羅夢(mèng)珠

摘要：離心壓縮機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，通常法蘭面之間的密封都采用O形圈密封。開發(fā)組從成本、質(zhì)量、人機(jī)工程三方面研究平面密封膠的可行性，提出使用膠密封代替O形圈的設(shè)計(jì)方案。使用價(jià)值工程的分析方法，分析了平面密封膠實(shí)施存在的問題，為企業(yè)降低成本，提高效率做出貢獻(xiàn)，也給設(shè)計(jì)人員一些啟發(fā)。

Abstract： Whendesign centrifugal compressor， the seal between flange is usually designed with O-ring. Afterstudyingthe feasibility of fluid sealant with cost， quality and ergonomics. the R&D team proposal the idea of usingfluid sealant instead of O-ring is pro. With value analysis and value engineering， analyzing the risk of fluid sealant implementation. Then find the solution to make the product cost down and make contribution to increase company operation efficiency， meanwhile have some inspiration for compressor designers.

關(guān)鍵詞：法蘭;O形圈;密封膠;離心壓縮機(jī);價(jià)值工程

0? 引言

設(shè)計(jì)離心壓縮機(jī)時(shí)，鑄件外殼密封通常采用O形圈密封。隨著市場競爭的成本壓力上升，企業(yè)為了降低產(chǎn)品制造成本，提升企業(yè)運(yùn)營效率。公司通過價(jià)值工程的方法，尋找降低產(chǎn)品成本的機(jī)會(huì)。采用平面密封膠代替O形圈密封在內(nèi)燃機(jī)行業(yè)已經(jīng)很成熟，本文通過對(duì)比膠密封與O形圈密封的區(qū)別，提出在離心壓縮機(jī)制造過程中使用膠密封代替O形圈密封的可行性。

1? 法蘭密封方式

法蘭密封是設(shè)備連接常用的結(jié)構(gòu)形式，法蘭結(jié)構(gòu)根據(jù)使用工況情況，外形各異。影響法蘭密封效果除了法蘭本身的結(jié)構(gòu)，還有密封材料[1]。常見的密封材料有墊片、O形圈、平面密封膠等。離心壓縮機(jī)自發(fā)明之后，法蘭密封一般采用O形圈密封。

1.1 O形圈密封? 離心壓縮機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，零件密封方式通常選擇O形圈密封，O形圈密封結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單、容易加工、技術(shù)成熟，安裝方便，使用范圍廣，開發(fā)人員可參照選型的方案比較多，密封驗(yàn)證計(jì)劃詳細(xì)，使用風(fēng)險(xiǎn)低。在運(yùn)用過程中O形圈密封存在的問題主要是壓縮機(jī)泄漏，引起O形圈密封失效的常見原因有O形圈永久變形、配合溝槽尺寸問題、零件清潔度不良、安裝不到位等[2]。

1.2 法蘭密封膠? 在裝備制造領(lǐng)域，自平面密封膠“問世”之后，在汽車行業(yè)得到廣泛的運(yùn)用與普及，特別是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等殼體零件，使用膠密封的制造工藝非常成熟。國內(nèi)在70年代首先運(yùn)用膠密封是內(nèi)燃機(jī)行業(yè)，主要使用螺紋緊固膠與平面密封膠[3]。膠密封成為設(shè)備防漏、防松、快速維修的秘密武器[4]。膠密封設(shè)計(jì)簡單，零件密封面機(jī)加工要求低，設(shè)計(jì)相關(guān)零件少，制造工藝容易。隨著膠密封技術(shù)的成熟與推廣，各行各業(yè)在設(shè)計(jì)密封時(shí)，膠密封成為了開發(fā)人員優(yōu)先選擇的密封方式之一。

2? 膠密封的價(jià)值分析

當(dāng)前離心壓縮機(jī)采用O形圈密封，根據(jù)價(jià)值工程的分析方法，假設(shè)使用膠密封代替O形圈密封，首先可以消除O形圈物料維護(hù)，采購物料種類減少。其次，減少鑄件溝槽的機(jī)加工;減少生產(chǎn)線裝配時(shí)間，提升制造效率;消除質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，提高產(chǎn)品的一次通過率。最重要是采用膠密封可以使用壓縮機(jī)現(xiàn)場維修更加簡單，減少大量的三包成本。

