介質含粉塵的立式壓縮機填料結構設計

張秋穎 王曉龍

摘 要：介質氣中含有粉塵，會造成密封環磨損嚴重，大大降低了密封環的使用壽命，設計了一種組合式的填料結構，通過三種不同形式的密封環組合并配合兩個漏氣回收和吹掃氣來解決顆粒粉塵磨損密封環問題。

關鍵詞：粉塵；磨損；非接觸；密封

中圖分類號：TH45 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）11-0053-02

0 概述

現階段壓縮機的應用市場十分廣泛，壓縮的介質氣種類繁多，很大部分的介質工況復雜惡劣，介質臟、含有有腐蝕性介質等情況，對壓縮機易損件的要求都極其苛刻。其中有一種情況就是介質氣中含有大量的顆粒狀粉塵，這些粉塵在壓縮機運行過程中會逐漸堆積在填料盒內，填充填料盒，影響密封環的運動，從而加快填料密封環的磨損。通常在清潔介質情況下可使用8000小時的密封環，在這種介質環境下一般只能使用2000～3000小時，粉塵含量越高、顆粒越大，使用時間越短。

立式壓縮機作為往復式壓縮機的一種形式，隨著設計、制造越來越成熟，并且有著比臥式壓縮機占地空間小的優勢，越來越多的應用于各種行業，此時解決立式壓縮機填料密封問題更加的迫在眉睫。

1 新型的填料結構

設計一種新型的立式填料結構，這種填料由三種密封環組、兩個漏氣回收和一個保護氣吹掃組成。三種密封環組：節流環組、主密封環組和雙向密封環組；兩種漏氣回收：高壓漏氣回收和低壓漏氣回收；一個保護氣。填料結構見圖1。

（1）節流環組：由于立式壓縮機活塞桿豎直運行的結構特點，節流環可采用一種非接觸式密封環來代替普通的節流環 （見圖2）。這種密封環不與活塞桿直接接觸，環內徑與桿之間設置間隙，通過多道環槽對高壓氣流起到節流作用。由于密封環與活塞桿之間留有一定的間隙，高壓氣流流過時可以將細小的粉塵顆粒通過間隙吹掃到高壓漏氣回收口，在介質氣和吹掃保護氣的共同作用下，粉塵、顆粒被帶入高壓漏氣管線，從而不會堆積在節流密封環處，磨損密封環。這種密封環有兩種形式：一種為一體式，這種密封環是整圈不分瓣的形式，可直接單獨使用，并且運行過程中不會因受沖擊力而出現密封環咧口的現象；另一種是分瓣式，這種密封環一般分兩瓣或三瓣，安裝時需要采用彈簧將各瓣密封環組合到一起，這種形式更加方便于填料的更換，不需要拆卸活塞桿就可以直接更換密封環。兩種形式都有優缺點，可根據使用的實際情況，來選擇采用哪種形式的密封環。

（2）主密封環組：主密封組環采用單向密封環組合，即只進行單側密封，設置在低壓和高壓漏氣回收之間，中間設有保護氣吹掃口，氣流向兩側吹掃。此處需要注意，主密封環組是用來密封吹掃氣的，因此密封環組的方向都要設置為密封吹掃氣的方向，即吹掃氣兩側的密封環組的方向是對稱的（見圖3）。根據壓縮機的介質壓力來設置密封環組的數量，需要注意的是，當壓縮的介質壓力較高時主密封環組的數量會比較多，如果此時壓縮機為無油設計，填料沒有潤滑，過多的主密封環組就會造成活塞桿摩擦溫度高，因此在設計填料時要在密封性和密封環摩擦溫度之前尋求平衡。

（3）雙向密封環：雙向密封環采用徑切環組合，由于閉式的立式壓縮機氣缸側隔室通常會充氮氣作為吹掃氣，因此填料外部會有一定的壓力，而在正常運行情況下，通過填料密封環的層層密封，到低壓漏氣回收處的氣體壓力會非常低，可能會出現隔室壓力高于填料低壓漏氣回收處壓力的情況，這時需要此時前后設置雙向密封，既可防止填料上部氣體向隔室泄漏，同時也能夠防止隔室氣體向填料內蔓延。

（4）高壓漏氣回收：在節流環和主密封環組之間設置一個漏氣回收口，可將大部分漏氣引出，減小主密封環的壓力，提高填料的密封性。由于非接觸式密封環主要起節流作用，密封性能相對較弱，因此高壓漏氣回收處的介質泄漏量會比普通密封環大一下，此時可將高壓漏氣回收引至一級入口，將介質氣循環使用，這樣就不必擔心介質氣損失。

（5）低壓漏氣回收：低壓漏氣回收為最后一道漏氣回收口，將不同情況下從填料上部或下部隔室泄漏的微量氣體引出，以阻隔上下氣體的接觸。正常情況下低壓漏氣回收處的壓力會比較低，一般為上部吹掃氣和介質氣的微漏或者是下部隔室保護氣的微漏，可直接引去火炬。

（6）保護氣吹掃：為了進一步的阻止介質氣的泄漏，在填料的中部主密封環組之間設置一個保護氣吹掃口向兩端進行吹掃。由于高壓漏氣回收到一級入口，因此吹掃氣的壓力要比一級入口壓力高，才能夠將泄漏的介質氣順利通過高壓漏氣回收口吹掃至一級入口。同時需要根據密封的介質壓力和保護氣的吹掃壓力來分配吹掃口兩側的密封環組的數量。

2 填料結構的應用及注意事項

這種填料結構雖然是針對于介質有含有粉塵的壓縮機進行設計的，但由于設計過程中結合了多種密封方式，更優于普通的填料結構，因此可以很廣泛的應用于各種介質的立式壓縮機。

這種填料結構在使用時需要注意，所說的介質氣中的顆粒狀粉塵，一般都是非常細小的，并不能直接使用在有大顆粒的介質環境，若顆粒過大很容易卡在非接觸式密封環與活塞桿的間隙中，在反復摩擦受熱的情況下可能會出現劃傷活塞桿的情況，這樣的介質任何一種密封環都不能承受。因此針對大顆粒粉塵的介質情況需要在壓縮機的入口安裝一個除塵過濾裝置來保護壓縮機。

同時這種填料結構不能使用在臥式壓縮機，由于臥式壓縮機活塞桿為水平放置，非接觸式密封環受重力作用，上側密封環一直在與活塞桿接觸，會造成偏磨，同時也失去了非接觸的意義。

參考文獻

[1] 郁永章.往復活塞壓縮機[M].西安交通大學能動學院.2006.

[2] 活塞壓縮機設計編寫小組.活塞壓縮機設計[M].北京：機械工業出版社，1974.

[3] （蘇）M.N.弗廉克爾，活塞壓縮機原理、結構與設計基礎[M].西安交通大學壓縮機教研組譯.北京：化學工業出版社，1960.