劉光（guāng）清
（巴陵石化大成檢修安裝有限（xiàn）責任公司，湖南嶽陽 414000）
摘 要：通過對中國石化股份公司巴陵分公司己內（nèi）酰胺（àn）生產使用的進口多級離心式壓縮機軸封（fēng）狀況剖析，結合大（dà）修階段備件庫存狀況，通過大膽實踐，采用國產部件對該壓縮機組一、二、三級軸封實施國產（chǎn）化改造，從密封機理、材料選用、工藝狀況以及實際運行參數多方麵論證（zhèng）實施國產（chǎn）化改造的可行性與必要性。
關鍵（jiàn）詞：離心式壓縮機；迷宮密封；國產化
2006年3月15日，中國石化股份公司巴（bā）陵分公司化工片3年一次的大修開始了，檢修準備應（yīng）該是比較充分的，檢修前，維修人員對空氣壓縮機K6601機（jī）組的（de）狀況進行了詳細地了解，由於檢修前（qián）很短的時（shí）間內一級渦殼處曾出現一次漏油並導致局部著（zhe）火，當時大家在事（shì）故分析時（shí）就（jiù）指出：壓縮機的迷宮（gōng）式軸密封可能已經失效，必須進行檢查，必要時要求及時更換（huàn）。由於時間（jiān）緊，采購進口備件沒有充足的時間，在庫存又沒有的情況下必須（xū）走國產化道路。大修解體發現迷宮密封間隙嚴重超標，果斷實施（shī）了原（yuán）定（dìng）改造計（jì）劃。
1 迷宮密封的工作原理、密封機理與結構（gòu）
1.1 迷宮密封的工作原理
迷宮密封是在轉軸周圍設若幹個依次排列的環行密封（fēng）齒，齒與齒之間形成一（yī）係列截流間（jiān）隙與膨脹空腔，被密封介質（zhì）在通過曲折迷宮的間隙時產生節流效應（yīng）而達到阻漏的目的。
1.2 迷宮密封的應用（yòng）
由於迷（mí）宮密封的轉子（zǐ）和機殼間存在間隙，無固體接觸，毋（wú）須潤滑，並允（yǔn）許有（yǒu）熱膨脹，適應高溫、高壓、高轉速頻率的場合，這種（zhǒng）密封形式被廣泛用於汽輪機、燃汽輪機、壓縮機、鼓風機的軸（zhóu）端和的級間的（de）密封，其他的動密封的（de）前置（zhì）密封（fēng）。
1.3 迷宮密封的密封機理
流體通過迷宮產生阻力並使其流量（liàng）減少的機（jī）能（néng）稱（chēng）為“迷宮效應”。對液體有流體力學（xué）效應（yīng），其（qí）中包括磨阻效應、流束收縮效應；對氣體還有（yǒu）熱力學效應，即氣體（tǐ）在迷宮中因壓縮（suō）或者膨脹而產生的熱轉換；此外，還有“透氣（qì）效應”等。而（ér）迷宮效應則是這些效應的綜合反應，所以說，迷宮密封機理很複雜。
1.4 迷宮密封函的結構
迷宮密封函的結構是該壓縮機采用了直通型迷宮密封。
2 直通（tōng）型迷宮的特點
由於在軸表麵加（jiā）工溝槽或各種形狀（zhuàng）的齒要比孔內加工容易，因此常把（bǎ）孔加工成光滑麵，與帶槽或帶齒的軸組成迷宮（gōng），這就是直通型迷宮，因製（zhì）作方便，所以直通型迷宮應用Z廣。但是，直通型迷宮存在著（zhe）透氣現象，其泄漏（lòu）量大於理想迷宮的泄漏（lòu）量。
3 國產化迷宮密封的設計與選型
3.1 理想迷宮的泄（xiè）漏計算
理想迷宮的泄漏（lòu）計算（suàn）給定了下列幾（jǐ）個條（tiáo）件：（1）泄漏氣體是理想（xiǎng）氣體，不考慮（lǜ）焦爾- 湯姆遜（xùn）效應，即氣體的焓隻與（yǔ）溫度（dù）有關（guān）；（2）假設迷宮是連續的（de）多縫口組（zǔ）成的一個係列，兩縫口（kǒu）之間的膨脹室足夠大；（3）通過縫口的流動做絕熱循環膨脹，在（zài）這裏引用一個流（liú）量係數α；（4）通過縫口之後的流動速度能量在膨脹室內因（yīn）受等壓支配（pèi）而（ér）完全（quán）作恒溫恢複，所以（yǐ）在每一個縫口之前的速度漸（jiàn）近為0，即不發生透氣現象。
3.2 迷宮式氣體密封的間隙
除特殊情況外，一般氣輪機、燃氣輪（lún）機（jī）等葉輪機（jī）械都采用迷宮（gōng）式氣體密封。其徑向間隙應根據以（yǐ）下因素選取：軸承間隙，製造公差與裝（zhuāng）配（pèi）誤差，部件的變形（如鑄件收縮和失圓），轉子的撓度，以（yǐ）及通過臨界旋轉頻（pín）率時的振（zhèn）幅（fú），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，對啟動與停車時單個部件尺寸的變（biàn）化，以及部件的相（xiàng）對位移必（bì）須預先估算。可用靜（jìng）態和動態（tài）有限元算法出隨時間變（biàn）化的熱膨脹規律。該機組壓縮機軸密封間隙要求為0.1～0.13mm。
