板組件、葉輪，裝回壓蓋定位卡片及緊固螺栓和軸套軸向定位卡環(huán)。

(10)將組裝好的增壓機(jī)機(jī)芯組件(隔板密封、葉輪)吊起，回裝至增壓機(jī)筒體內(nèi)。

(11)回裝增壓機(jī)兩端盲蓋，逐個(gè)回裝各個(gè)螺栓。回裝機(jī)組軸承腔體、推力、支撐軸承及各個(gè)潤(rùn)滑油管道、排油煙管道等。

(12)聯(lián)系儀表人員，回裝各個(gè)儀表探頭線。

3 結(jié)語(yǔ)

密封的優(yōu)化提高了壓縮機(jī)的工作效率，總進(jìn)氣量提高了1000Nm3/h以上，系統(tǒng)氧氣提取率為75%，為企業(yè)和公司大大減少了成本。