馮君宏

作者通聯(lián):液化空氣（天津）有限公司 天津市河西區(qū)中鐵十八局家屬樓23-3-602 300222

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一、膜壓機出現(xiàn)的問題

一臺BURTON CORBLIN公司生產(chǎn)的 D123LG6.3-25型膜片式壓縮機（以下簡稱膜壓機）。1997年投用，設計壓縮量為100 m3/h。2004年因生產(chǎn)量加大，膜壓機的壓縮量不夠，重新購置一臺壓縮量為150m3/h的D164LG 6.3-25型的膜壓機作為備機使用，由于使用頻率很低，其間一直沒有大修過。2008年公司業(yè)務擴大，新建了一個氣體充裝站，D123LG6.3-25型的膜壓機又重新安裝到新氣站使用，由于該機已使用多年，經(jīng)常出現(xiàn)O形圈漏氣報警問題，更換原裝進口O形圈和膜片后，依然出現(xiàn)漏氣報警現(xiàn)象。這臺壓縮機及備件全部采用法國原裝進口，維修安裝都嚴格按照隨機說明書操作，依然解決不了漏氣報警問題。

分析原因主要有兩個，一是進口O形圈庫存時間過長（已超過6年），橡膠老化，性能降低。二是機器運行時間過長，且維修保養(yǎng)次數(shù)太少，氣缸蓋和缸體精加工的曲面及O形圈的安裝溝槽可能出現(xiàn)輕微劃痕，原先的密封圈尺寸已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的要求，有必要將其O形圈和膜片國產(chǎn)化。

二、O形圈膜片系統(tǒng)泄漏原因分析

1.膜壓機壓縮腔工作原理

膜式壓縮機的電機通過皮帶帶動飛輪，驅動曲軸連桿機構，將旋轉運動轉換為活塞的往復運動。活塞驅動液壓油，經(jīng)活塞缸套后，再經(jīng)配油盤，將液壓油的壓力均勻地傳遞至膜片，使膜片在壓縮腔內往復彎曲振動來壓縮和輸送介質氣體（公司介質為氫氣）。

壓縮腔由氣缸蓋、膜片和缸體組成。氣缸蓋與缸體上各有一精加工的曲面，膜片安裝在氣缸蓋和缸體中間，分別形成了兩個空腔，位于缸蓋一側的空腔是氣腔，位于缸體一側是油腔。缸體上布有環(huán)形油槽，俗稱配油盤。配油盤使得油缸內油壓均勻地傳給膜片。隔膜在油壓的驅動下在氣缸中往復振動，從而達到提高介質氣體壓力的目的。金屬膜片把氣腔和油腔隔離開來，膜片自身來回往復彎曲振動，起到壓縮氣體的作用。由于氣體壓縮過程不存在相對磨擦，因而無需在氣缸中加任何潤滑劑。這樣在整個壓縮過程中，被壓縮的氣體只和膜片發(fā)生接觸，能夠有效地避免被液壓油污染，從而保證了壓縮介質的純凈。由于膜片壓縮機具有良好的安全性和密封性，特別適用于壓縮和輸送有毒氣體、易燃易爆氣體、強腐蝕性氣體、高純氣體、稀有氣體等介質。常見的膜壓機通常為單級膜壓機和兩級膜壓機，公司所用的壓縮機為兩級壓縮，第一級最高排氣壓力6.3MPa，最高排氣溫度90℃，第二級最高排氣壓力25MPa，最高排氣溫度130℃。

2.機器中O形密封圈的服役條件及密封作用

機器的壓縮腔剖面結構如圖1所示，在缸蓋和缸體之間夾有三片膜片，靠油側的膜片由一條O形密封圈密封，靠近氣側的膜片由兩條O形密封圈密封。

圖1 膜壓機O形圈膜片系統(tǒng)壓縮腔剖面圖

3.O形圈膜片系統(tǒng)泄漏原因

O形圈用于密封液壓油和介質氣體，如果膜壓機工作時間過長、負荷過大或者缸體冷卻系統(tǒng)效果不好以及O形圈安裝不符合技術要求就很容易引起O形圈破損和失效。一旦氣側或油側O形圈破損，氣體或油通過O形圈破損處進入膜片中間層，會引起中間層壓力上升，觸動壓力開關將驅動馬達關閉。如果探測系統(tǒng)失靈，進入膜片中間層的油不斷積累后，會將隔膜打穿，引起壓縮機故障并且污染產(chǎn)品。

