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ATLAS離心式壓縮機(jī)迷宮密封國(guó)產(chǎn)化改造

2013-08-21

劉光清
（巴陵石化大成檢修安裝有限責(zé)任公司，湖南岳陽(yáng)　414000）
　　摘　要：通過對(duì)中國(guó)石化股份公司巴陵分公司己內(nèi)酰胺生產(chǎn)使用的進(jìn)口多級(jí)離心式壓縮機(jī)軸封狀況剖析，結(jié)合大修階段備件庫(kù)存狀況，通過大膽實(shí)踐，采用國(guó)產(chǎn)部件對(duì)該壓縮機(jī)組一、二、三級(jí)軸封實(shí)施國(guó)產(chǎn)化改造，從密封機(jī)理、材料選用、工藝狀況以及實(shí)際運(yùn)行參數(shù)多方面論證實(shí)施國(guó)產(chǎn)化改造的可行性與必要性。
　　關(guān)鍵詞：離心式壓縮機(jī)；迷宮密封；國(guó)產(chǎn)化
　　2006年3月15日，中國(guó)石化股份公司巴陵分公司化工片3年一次的大修開始了，檢修準(zhǔn)備應(yīng)該是比較充分的，檢修前，維修人員對(duì)空氣壓縮機(jī)K6601機(jī)組的狀況進(jìn)行了詳細(xì)地了解，由于檢修前很短的時(shí)間內(nèi)一級(jí)渦殼處曾出現(xiàn)一次漏油并導(dǎo)致局部著火，當(dāng)時(shí)大家在事故分析時(shí)就指出：壓縮機(jī)的迷宮式軸密封可能已經(jīng)失效，必須進(jìn)行檢查，必要時(shí)要求及時(shí)更換。由于時(shí)間緊，采購(gòu)進(jìn)口備件沒有充足的時(shí)間，在庫(kù)存又沒有的情況下必須走國(guó)產(chǎn)化道路。大修解體發(fā)現(xiàn)迷宮密封間隙嚴(yán)重超標(biāo)，果斷實(shí)施了原定改造計(jì)劃。
　　1　迷宮密封的工作原理、密封機(jī)理與結(jié)構(gòu)
　　1.1 迷宮密封的工作原理
　　迷宮密封是在轉(zhuǎn)軸周圍設(shè)若干個(gè)依次排列的環(huán)行密封齒，齒與齒之間形成一系列截流間隙與膨脹空腔，被密封介質(zhì)在通過曲折迷宮的間隙時(shí)產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)而達(dá)到阻漏的目的。
　　1.2 迷宮密封的應(yīng)用
　　由于迷宮密封的轉(zhuǎn)子和機(jī)殼間存在間隙，無固體接觸，毋須潤(rùn)滑，并允許有熱膨脹，適應(yīng)高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速頻率的場(chǎng)合，這種密封形式被廣泛用于汽輪機(jī)、燃汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)的軸端和的級(jí)間的密封，其他的動(dòng)密封的前置密封。
　　1.3 迷宮密封的密封機(jī)理
　　流體通過迷宮產(chǎn)生阻力并使其流量減少的機(jī)能稱為“迷宮效應(yīng)”。對(duì)液體有流體力學(xué)效應(yīng)，其中包括磨阻效應(yīng)、流束收縮效應(yīng)；對(duì)氣體還有熱力學(xué)效應(yīng)，即氣體在迷宮中因壓縮或者膨脹而產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)換；此外，還有“透氣效應(yīng)”等。而迷宮效應(yīng)則是這些效應(yīng)的綜合反應(yīng)，所以說，迷宮密封機(jī)理很復(fù)雜。
　　1.4 迷宮密封函的結(jié)構(gòu)
　　迷宮密封函的結(jié)構(gòu)是該壓縮機(jī)采用了直通型迷宮密封。
　　2　直通型迷宮的特點(diǎn)
　　由于在軸表面加工溝槽或各種形狀的齒要比孔內(nèi)加工容易，因此常把孔加工成光滑面，與帶槽或帶齒的軸組成迷宮，這就是直通型迷宮，因制作方便，所以直通型迷宮應(yīng)用Z廣。但是，直通型迷宮存在著透氣現(xiàn)象，其泄漏量大于理想迷宮的泄漏量。
　　3　國(guó)產(chǎn)化迷宮密封的設(shè)計(jì)與選型
　　3.1 理想迷宮的泄漏計(jì)算
　　理想迷宮的泄漏計(jì)算給定了下列幾個(gè)條件：（1）泄漏氣體是理想氣體，不考慮焦?fàn)? 湯姆遜效應(yīng)，即氣體的焓只與溫度有關(guān)；（2）假設(shè)迷宮是連續(xù)的多縫口組成的一個(gè)系列，兩縫口之間的膨脹室足夠大；（3）通過縫口的流動(dòng)做絕熱循環(huán)膨脹，在這里引用一個(gè)流量系數(shù)α；（4）通過縫口之后的流動(dòng)速度能量在膨脹室內(nèi)因受等壓支配而完全作恒溫恢復(fù)，所以在每一個(gè)縫口之前的速度漸近為0，即不發(fā)生透氣現(xiàn)象。
