離心式壓縮機密封工作原理與典型故障研究

李建明 張鵬

摘 要：科技的進步，使得離心壓縮機技術得到迅猛發展和提高，這種技術在工業生產中發揮非常重要的作用。但是在實際使用過程中離心壓縮機也會出現一些故障，從而影響其正常使用。因此，必須要采取有效的措施進行日益完善。文章首先介紹離心壓縮機密封技術的相關知識，然后分析離心式壓縮機干氣密封工作故障，最后提出離心式壓縮機的典型故障。

關鍵詞：離心式壓縮機；密封工作原理；典型故障

中圖分類號：TH452 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）33-0050-02

Abstract： With the progress of science and technology， centrifugal compressor technology has been developed rapidly and improved. This technology plays a very important role in industrial production. However， in the actual use of centrifugal compressor， there will be some faults， which will affect its normal use. Therefore， we must take effective measures to improve it day by day. This paper first introduces the relevant knowledge of centrifugal compressor sealing technology， and then analyzes the centrifugal compressor dry gas seal working fault， finally proposes the typical fault of the centrifugal compressor.

Keywords： centrifugal compressor； working principle of seal； typical fault

1 概述離心壓縮機密封技術的相關知識

當前，國內外石化行業廣泛使用離心壓縮機的各種氣體。為了避免這些氣體沿著壓縮機旋轉軸端部泄露到大氣中，需要采用不同的軸端密封裝置，以此維持主機的穩定運轉。減少能源和物料的損耗，以防環境污染和確保設備安全及人身安全。離心壓縮機所使用的密封有三種形式，分別是迷宮密封、機械密封和浮環密封。

1.1 迷宮密封

迷宮密封是依賴密封空腔中的動能耗散過程和節流間隙中的節流過程實現密封。這種密封的結構相對簡單，輔助設備很少。一般情況下，可以允許壓縮機內部的介質微量漏到大氣中，并且僅僅適用于低壓介質密封。首先，以空氣為介質的離心式壓縮機大多數采用通過節流而減少泄露的迷宮式密封，這是由于空氣不僅是廉價的，而且是毫無危險的，其泄漏量直接影響能源的消耗。因此，迷宮密封的主要探究方向是如何增強節能功能以減少泄露量。合理利用強化節流效應來減少氣體泄漏量的刷式密封，也可以作為改進型的迷宮密封。其次，壓縮氮氣等“中性”氣體的壓縮機也能夠使用迷宮密封，但是因為其價值比空氣高，所以在有些大型化肥廠中使用氣膜螺旋槽密封，其最終目的是減少能源和物料的損耗。

1.2 機械密封

以往，迷宮密封和浮環被普遍采用，隨著密封技術的迅速發展，機械密封和干氣密封逐漸推廣使用。離心式壓縮機使用的傳統的浮環密封正在逐漸被機械密封所代替，由于機械密封的泄漏率遠遠低于浮環密封，這不僅降低密封油的損耗，而且降低密封油對工藝回路造成的污染。機械密封的控制系統和潤滑系統更加簡單、操作更加安全可靠。雖然浮環密封的成本比機械密封的成本低，但是從技術經濟特性角度來分析，其優越性是非常顯著的。

這種類型的密封在低中壓離心式壓縮機行業之所以代替浮環密封，其原因體現在以下兩個方面：其一，真正克服了浮環密封內部輔助系統復雜化和泄漏量較大的缺點。其二，在技術方面是相當成熟的，其安全可靠性和使用壽命不低于浮環密封的程度。相對于浮環密封，這種類型密封的內泄量逐漸降低。這樣既降低密封油污染工藝回流的危險性，又減少污油回收設備的占地面積和重量。其次，這種類型密封的油氣壓差從浮環密封的1.05MPa提升到0.15MPa-0.30MPa，控制的可靠性提升，系統也變得簡單化。與浮環密封相比，機械密封的密封本體投資較大，系統投資降低，設備總投資相差小，但是更加的安全和維護費用有所減少。

1.3 浮環密封

浮環密封屬于液體密封的一種，其是從固定套筒式油封發展得來的。浮環是處于轉軸上，而封油注入浮環密封腔后，沿浮環間隙向外浮環外側和內浮環內側泄露。因為轉子長期處于高速旋轉狀態，流進浮環間隙內部的封油，在旋轉軸的作用下形成具有較強承載能力的油膜、一方面。這種油膜將浮環抬起，使軸頸與浮環之間實現液體潤滑，從而減少摩擦。另一方面，因為油膜充滿整個浮環間隙，所以能夠有效阻止氣體介質向外側泄露，從而發揮出密封的作用。浮環密封是離心式壓縮機軸端密封的傳統型式之一，至今在各種密封型式仍舊占據重要的地位。從其整個發展歷史來看，該密封是代替迷宮式充氣密封的新型密封。