三、O形密封圈國產(chǎn)化

測量原裝進口O形圈尺寸，將壓縮機一二級缸蓋打開，測定O形圈安裝溝槽尺寸，然后確定O形圈的材料。查閱隨機說明書，得知原裝O形圈的材料是丁腈橡膠?；炗眠^的舊原裝O形圈，分析結果也顯示其材料主要成分為丁腈橡膠，按照原裝進口O形圈的尺寸制造出仿制的O形圈。將仿制的O形圈用于膜壓機上，發(fā)現(xiàn)同樣的尺寸、材料，仿制的O形圈使用很短時間就發(fā)生漏氣報警，不能滿足使用要求。懷疑國外原件材料中加入了能夠改變材料性質的添加劑，無法得知。同時，在測定O形圈安裝溝槽的槽深和槽寬時，發(fā)現(xiàn)O形圈安裝溝槽有輕微劃痕。要想提高仿制O形圈的密封性能，嘗試了三種方案：改變O形圈的幾何尺寸、更改制造O形圈的材料及加大缸蓋緊固螺栓的扭矩。

改變仿制O形圈的幾何尺寸后，效果有所改善，但還是不夠理想。于是嘗試更換材料和加大缸蓋緊固螺栓的扭矩。將丁腈橡膠更換為耐熱、耐腐蝕和耐老化性更佳的氟橡膠。安裝時將螺栓扭矩由說明書規(guī)定的一級1000N·m，二級1300N·m加大到一級1150N·m，二級1450N·m。這次密封效果很好，基本上能達到生產(chǎn)要求。

O形圈國產(chǎn)化后大大縮減采購成本和供貨周期，原裝的O形圈約1500元一個，供貨期25周。國產(chǎn)化的O形圈80元，供貨期三天。

四、膜片失效原因分析及國產(chǎn)化

（1）固定缸蓋的螺栓強度不夠或沒有達到要求的擰緊扭矩，造成缸蓋和缸體的曲面不能保持設計的精度，造成膜片壓縮介質時實際運動路徑和設計有偏差，導致膜片在工作過程中泄漏甚至產(chǎn)生裂紋。

（2）吸排氣閥損壞或吸排氣閥蓋緊力不當。每次在更換O形圈和膜片時，都需要檢查吸排氣閥并且需要將其拆卸，檢查彈簧、密封面、清洗閥座等，檢查完后需要重新組裝氣閥。重裝時為防止泄漏，需要將閥蓋緊固牢靠。如果緊固力度太小，就會壓不緊閥蓋而使氣閥密封效果不良，導致氣閥漏氣，進而造成介質中的雜質顆粒進入膜片系統(tǒng)而膜片損壞。如果緊固力度太大，又容易使氣閥內部彈簧變形，導致氣閥不能完全打開或開啟時間延遲，而氣體壓縮過程中又伴隨著高壓和高溫，很容易導致氣閥附近形成應力集中而使膜片損壞。

（3）油路工作壓力過高。由于膜壓機是通過活塞往復推動液壓油來迫使膜片在腔體內來回彎曲而壓縮氣體的，如果油路堵塞或油止回閥、溢流閥、調壓閥等失效，就會導致工作油壓過高，影響膜片正常工作，甚至造成膜片破裂。

（4）氣體介質存在固體顆粒。如果管道或介質中有雜質或氣體過濾器太臟，就會導致雜質顆粒進入O形圈膜片系統(tǒng)，隨著氣體壓縮的高壓沖擊膜片，很可能導致膜片在某一點上應力集中而損壞。

（5）膜片質量不良或安裝過程中出現(xiàn)問題。隔膜壓縮機膜片的往復運動直接對介質氣體做功，達到壓縮和輸送介質的目的。膜片材料應該具有較高的彈性極限和疲勞極限，并有較長的使用壽命，但如果安裝或操作不當，就會引起膜片系統(tǒng)泄漏或膜片提前損壞。膜壓機用的是金屬膜片，三塊膜片做成“三明治”式的夾層結構。每塊膜片的直徑相同，厚度約0.5mm。油壓側膜片與氣壓側膜片形式一樣，都具有平整平面，中間側膜片開有泄漏通道，目的是氣體或液壓油有泄漏時可以被探測到。如果膜片的直徑厚度比選擇不當，膜片所受載荷超過其允許承載能力，就會導致膜片過早損壞。再者，膜片材料選擇不當，無法適應疲勞載荷所要求的機械性能，也會導致膜片過早損壞。另外，在庫房長期存儲過程中或在安裝過程中不小心造成膜片局部缺陷，比如被尖銳物壓出的小凹陷，劃出的劃痕或局部腐蝕，也是導致膜片過早損壞的重要原因。

受公司自身技術條件所限，無能力獨立國產(chǎn)化膜片，提供膜片尺寸及技術要求，選擇北京京城環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限責任公司合作，由京城環(huán)保公司提供材料和制作工藝。仿制好的膜片投用后，可以滿足要求，但還是和原裝膜片有差距。原裝膜片可以用4～6個月，仿制膜片只能用兩個月。原裝膜片拆卸后，通過清洗脫脂，可以再次使用，仿制膜片只要拆卸、清洗、脫脂后再次安裝，用不了多久就會出現(xiàn)漏氣報警。但仿制的膜片優(yōu)點還是很多的，比如成本低，供貨期短。