離心壓縮機法蘭平面使用密封膠的可行性研究

羅夢珠

摘要：離心壓縮機設計時，通常法蘭面之間的密封都采用O形圈密封。開發組從成本、質量、人機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形圈的設計方案。使用價值工程的分析方法，分析了平面密封膠實施存在的問題，為企業降低成本，提高效率做出貢獻，也給設計人員一些啟發。

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.

關鍵詞：法蘭;O形圈;密封膠;離心壓縮機;價值工程

0? 引言

設計離心壓縮機時，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，企業為了降低產品制造成本，提升企業運營效率。公司通過價值工程的方法，尋找降低產品成本的機會。采用平面密封膠代替O形圈密封在內燃機行業已經很成熟，本文通過對比膠密封與O形圈密封的區別，提出在離心壓縮機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

法蘭密封是設備連接常用的結構形式，法蘭結構根據使用工況情況，外形各異。影響法蘭密封效果除了法蘭本身的結構，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。離心壓縮機自發明之后，法蘭密封一般采用O形圈密封。

1.1 O形圈密封? 離心壓縮機設計時，零件密封方式通常選擇O形圈密封，O形圈密封結構相對簡單、容易加工、技術成熟，安裝方便，使用范圍廣，開發人員可參照選型的方案比較多，密封驗證計劃詳細，使用風險低。在運用過程中O形圈密封存在的問題主要是壓縮機泄漏，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? 在裝備制造領域，自平面密封膠“問世”之后，在汽車行業得到廣泛的運用與普及，特別是汽車發動機、變速箱等殼體零件，使用膠密封的制造工藝非常成熟。國內在70年代首先運用膠密封是內燃機行業，主要使用螺紋緊固膠與平面密封膠[3]。膠密封成為設備防漏、防松、快速維修的秘密武器[4]。膠密封設計簡單，零件密封面機加工要求低，設計相關零件少，制造工藝容易。隨著膠密封技術的成熟與推廣，各行各業在設計密封時，膠密封成為了開發人員優先選擇的密封方式之一。

2? 膠密封的價值分析

當前離心壓縮機采用O形圈密封，根據價值工程的分析方法，假設使用膠密封代替O形圈密封，首先可以消除O形圈物料維護，采購物料種類減少。其次，減少鑄件溝槽的機加工;減少生產線裝配時間，提升制造效率;消除質量風險，提高產品的一次通過率。最重要是采用膠密封可以使用壓縮機現場維修更加簡單，減少大量的三包成本。

2.1 成本價值? 根據價值工程的方法，價值=功能/成本。離心壓縮機采用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，物料的采購成本會降低很多，其價值自然就會提升。

離心壓縮機外殼主要包括蝸殼、電機定子箱、級間罩殼、導葉室等，根據葉輪壓縮的段數不同，級間罩殼的數量也不一樣。外殼之間的密封使用O形圈密封，不同外殼之間O形圈規格不一樣，離心壓縮機主要結構如圖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，結構比O形圈密封更加簡單，兩種密封方式的結構對比如表1所示。

由表1可知，膠密封結沒有密封溝槽，并且密封面精度相對較低。使用O形圈密封每臺離心壓縮機的需用到5～7根O形圈，每臺壓縮機O形圈采購成本為1100～1600元，采用膠密封的成本每臺60～100元，單臺壓縮機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外殼機加工、質量檢測、零件表面精度要求、刀具成本、安裝工藝輔料等方面的工作，其成本結構如表2所示。

假設企業離心壓縮機全年產量為1500臺套/年，使用膠密封代替O形圈密封可以每年為企業節約直接與間接成本總計300萬人民幣左右。從運營成本的角度，膠密封代替O形圈密封是可行的。

2.2 質量改善? 離心壓縮機在制造過程中，常見的失效模式就是泄漏。根據過往5年的質量數據，排在前幾位質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、壓縮形變、壓緊力、機加工表精度、密封面清潔度等都有可能影響壓縮機泄漏。使用膠密封代替O形圈，泄漏發生的根本原因就是膠沒有完全固化，固化機械性能不達標。只要膠的固化強度達到設計要求，可以從根本上解決離心壓縮機泄漏的問題。密封膠的使用除了對制造過程質量有很大的貢獻;同時在三包期，對質量貢獻也很大。使用O形圈密封，如果壓縮機發生泄漏，造成冷媒泄漏，需回收冷媒拆開壓縮機更換O形圈，壓縮機返修的成本很高。膠密封填充間隙大、螺栓扭矩要求低、對零件表面要求低，可以實現泄漏點單獨圍堵，無需拆開壓縮機，客戶端返修容易。維修工程師不用擔心O形圈缺料，影響維修工期的問題。從質量改善的角度，使用膠密封代替O形圈密封是可行的。

2.3 人機工程改善? 對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、擦試等動作。人員操作安全風險更低，操作人員的動作更加簡單，人機工程評審更加優化。從人機工程的角度，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形圈密封有很多優勢，在改善之前除了要完成必要的檢測驗證，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在制造過程中不會發生泄漏。

3.1 介質兼容性問題? 在壓縮機制造行業，任何一種介質的使用都要通過介質與冷媒的兼容性試驗。離心壓縮機通常可以使用多種冷媒，密封膠需要同時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，在汽車空調領域有著廣泛的運用案例，其固化后機械性能優良，代替O形圈樣機驗證合格。對于常用冷媒供應商能直接提供兼容性報告，我司只要完成特定冷媒的兼容性報告即可，根據第三方的兼容性報告，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? 實驗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，離心壓縮機外殼之間容易產生泄漏，特別當壓縮機安裝到空調主機上時，吸氣彎管焊接、冷媒管焊接、吊裝作業等都會影響膠的密封性能，在主機處發現壓縮機泄漏，返修的工作量會造成成本浪費。

通過大量離心壓縮機泄漏數據分析，在以下情況下，離心壓縮機容易發生泄漏。

①離心壓縮機在環境溫度低于5℃時，容易發生泄漏。②零件表面清潔度不良時，容易發生泄漏。③外殼表面粗糙度高于Ra1.6時，容易發生泄漏。④壓縮機空載試車完成直接安裝到空調主機上，容易發生泄漏。

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

①離心壓縮機外殼表面粗糙度為Ra3.2。

②對于環境溫度，在低溫的冬季或是春季，離心壓縮機裝配環境溫度保證大于20℃，成品存放區域溫度保證大于5℃。

③壓縮機空載試車完成之后，需在成品區域放置6h以上。

④對于零件清潔度要求，表面清潔度小于30RFU（相對熒光單位）。

離心壓縮機膠密封泄漏是多因子共同影響的結果，除了以上措施可以提升壓縮機泄漏的一次通過率，人員的操作行為也很重要，對于個人操作步驟、密封膠涂的寬度都有標準化，確保離心壓縮機在實際制造過程中，壓縮機泄漏的一次通過率保持目標值大于99.5%。壓縮機安裝主機上無泄漏，100%合格。

4? 結論

本文主要研究膠密封代替O形圈密封的可行性，通過對比兩種密封方式的結構、成本、功能、質量、人機工程等幾個方面，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計的前提條件，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形圈密封整個價值工程的循環，證明在離心壓縮機制造領域膠密封代替O形圈密封的可行性，也給設計開發人員一些啟發。

參考文獻：

[1]吳宗澤主編.機械設計實用手冊（第三版）[M].化學工業出版社出版，2010.

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

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

[4]鄭云波.樂泰密封粘接技術在大型壓力機制造中的應用[J].制造技術與機床，2003 （05）：49-50.