董偉杰

（茂名市高技能人才公共實訓(xùn)中心 廣東茂名）

一、問題

螺桿式壓縮機是油田原油穩(wěn)定裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一，其作用是把進入原油穩(wěn)定塔的原油伴生氣抽出，壓縮后送到分離器進行初步分離。螺桿式壓縮機在運行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)軸承損壞故障，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的順利進行。

二、原因分析

LG0.3/3.5型螺桿式壓縮機陰陽轉(zhuǎn)子軸的兩端采用注氣式迷宮密封，由密封槽和密封套組成，注入密封的氣體是壓力0.03～0.1 MPa的干氣。

（1）密封槽與密封套的間隙為0.02～0.05 mm，如果密封槽損壞、堵塞或密封套與密封槽的間隙增大，將使迷宮密封的密封性能急劇下降。

（2）迷宮密封用于密封的氣體要求是干燥的，如果密封氣體中含有液體，也會使迷宮密封的密封性能下降。

（3）原油伴生氣中含有大量的輕質(zhì)油（C4、C5）成分，輕質(zhì)油成分在壓縮機壓縮腔內(nèi)受壓變成具有一定壓力的液體，滲透到迷宮密封，填堵密封槽，使迷宮密封的密封性能喪失，輕質(zhì)油就會進到軸承和潤滑油箱里，由于輕質(zhì)油對潤滑油有很強的稀釋作用，使?jié)櫥秃芸熳冑|(zhì)，潤滑性能急劇下降，軸承得不到良好的潤滑很快就會損壞。

（4）軸承受損后，壓縮機運行時陰陽轉(zhuǎn)子的軸線不平行，運行中轉(zhuǎn)子兩端的迷宮密封槽與密封套接觸并相互磨損，使密封槽與密封套之間的間隙增大。每次軸承損壞，都使密封槽和密封套磨損一部分，經(jīng)過多次的軸承損壞后，密封槽與密封套的間隙越來越大，直至迷宮密封完全失去密封作用。

（5）迷宮密封失效后，壓縮腔內(nèi)有一定壓力的輕質(zhì)油很容易進到軸承和油箱，使?jié)櫥秃芸炀蜁櫥饔茫铀佥S承的磨損，這樣的惡性循環(huán)，致使螺桿式壓縮機的性能越來越差。

通過以上分析可知，螺桿式壓縮機經(jīng)常發(fā)生軸承損壞，是由陰陽轉(zhuǎn)子軸密封形式不當(dāng)引發(fā)的。

三、改造

（1）改造思路。壓縮機進氣成分因工藝原因不能改變，進入壓縮腔的氣體肯定含有一定量的輕質(zhì)油成分，氣態(tài)的輕質(zhì)油成分被壓縮后，就會變成液態(tài)的輕質(zhì)油，如果軸端密封不好，液態(tài)的輕質(zhì)油進到軸承部位，使?jié)櫥妥冑|(zhì)，所以改造思路是采用能密封液體的密封裝置。

（2）改造過程。用機械密封代替迷宮密封。分別把陰陽轉(zhuǎn)子裝夾在車床上，根據(jù)機械密封的尺寸，把轉(zhuǎn)子兩端原有迷宮密封槽全部切掉，車成光軸，再在光軸上鉆一凹坑，用于固定機械密封的彈簧座，去掉壓縮機的機內(nèi)迷宮密封套，用壓蓋固定靜環(huán)，組裝成機械密封裝置，改造前后密封裝置如圖1、圖2所示。為解決機械密封的散熱問題，用鍍鋅管連接同一個轉(zhuǎn)子軸兩端的原密封氣注氣孔，作為冷卻循環(huán)管，壓縮機工作時，由于排氣端的壓力高于吸氣端的壓力，使一部分冷卻液從排氣端通過冷卻循環(huán)管到達吸氣端，這部分液體再和轉(zhuǎn)子冷卻液相互混合，進行熱量交換。這一不斷循環(huán)的過程，可以保證機械密封溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。

圖1 改造前轉(zhuǎn)子兩端的迷宮密封

圖2 改造后轉(zhuǎn)子兩端的機械密封

四、機械密封的校核

1.設(shè)備型號及工作參數(shù)

壓縮機為雙螺桿水冷壓縮機，型號LG0.3/3.5，主要參數(shù)：吸入壓力0.03 MPa，排出壓力0.35 MPa，輸送介質(zhì)為原油伴生氣，流量3.6 m3/min，軸直徑100 mm，電機功率30 kW，電機轉(zhuǎn)速2950 r/min。

2.機械密封參數(shù)

根據(jù)密封手冊，擬選用103JMh3-100/15型機械密封，該機械密封的主要參數(shù)：密封面內(nèi)徑103.5 mm，密封面外徑115.5 mm，密封面寬度6 mm，彈簧總推力22 kg，動環(huán)材料為金屬陶瓷，靜環(huán)材料為浸漬酚醛石墨，密封圈材料為氟橡膠。

3.計算校核

（1）載荷系數(shù)根據(jù)公式1計算得出K=1.27。

式中K——載荷系數(shù)

D1——密封面內(nèi)徑，m

D2——密封面外徑，m

（2）動環(huán)線速度根據(jù)公式2計算得出U=16.9 m/s。

式中U——動環(huán)線速度，m/s

n——電機轉(zhuǎn)速，r/min

（3）膜壓系數(shù)根據(jù)公式3計算得出λ=0.51。

式中λ——膜壓系數(shù)

（4）密封面面積根據(jù)公式4計算得出A=0.00206 m2。

式中A——密封面面積，m2

（5）彈簧比壓根據(jù)公式5計算得出P彈=0.107 MPa。

式中P彈——彈簧比壓，MPa

T——彈簧總推力，kg

（6）端面比壓根據(jù)公式6計算得出P比=0.373 MPa。

式中P比——端面比壓，MPa

（7）磨耗性參數(shù)P比·U=6.3 MPa·m/s。

4.校核結(jié)論

內(nèi)裝式機械密封端面比壓一般為0.2 MPa～0.4 MPa，以保證機械密封端面良好配合，使密封面間形成有效液膜。通過以上計算可知，所選機械密封的端面比壓P比=0.373 MPa，在設(shè)計的范圍之內(nèi)，能滿足密封性要求。查相關(guān)手冊得磨耗性標(biāo)準(zhǔn)數(shù)a2=7.1 MPa·m/s，校核選用機械密封的磨耗性參數(shù)為P比·U=6.3 MPa·m/s，P比·U＜a2， 所選機械密封的磨耗性可以滿足使用要求。

五、改造效果

改造后，LG0.3/3.5型螺桿式壓縮機的使用周期由改造前使用時間最長30 d提高到325 d，最短運轉(zhuǎn)時間從7 d提高到253 d，軸承故障現(xiàn)象大幅減少，節(jié)約大量的人力和物力，保證生產(chǎn)的正常進行，并產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益。