氣體流速和壓力對(duì)密封膠圈的影響

李 鵬 郭 歡 王興偉 王永杰

（沈陽(yáng)鼓風(fēng)集團(tuán)，遼寧 沈陽(yáng) 110869）

氣體流速和壓力對(duì)密封膠圈的影響

李 鵬 郭 歡 王興偉 王永杰

（沈陽(yáng)鼓風(fēng)集團(tuán)，遼寧 沈陽(yáng) 110869）

通過對(duì)密封膠圈結(jié)構(gòu)的分析和改進(jìn)，排除了壓縮機(jī)的停車故障，效果良好。

離心式結(jié)構(gòu)；BCL型壓縮機(jī)；密封膠圈；氣體流速；壓力

圖1所示壓縮機(jī)組是煤化工流程中的甲烷混合冷劑離心壓縮機(jī)，它是利用冷劑可調(diào)節(jié)不同溫度差的特性從而達(dá)到焦?fàn)t氣溫度的降低，屬于LNG壓縮機(jī)。該壓縮機(jī)由1缸兩段7級(jí)組成（一段五級(jí)，二段兩級(jí)）。從圖上看氣動(dòng)方向?yàn)閮啥危豁樂较蚺帕?，壓力逐漸遞增。壓縮機(jī)與原動(dòng)機(jī)由膜盤聯(lián)軸器聯(lián)接，壓縮機(jī)、汽輪機(jī)安裝在同一鋼底座上；整個(gè)機(jī)組采用潤(rùn)滑聯(lián)合油站供油，壓縮機(jī)的軸端密封采用干氣密封元件進(jìn)行密封，機(jī)組由汽輪機(jī)作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。

圖1 壓縮機(jī)總圖

該機(jī)組于2012年10月在用戶現(xiàn)場(chǎng)安裝并網(wǎng)，運(yùn)轉(zhuǎn)1年后發(fā)現(xiàn)支、推力側(cè)軸振動(dòng)值在18～34.9μm之間波動(dòng)、突跳。同時(shí)機(jī)組氣體出口壓力提不上去，并伴有氣體喘振的聲音；機(jī)殼二段出氣口側(cè)溫度逐漸升高，殼溫達(dá)到136℃左右，殼內(nèi)氣體溫度達(dá)到155℃左右。另外，外推力軸承瓦溫也在逐漸升高，甚至溫度達(dá)到115℃，致使溫度聯(lián)鎖停車。

一、機(jī)組停車原因分析

經(jīng)對(duì)機(jī)組拆檢后發(fā)現(xiàn)，出口側(cè)的機(jī)殼與內(nèi)機(jī)殼之間的密封膠條出現(xiàn)局部硬化、變形、損壞的現(xiàn)象，致使機(jī)組二段出氣口配合密封處與平衡器腔貫通，產(chǎn)生氣體倒流，影響了平衡器腔的壓力平衡。同時(shí)使得軸向力增大，外推力軸承瓦溫增高。如圖2所示。

拆檢時(shí)發(fā)現(xiàn)外推力軸承面有些研痕道、局部推力瓦塊上有研痕亮點(diǎn)，其它各部件均無發(fā)現(xiàn)問題。造成這次停車的原因，經(jīng)分析認(rèn)為是由于機(jī)組二段出口側(cè)的機(jī)殼與內(nèi)機(jī)殼之間的密封膠條損壞所致。

機(jī)組機(jī)殼與內(nèi)機(jī)殼之間共有4道圓周密封，只有二段出口側(cè)機(jī)殼與內(nèi)機(jī)殼之間的密封槽處徑向配合間隙大，其單邊間隙達(dá)6.5mm。其它三道密封配合間隙為0.35～0.5mm之間。查閱相關(guān)資料得知，設(shè)計(jì)間隙應(yīng)在0.35～0.5mm之間。

二、膠圈損壞原因分析

1.膠圈材質(zhì)特性

密封膠條材質(zhì)為氟橡膠（FPM），由含氟單體共聚而得。其特征為耐高溫（可達(dá)300℃）、耐腐蝕，此外機(jī)械強(qiáng)度、電絕緣性、耐老化性能都很好，適合于密封條件。

2.氣體介質(zhì)特性分析

該機(jī)組的介質(zhì)是以甲烷為主的氣體，無色、無臭，溶于水，密度為0.7174kg/m3，燃點(diǎn)450℃，爆炸極限為5%～15%。同時(shí)氣體中還伴有有機(jī)硫化物和硫化氫（H2S），其酸性成分長(zhǎng)期與橡膠類物質(zhì)接觸，易于發(fā)生腐蝕。