2.1 成本價(jià)值? 根據(jù)價(jià)值工程的方法，價(jià)值=功能/成本。離心壓縮機(jī)采用O形圈密封主要功能是密封，在膠密封能滿足功能要求的前提下，物料的采購成本會(huì)降低很多，其價(jià)值自然就會(huì)提升。

離心壓縮機(jī)外殼主要包括蝸殼、電機(jī)定子箱、級(jí)間罩殼、導(dǎo)葉室等，根據(jù)葉輪壓縮的段數(shù)不同，級(jí)間罩殼的數(shù)量也不一樣。外殼之間的密封使用O形圈密封，不同外殼之間O形圈規(guī)格不一樣，離心壓縮機(jī)主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。如果使用膠密封代替O形圈密封，外殼之間密封只有膠，結(jié)構(gòu)比O形圈密封更加簡單，兩種密封方式的結(jié)構(gòu)對(duì)比如表1所示。

由表1可知，膠密封結(jié)沒有密封溝槽，并且密封面精度相對(duì)較低。使用O形圈密封每臺(tái)離心壓縮機(jī)的需用到5～7根O形圈，每臺(tái)壓縮機(jī)O形圈采購成本為1100～1600元，采用膠密封的成本每臺(tái)60～100元，單臺(tái)壓縮機(jī)直接物料成本差異大于93%。除了物料的直接成本，膠密封還能減少離心壓縮機(jī)外殼機(jī)加工、質(zhì)量檢測、零件表面精度要求、刀具成本、安裝工藝輔料等方面的工作，其成本結(jié)構(gòu)如表2所示。

假設(shè)企業(yè)離心壓縮機(jī)全年產(chǎn)量為1500臺(tái)套/年，使用膠密封代替O形圈密封可以每年為企業(yè)節(jié)約直接與間接成本總計(jì)300萬人民幣左右。從運(yùn)營成本的角度，膠密封代替O形圈密封是可行的。

2.2 質(zhì)量改善? 離心壓縮機(jī)在制造過程中，常見的失效模式就是泄漏。根據(jù)過往5年的質(zhì)量數(shù)據(jù)，排在前幾位質(zhì)量問題就是外殼之間的泄漏。影響O形圈密封的因素較多，O形圈材質(zhì)、壓縮形變、壓緊力、機(jī)加工表精度、密封面清潔度等都有可能影響壓縮機(jī)泄漏。使用膠密封代替O形圈，泄漏發(fā)生的根本原因就是膠沒有完全固化，固化機(jī)械性能不達(dá)標(biāo)。只要膠的固化強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可以從根本上解決離心壓縮機(jī)泄漏的問題。密封膠的使用除了對(duì)制造過程質(zhì)量有很大的貢獻(xiàn);同時(shí)在三包期，對(duì)質(zhì)量貢獻(xiàn)也很大。使用O形圈密封，如果壓縮機(jī)發(fā)生泄漏，造成冷媒泄漏，需回收冷媒拆開壓縮機(jī)更換O形圈，壓縮機(jī)返修的成本很高。膠密封填充間隙大、螺栓扭矩要求低、對(duì)零件表面要求低，可以實(shí)現(xiàn)泄漏點(diǎn)單獨(dú)圍堵，無需拆開壓縮機(jī)，客戶端返修容易。維修工程師不用擔(dān)心O形圈缺料，影響維修工期的問題。從質(zhì)量改善的角度，使用膠密封代替O形圈密封是可行的。

2.3 人機(jī)工程改善? 對(duì)于制造過程使用膠密封代替O形圈，可以減少裝配工序、去除O形圈安裝的工藝輔料、消除操作人員頻繁的彎腰、擦試等動(dòng)作。人員操作安全風(fēng)險(xiǎn)更低，操作人員的動(dòng)作更加簡單，人機(jī)工程評(píng)審更加優(yōu)化。從人機(jī)工程的角度，膠密封代替O形圈密封是可行的。

3? 膠密封存在的問題及改善措施

膠密封代替O形圈密封有很多優(yōu)勢，在改善之前除了要完成必要的檢測驗(yàn)證，還要確保密封膠與冷媒的兼容性，其次工藝流程的變更需保證壓縮機(jī)在制造過程中不會(huì)發(fā)生泄漏。

