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?，一順方向排列，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(wú)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(wú)色、無(wú)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(lái)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?，調(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）