氣體流速和壓力對密封膠圈的影響

李 鵬 郭 歡 王興偉 王永杰

（沈陽鼓風集團，遼寧 沈陽 110869）

氣體流速和壓力對密封膠圈的影響

李 鵬 郭 歡 王興偉 王永杰

（沈陽鼓風集團，遼寧 沈陽 110869）

通過對密封膠圈結構的分析和改進，排除了壓縮機的停車故障，效果良好。

離心式結構；BCL型壓縮機；密封膠圈；氣體流速；壓力

圖1所示壓縮機組是煤化工流程中的甲烷混合冷劑離心壓縮機，它是利用冷劑可調節不同溫度差的特性從而達到焦爐氣溫度的降低，屬于LNG壓縮機。該壓縮機由1缸兩段7級組成（一段五級，二段兩級）。從圖上看氣動方向為兩段，一順方向排列，壓力逐漸遞增。壓縮機與原動機由膜盤聯軸器聯接，壓縮機、汽輪機安裝在同一鋼底座上；整個機組采用潤滑聯合油站供油，壓縮機的軸端密封采用干氣密封元件進行密封，機組由汽輪機作為原動機拖動。

圖1 壓縮機總圖

該機組于2012年10月在用戶現場安裝并網，運轉1年后發現支、推力側軸振動值在18～34.9μm之間波動、突跳。同時機組氣體出口壓力提不上去，并伴有氣體喘振的聲音；機殼二段出氣口側溫度逐漸升高，殼溫達到136℃左右，殼內氣體溫度達到155℃左右。另外，外推力軸承瓦溫也在逐漸升高，甚至溫度達到115℃，致使溫度聯鎖停車。

一、機組停車原因分析

經對機組拆檢后發現，出口側的機殼與內機殼之間的密封膠條出現局部硬化、變形、損壞的現象，致使機組二段出氣口配合密封處與平衡器腔貫通，產生氣體倒流，影響了平衡器腔的壓力平衡。同時使得軸向力增大，外推力軸承瓦溫增高。如圖2所示。

拆檢時發現外推力軸承面有些研痕道、局部推力瓦塊上有研痕亮點，其它各部件均無發現問題。造成這次停車的原因，經分析認為是由于機組二段出口側的機殼與內機殼之間的密封膠條損壞所致。

機組機殼與內機殼之間共有4道圓周密封，只有二段出口側機殼與內機殼之間的密封槽處徑向配合間隙大，其單邊間隙達6.5mm。其它三道密封配合間隙為0.35～0.5mm之間。查閱相關資料得知，設計間隙應在0.35～0.5mm之間。

二、膠圈損壞原因分析

1.膠圈材質特性

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

2.氣體介質特性分析

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

3.配合間隙值對膠圈的影響

該機組在機殼與內機殼配合的密封處有4處密封膠條，在這4處密封膠條中只有內機殼二段出口側的密封槽配合外徑尺寸φ1678mm與其它三個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

此種密封結構決定了靠近機殼與內機殼密封配合間隙小的一側不易發生膠圈損壞，而靠近機殼與內機殼密封配合間隙大的一側易發生膠圈損壞。主要是這一側的膠圈直接與氣流接觸，同時還受介質氣體中含硫物質的腐蝕，時間長了將使膠圈變型、老化、腐蝕。

4.氣體壓力對膠圈的影響

氣體壓力和流速會對物體產生沖擊作用，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，使該處膠圈長時間的在氣流摩擦力的作用下。該天然氣氣體長期與裸露的橡膠類物質表面接觸，易于發生腐蝕，更易發生侵蝕、老化、變質。

三、密封處結構的改進

圖3 改進方案1

通過上述的分析可以得出結論，該處密封膠圈的結構尺寸不合理。為此提出以下幾個方案為該機組進行改造。

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，在兩側增加金屬護板，以防氣體介質直接接觸密封膠圈，同時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金屬護板上，其徑向配合間隙為0.35～0.5mm，這樣起到保護的作用。金屬護板結構如圖3所示。

因增加的該金屬護板的內外直徑較大，加工難度大，精度要求高（采用數控線切割設備），為便于安裝，故其結構采用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構

在密封膠圈標準結構尺寸不變的情況下，對內機殼與機殼二段出風口靠平衡盤側密封處的密封槽進行局部的結構尺寸更改，在該處設計一個鑲嵌環形結構的密封槽，然后用螺釘等分把合，調整好配合尺寸間隙，保證密封性和安裝工藝性要求。其鑲嵌密封槽結構如圖4所示。

圖4 改進方案2

3.方案3：對內機殼進行更換

對內機殼重新進行結構設計，重新選擇該處密封膠條規格，以保證該處的密封性和安裝的工藝性要求。

四、結論

經過上述對該機組所產生的原因分析及幾套整改方案的準備，經征求使用單位意見，同時考慮生產的運行情況，決定采用方案1對機組內機殼二段出風口靠近平衡盤側密封處進行改造。經過改造的內機殼回裝后，機組于2013年11月開車，經過近1年的使用，機組運轉正常。

[1]機械設計手冊[M].北京：機械工出版社.

[2]肖祥正,劉玉魁等.真空泵設計手冊[M].北京：國防工業出版社.

[3]景思睿,張明遠.流體力學[M].西安：西安交通大學出版社.

TH452

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1671-0711（2015）01-0055-03

2014-10-27）