　　3.2 迷宮式氣體密封的間隙
　　除特殊情況外，一般氣輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等葉輪機(jī)械都采用迷宮式氣體密封。其徑向間隙應(yīng)根據(jù)以下因素選取：軸承間隙，制造公差與裝配誤差，部件的變形（如鑄件收縮和失圓），轉(zhuǎn)子的撓度，以及通過臨界旋轉(zhuǎn)頻率時(shí)的振幅，熱膨脹以及由此引起的變形等。在多種情況下，熱膨脹的影響Z突出。因此，對(duì)啟動(dòng)與停車時(shí)單個(gè)部件尺寸的變化，以及部件的相對(duì)位移必須預(yù)先估算?？捎渺o態(tài)和動(dòng)態(tài)有限元算法出隨時(shí)間變化的熱膨脹規(guī)律。該機(jī)組壓縮機(jī)軸密封間隙要求為0.1～0.13mm。
　　3.3 迷宮密封設(shè)計(jì)的注意點(diǎn)
　　總結(jié)迷宮密封設(shè)計(jì)中積累的經(jīng)驗(yàn)，歸納起來有下列要點(diǎn)：
　　（1）盡量使氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，而不使余速進(jìn)入下一個(gè)間隙。齒與齒之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)木嚯x，或用高-低齒強(qiáng)制改變氣流方向。齒間距一般為5～9mm。
　?。?）密封齒要做得盡量薄，并帶銳角。齒尖厚度應(yīng)小于0.5mm，運(yùn)行中偶爾與軸相碰時(shí)，齒尖先磨損而脫離接觸，不致因摩擦出現(xiàn)軸的局部過熱而造成事故。
　?。?）由于迷宮密封泄漏量大，因此在密封易燃、易爆或有毒氣體時(shí)，要注意防止污染環(huán)境。采用充氣式迷宮密封，間隙內(nèi)引入惰性氣體，其壓力稍大于被密封氣體壓力；如果介質(zhì)不允許混入空氣，則可采用抽氣式迷宮密封。
　　3.4 密封材料的性能要求
　　密封材料的性能是保證有效密封的重要因素，選擇密封材料，主要是根據(jù)密封元件的工作環(huán)境，如使用溫度、工作壓力、所使用的工作介質(zhì)以及運(yùn)動(dòng)方式等。對(duì)密封材料的基本要求如下：（1）具有一定的力學(xué)性能，如拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等；（2）彈性和硬度適當(dāng)，壓縮永久變形??；（3）耐高溫和低溫，高溫下不分解、軟化，低溫下不硬化；（4）與工作介質(zhì)相適應(yīng)，不產(chǎn)生溶脹、分解、硬化等；（5）耐氧性和耐老化性好，經(jīng)久耐用；（6）耐磨損，不腐蝕金屬；（7）易于成形加工，價(jià)格低廉。
　　3.5 密封設(shè)計(jì)及選用的基本要求
　　機(jī)械設(shè)備的泄漏，涉及到密封件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用以及機(jī)械本身結(jié)構(gòu)各個(gè)環(huán)節(jié)，如配偶件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品加工、裝配質(zhì)量等，因此需要運(yùn)用系統(tǒng)分析的觀點(diǎn)進(jìn)行綜合分析，找出影響密封的各種因素。對(duì)密封設(shè)計(jì)或選用的基本要求有：（1）在一定的壓力和溫度范圍內(nèi)具有良好的密封性能；（2）與密封配合面的摩擦阻力小，摩擦系數(shù)穩(wěn)定；（3）磨損小，磨損后在一定程度上能自動(dòng)補(bǔ)償，使用壽命長(zhǎng)；（4）與環(huán)境介質(zhì)及工作介質(zhì)相適應(yīng)；（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，價(jià)格低廉。
　　3.6 密封設(shè)計(jì)常用的結(jié)構(gòu)措施
　?。?）均壓：使密封部位內(nèi)外側(cè)的壓力差均衡，如設(shè)置適當(dāng)?shù)耐獯?，在介質(zhì)通道中加設(shè)小型泵送元件，使密封的接觸壓力分布均勻等。
　?。?）疏導(dǎo)：在零部件上開設(shè)回油槽、孔，開設(shè)檔油板等，將泄漏的流體引流回油池。