3.1 介質(zhì)兼容性問題? 在壓縮機(jī)制造行業(yè)，任何一種介質(zhì)的使用都要通過介質(zhì)與冷媒的兼容性試驗(yàn)。離心壓縮機(jī)通?？梢允褂枚喾N冷媒，密封膠需要同時(shí)滿足與多種冷媒的兼容性。我司選定的法蘭平面密封膠為厭氧型密封膠，在汽車空調(diào)領(lǐng)域有著廣泛的運(yùn)用案例，其固化后機(jī)械性能優(yōu)良，代替O形圈樣機(jī)驗(yàn)證合格。對(duì)于常用冷媒供應(yīng)商能直接提供兼容性報(bào)告，我司只要完成特定冷媒的兼容性報(bào)告即可，根據(jù)第三方的兼容性報(bào)告，該類型密封膠與我司使用冷媒兼容。

3.2 膠密封泄漏及改善措施? 實(shí)驗(yàn)證明采用密封膠代替O形圈密封是可行的，但是密封膠的固化需要滿足特定條件，影響密封膠的固化因素很多。如果密封膠沒有完全固化，離心壓縮機(jī)外殼之間容易產(chǎn)生泄漏，特別當(dāng)壓縮機(jī)安裝到空調(diào)主機(jī)上時(shí)，吸氣彎管焊接、冷媒管焊接、吊裝作業(yè)等都會(huì)影響膠的密封性能，在主機(jī)處發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)泄漏，返修的工作量會(huì)造成成本浪費(fèi)。

通過大量離心壓縮機(jī)泄漏數(shù)據(jù)分析，在以下情況下，離心壓縮機(jī)容易發(fā)生泄漏。

①離心壓縮機(jī)在環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，容易發(fā)生泄漏。②零件表面清潔度不良時(shí)，容易發(fā)生泄漏。③外殼表面粗糙度高于Ra1.6時(shí)，容易發(fā)生泄漏。④壓縮機(jī)空載試車完成直接安裝到空調(diào)主機(jī)上，容易發(fā)生泄漏。

除以上情況，壓縮機(jī)泄漏的可能性原因，都是由于密封膠沒有完全固化，導(dǎo)致在空調(diào)主機(jī)安裝時(shí)，影響到了密封膠固化的機(jī)械性能。為了保證制造流程的可靠性與穩(wěn)定性，特制定以下措施：

①離心壓縮機(jī)外殼表面粗糙度為Ra3.2。

②對(duì)于環(huán)境溫度，在低溫的冬季或是春季，離心壓縮機(jī)裝配環(huán)境溫度保證大于20℃，成品存放區(qū)域溫度保證大于5℃。

③壓縮機(jī)空載試車完成之后，需在成品區(qū)域放置6h以上。

④對(duì)于零件清潔度要求，表面清潔度小于30RFU（相對(duì)熒光單位）。

離心壓縮機(jī)膠密封泄漏是多因子共同影響的結(jié)果，除了以上措施可以提升壓縮機(jī)泄漏的一次通過率，人員的操作行為也很重要，對(duì)于個(gè)人操作步驟、密封膠涂的寬度都有標(biāo)準(zhǔn)化，確保離心壓縮機(jī)在實(shí)際制造過程中，壓縮機(jī)泄漏的一次通過率保持目標(biāo)值大于99.5%。壓縮機(jī)安裝主機(jī)上無泄漏，100%合格。

4? 結(jié)論

本文主要研究膠密封代替O形圈密封的可行性，通過對(duì)比兩種密封方式的結(jié)構(gòu)、成本、功能、質(zhì)量、人機(jī)工程等幾個(gè)方面，證明使用平面密封膠代替O形圈密封的可行性。其次說明了密封膠與冷媒的兼容性是膠密封設(shè)計(jì)的前提條件，最后論述膠密封在制造過程中面臨的問題并提出了解決辦法。完成密封膠代替O形圈密封整個(gè)價(jià)值工程的循環(huán)，證明在離心壓縮機(jī)制造領(lǐng)域膠密封代替O形圈密封的可行性，也給設(shè)計(jì)開發(fā)人員一些啟發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳宗澤主編.機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)（第三版）[M].化學(xué)工業(yè)出版社出版，2010.

[2]劉偉建.橡膠O 形圈靜密封概述[J].液壓氣動(dòng)與密封，2013 （11）：71-72.

[3]徐志遠(yuǎn).樂泰技術(shù)是根治內(nèi)燃機(jī)“三漏”的有效方法[J].加工技術(shù)，1995（02）：40-41.

[4]鄭云波.樂泰密封粘接技術(shù)在大型壓力機(jī)制造中的應(yīng)用[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2003 （05）：49-50.