2 離心式工作原理干氣密封工作原理

2.1 離心式壓縮機工作原理

離心式壓縮機的主要作用是壓縮氣體，以此達到人們在工作中的某種需求的目的。工作中，離心壓縮機通過其葉輪進行高速旋轉，而且葉輪在旋轉中會帶動通管中的空氣進行高速旋轉，這樣能夠不斷加速通道內部的空氣旋轉，通過氣理性作用形成一種擴壓器。通常，離心式壓縮機的工作原理是通過其葉輪轉動，再產生空氣的推動力。在空氣的作用下，將葉輪及擴壓器產生的空氣在流通通道內進行壓縮，并且合理運用離心原則及降速原理等等，把離心機產生的機械性能轉換為空氣的壓力功能。[4]此外，空氣在擴壓器的作用下日益壓縮的過程中，會使得空氣的流通速度迅速上升，從而造成通道底部空氣加速度減少，而空氣也會降低速度，后方的空氣仍舊是不斷前進和擠壓的，這樣就會讓空氣的動量勢能轉化為靜態壓能，最終達到壓縮空氣的目標。本文通過研究離心壓縮機的軸系整體結構，如圖1所示，維修檢測人員在日后的實踐工作中應該增強對壓縮機組整體結構的檢測與維修，保證壓縮機設備的正常運行。

2.2 干氣密封工作原理

典型的干氣密封結果主要是由五個部分組成，分別是密封圈、旋轉環、彈簧、彈簧座以及靜環。旋轉環密封面受到研磨拋光處理后，在其上面加工出具有特殊功能的流體動壓槽。干氣密封摩擦面的槽型中具有代表性的T型槽、單向螺旋等等，在實際使用中單向旋轉槽型可以保證流體通暢運行。氣膜具有較強的剛度，在強壓下可以保持其最初的形態。處于這種情況下。其載荷軸承能力就可以在以往的基礎上把瞬態工況，或者變動工況期間的長動態表明基礎的風險減少到最小。一般來說，完善該性能的重點是螺旋槽的內泵動效應。在整個干氣密封過程中，瞬態工況對離心式壓縮機而言具有重要的意義，并且這項技術也是干氣密封的關鍵。

3 離心式壓縮機干氣密封使用過程中的典型故障

離心式壓縮機干氣密封使用過程中會受到多種因素的影響，從而出現各種故障影響離心壓縮機的穩定使用。因此，必須要及時采取有效的措施進行日益完善，將損失控制到最小化，實現提升企業經濟效益的目標。

3.1 軸承溫度過高

離心式壓縮機工作中軸承具有較高的旋轉速度，這樣才可以達到壓縮空氣的目的。但是在高速旋轉中往往會出現溫度過高的情況，若不能在第一時間進行處理，就會影響空氣壓縮機的使用效果，嚴重的話會導致壓縮機出現故障，不能正常使用。經過大量的實踐證明，導致軸承過高的情況有四種：其一，壓縮機運行過程中，有關維修人員沒有做好有效的維護工作，軸承堵塞流量孔或者堵塞導致孔小，這樣軸承進油量是相對較少的。在運行中出現較為嚴重的摩擦，這樣就會使溫度不斷上升。其二，潤滑油壓較低，這樣軸承就無法得到所有潤滑油的潤滑，進油量降低就會影響軸承的運轉。其三，降低軸承溫度使用適量的冷卻劑，但是使用量，冷卻效果是不顯著的，從而出現溫度升高的現象。其四，冷卻劑或者潤滑油質量不達標，使用中沒有做好相應質檢工作，導致其出現質量不合格的油或者摻雜水分等等。使用過程中二者不能充分發揮所有的作用，所以很難實現降低軸承溫度的目標。

3.2 震動幅度異常

軸承在離心式壓縮機運作中必須要做好固定處理，軸承運轉中有其固定的振動頻率，但是由于轉速較快，所以很有可能會出現轉軸速度較高的情況，對壓縮機的正常工作造成直接影響。一般來說，產生原因有以下三點：其一，不利的壓縮機安裝過程，導致壓縮機機組精準度不高，出現安裝失誤的情況，所以壓縮機前后軸承出現較大的偏差；其二，轉子大小及增速器出現變動，這是由于長期運轉中二者的軸承出現嚴重的磨損，這樣軸承運轉中就會出現振動幅度較大的情況；其三，壓縮機運轉過程中，軸襯及軸頸之間的間隙過大，軸承轉動中離心力就會對其造成較大的影響，二者出現碰撞，從而導致軸承出現顯著的振動情況，在嚴重的情況下二者出現過大的磨損，從而造成壓縮機在運轉時發生異常。

3.3 氣體冷卻出入口溫度過高

氣體冷卻出入口溫度較高是離心式壓縮機在運行中最常見的問題。因為在冷卻裝置中的冷卻劑含量較低，使得離心式壓縮機運作中由于溫度較高發熱，但是離心式壓縮機無法在機械升溫的過程中，達到良好的效果，導致氣體冷卻出入口溫度較高。同時，氣體冷卻效果不理想，離心式壓縮機在這種環境下運行，就會由于溫度較高直接啟動機械保護系統，切斷其電源而停止運轉。此外，影響氣體冷卻出入口溫度較高的原因還包括冷卻管之間松動、冷卻管表面積累積的污垢等等。

4 結束語

總而言之，離心式壓縮機是石油化工行業的不可缺少的設備。其自身的優勢是非常明顯的，不僅耐磨，抗腐蝕，而且使用壽命長，價格合理。但是這種類型的壓縮機在使用一段時間后，也會出現各種故障。因此，必須要加強對離心式壓縮機的檢修和維護，來降低故障出現幾率。

參考文獻：

[1]楊艷，劉二斌，韓斌.離心式壓縮機干氣密封工作原理與典型故障研究[J].化工管理，2016（18）：192.

[2]王莉，李旭昆，祁金青，等.離心式壓縮機干氣密封工作原理與典型故障研究[J].中國高新技術企業，2016（08）：64-65.