　?。?）增加流動(dòng)阻力：如加長(zhǎng)泄漏通道或流動(dòng)路程以增加油液流動(dòng)阻力。
　　（4）封堵：應(yīng)用密封技術(shù)封堵界面泄漏通道，例如使用密封件、涂密封膠、塞繞密封帶進(jìn)行密封，或?qū)⒉粍?dòng)接合部位的表面焊合、鉚合、壓合、折邊等封死泄漏通道。
　　（5）液膜阻隔：用提高設(shè)備動(dòng)密封配合面間的精度及控制間隙等類方法，使其中保持有一層適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑膜，阻止或減少泄漏并潤(rùn)滑表面。
　?。?）回流拋甩：采用回流結(jié)構(gòu)密封，或在零件上增設(shè)螺旋槽等回流措施以及使用甩油環(huán)、甩油槽等將泄漏的油液拋甩回油池。
　?。?）消振防腐：消除密封部位的振動(dòng)、沖擊；防止產(chǎn)生腐蝕。
　?。?）改用潤(rùn)滑脂或固體潤(rùn)滑劑等潤(rùn)滑。
　　3.7 正確選擇密封件的材質(zhì)與品種依據(jù)
　?。?）工作條件：如壓力、速度、溫度、對(duì)泄漏率的限制、密封件的工作壽命、與潤(rùn)滑劑的相容性、環(huán)境介質(zhì)（氣溫、氣壓、有無灰塵等）、摩擦狀況、磨損限制等。
　?。?）配偶件要求：如軸與配合件的幾何尺寸、表面粗糙度、空間尺寸、間隙、偏心量、運(yùn)動(dòng)類型、潤(rùn)滑膜狀況等。
　?。?）價(jià)格要求和經(jīng)濟(jì)性：同時(shí)要進(jìn)行配偶件的相應(yīng)設(shè)計(jì)，如安裝密封件的溝槽尺寸與精度、表面粗糙度、軸偏心量、密封件的壓縮率等。
　?。?）密封件是通用的基礎(chǔ)元件，大多數(shù)類型產(chǎn)品的尺寸系列、公差、材質(zhì)以及安裝溝槽尺寸與公差及其設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則均已標(biāo)準(zhǔn)化，在選用時(shí)可根據(jù)相應(yīng)的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選擇。
　　在密封國(guó)產(chǎn)化階段，我們采用高錫巴氏合金代替密封函內(nèi)復(fù)合層，原復(fù)合層材料為德國(guó)銀，巴氏合金可簡(jiǎn)單地分為3種：高錫合金、高鉛合金和中間合金（合金中錫和鉛均占有重要比例）。在所有這些合金系中，銻和銅均作為重要的合金化元素和硬化元素，而且其結(jié)構(gòu)是由硬的、彌散于軟基質(zhì)中的金屬間化合物組成。
　　4　密封國(guó)產(chǎn)化前后工況對(duì)比
　　為了充分了解軸封國(guó)產(chǎn)化前后狀況，查閱了2005年5月同期運(yùn)行資料，并對(duì)比2010年5月運(yùn)行工況資料，平均了工況參數(shù)如表1所示。
表1 平均工況參數(shù)表
　　從表中看來，改后的工藝狀況明顯好于2009年同期，特別是軸封后的軸承溫度明顯下降在5℃左右，可以說，改造是非常成功的。
　　5　結(jié)語
　　通過對(duì)巴陵石化己內(nèi)酰胺生產(chǎn)使用的進(jìn)口多級(jí)離心式壓縮機(jī)軸封狀況剖析，結(jié)合大修階段備件庫(kù)存狀況，通過大膽實(shí)踐，采用國(guó)產(chǎn)部件對(duì)該壓縮機(jī)組一、二、三級(jí)軸封實(shí)施國(guó)產(chǎn)化改造，本文從密封機(jī)理、密封材料選用、迷宮式氣體密封的間隙、密封設(shè)計(jì)及選用的基本要求、密封國(guó)產(chǎn)化必要性與可行性、工藝狀況對(duì)比多方面論證實(shí)施國(guó)產(chǎn)化改造的可行性與必要性?？茖W(xué)要有實(shí)踐試驗(yàn)來證明，對(duì)該密封的國(guó)產(chǎn)化改造，我們只是走出了步，要在設(shè)備管理與維修技術(shù)方面上臺(tái)階，還需要嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度和有效的過程控制。
　　[參考文獻(xiàn)]
　　[1] K6601離心式空氣壓縮機(jī)組說明書
　　[2] 徐灝.密封.北京：冶金工業(yè)出版社，1998
　　[3] H 休戈布赫特.工業(yè)密封技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1988
來源：《機(jī)電信息》2010年18期