3.配合間隙值對(duì)膠圈的影響

該機(jī)組在機(jī)殼與內(nèi)機(jī)殼配合的密封處有4處密封膠條，在這4處密封膠條中只有內(nèi)機(jī)殼二段出口側(cè)的密封槽配合外徑尺寸φ1678mm與其它三個(gè)密封槽配合外徑尺寸φ1690mm不相同，直徑差12mm，單邊差6mm。而在φ1690mm尺寸處配合的公差在0.35～0.5mm，如圖2所示。

圖2 局部放大圖

此種密封結(jié)構(gòu)決定了靠近機(jī)殼與內(nèi)機(jī)殼密封配合間隙小的一側(cè)不易發(fā)生膠圈損壞，而靠近機(jī)殼與內(nèi)機(jī)殼密封配合間隙大的一側(cè)易發(fā)生膠圈損壞。主要是這一側(cè)的膠圈直接與氣流接觸，同時(shí)還受介質(zhì)氣體中含硫物質(zhì)的腐蝕，時(shí)間長(zhǎng)了將使膠圈變型、老化、腐蝕。

4.氣體壓力對(duì)膠圈的影響

氣體壓力和流速會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生沖擊作用，在密封處氣體與膠圈直接接觸，并在氣體壓力和氣體流速的作用下，不斷地沖擊密封膠圈，使該處膠圈長(zhǎng)時(shí)間的在氣流摩擦力的作用下。該天然氣氣體長(zhǎng)期與裸露的橡膠類物質(zhì)表面接觸，易于發(fā)生腐蝕，更易發(fā)生侵蝕、老化、變質(zhì)。

三、密封處結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

圖3 改進(jìn)方案1

通過上述的分析可以得出結(jié)論，該處密封膠圈的結(jié)構(gòu)尺寸不合理。為此提出以下幾個(gè)方案為該機(jī)組進(jìn)行改造。

1.方案1:更改密封膠條的寬度

在密封膠圈高度不變的情況下，將寬度變窄，在兩側(cè)增加金屬護(hù)板，以防氣體介質(zhì)直接接觸密封膠圈，同時(shí)將氣體的壓力和流速由原來直接作用在密封膠圈上改為作用在膠圈兩側(cè)金屬護(hù)板上，其徑向配合間隙為0.35～0.5mm，這樣起到保護(hù)的作用。金屬護(hù)板結(jié)構(gòu)如圖3所示。

因增加的該金屬護(hù)板的內(nèi)外直徑較大，加工難度大，精度要求高（采用數(shù)控線切割設(shè)備），為便于安裝，故其結(jié)構(gòu)采用6等分，它們之間采用螺釘銷相連。

2.方案2：更改該密封處的局部結(jié)構(gòu)

在密封膠圈標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)尺寸不變的情況下，對(duì)內(nèi)機(jī)殼與機(jī)殼二段出風(fēng)口靠平衡盤側(cè)密封處的密封槽進(jìn)行局部的結(jié)構(gòu)尺寸更改，在該處設(shè)計(jì)一個(gè)鑲嵌環(huán)形結(jié)構(gòu)的密封槽，然后用螺釘?shù)确职押希{(diào)整好配合尺寸間隙，保證密封性和安裝工藝性要求。其鑲嵌密封槽結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 改進(jìn)方案2

3.方案3：對(duì)內(nèi)機(jī)殼進(jìn)行更換

對(duì)內(nèi)機(jī)殼重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，重新選擇該處密封膠條規(guī)格，以保證該處的密封性和安裝的工藝性要求。

四、結(jié)論

經(jīng)過上述對(duì)該機(jī)組所產(chǎn)生的原因分析及幾套整改方案的準(zhǔn)備，經(jīng)征求使用單位意見，同時(shí)考慮生產(chǎn)的運(yùn)行情況，決定采用方案1對(duì)機(jī)組內(nèi)機(jī)殼二段出風(fēng)口靠近平衡盤側(cè)密封處進(jìn)行改造。經(jīng)過改造的內(nèi)機(jī)殼回裝后，機(jī)組于2013年11月開車，經(jīng)過近1年的使用，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

[1]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工出版社.

[2]肖祥正,劉玉魁等.真空泵設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社.

[3]景思睿,張明遠(yuǎn).流體力學(xué)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社.

TH452

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1671-0711（2015）01-0055-03

2014-10-27）