3.3 迷宮密封設計的（de）注（zhù）意點
總結（jié）迷宮密封設計中積累的經（jīng）驗，歸納起來有下列（liè）要點（diǎn）：
（1）盡量使氣流的動能（néng）轉化為熱能，而不（bú）使餘速進入下一個間隙。齒與齒之間應保持適當的距離，或用（yòng）高-低齒強製改變（biàn）氣流方向。齒間距一般為5～9mm。
（2）密封齒要做（zuò）得盡量薄，並（bìng）帶銳角（jiǎo）。齒（chǐ）尖厚度應小於0.5mm，運行中偶爾與軸相碰時，齒（chǐ）尖（jiān）先磨損而脫離（lí）接（jiē）觸，不致（zhì）因摩擦出現軸的局（jú）部過熱而造成事故。
（3）由（yóu）於迷宮密封泄漏量大，因此在密（mì）封易燃、易爆或有毒氣（qì）體時，要注意防止汙染環境。采用充氣式迷宮（gōng）密（mì）封，間隙（xì）內引入惰性（xìng）氣體，其壓力稍大於被密封氣體壓力；如果介質不允許混入空氣，則可采用抽氣式迷宮密封（fēng）。
3.4 密（mì）封（fēng）材料的性能要求
密（mì）封材料的（de）性能是保證有（yǒu）效密封（fēng）的重要（yào）因素，選擇密封材料，主要是根據密封元件的工作環境，如使（shǐ）用溫度、工作壓力、所使用（yòng）的工作介質以及運動方式等。對密封（fēng）材料的基本要求如下（xià）：（1）具有一定的力學性能，如拉伸強度、伸長率等；（2）彈性和硬度適當，壓縮永久變形小；（3）耐高溫和低溫（wēn），高溫下不分解、軟化，低溫下不硬（yìng）化；（4）與（yǔ）工作介質相適（shì）應，不產生溶脹、分解、硬化等；（5）耐（nài）氧性和耐老化性好，經久耐用；（6）耐磨損，不腐蝕金屬；（7）易於成形加工，價格低廉。
3.5 密封設計及選用的基本要（yào）求
機械（xiè）設（shè）備的泄漏，涉及到密封件的設計、生產、使用以及機械本身結構（gòu）各（gè）個環節，如配偶件的設計結構，產品加工、裝配質量等，因此需要運用係統分析的（de）觀點（diǎn）進行綜合分析，找出（chū）影（yǐng）響密封的各種因素。對（duì）密封設計或選用的基本要求有：（1）在一定的壓力和溫（wēn）度範圍內具有良好（hǎo）的密封性能；（2）與密封配合麵的摩擦阻（zǔ）力小，摩擦係數穩定；（3）磨損小，磨損後在一定程度上能自動補償，使用壽命（mìng）長；（4）與環境介質及工（gōng）作（zuò）介質相適（shì）應；（5）結構（gòu）簡單，拆裝方便，價（jià）格低廉。
3.6 密封設計常用的結構措施
（1）均壓：使密封部位內外（wài）側的壓力差均衡，如設置適當的通氣窗，在介質通道中加設小（xiǎo）型泵（bèng）送元（yuán）件，使（shǐ）密封的接觸壓力分布均勻等。
（2）疏導（dǎo）：在零部件上開設回油槽（cáo）、孔，開（kāi）設檔（dàng）油板（bǎn）等，將泄漏的流體引流回（huí）油池。
（3）增（zēng）加流動（dòng）阻（zǔ）力：如加長泄漏通道或流動路程以增加油液流動（dòng）阻（zǔ）力。
（4）封堵：應用密封技（jì）術封堵界麵泄漏通道，例如使用密封件、塗密（mì）封膠、塞繞密封帶進行密封，或將不動接合部位的表麵焊合、鉚（mǎo）合、壓合、折邊等封死泄漏通道。
（5）液膜阻（zǔ）隔：用提高設備動密封配合麵（miàn）間的精度及控製間隙等（děng）類方法，使其中（zhōng）保持有一層適當的潤滑膜，阻止或減少泄漏並（bìng）潤滑表麵。
（6）回流（liú）拋甩：采用回流結構密封（fēng），或在零（líng）件上增（zēng）設螺旋槽等回流措（cuò）施（shī）以（yǐ）及使用甩油環、甩油槽等將泄漏的油液拋甩（shuǎi）回油池。
（7）消振防腐：消（xiāo）除密封部位（wèi）的振動、衝擊；防止產生腐蝕。
（8）改用（yòng）潤滑脂或固體潤滑劑等潤滑。
3.7 正確選擇密封件的材質與品種依據（jù）
（1）工作條件：如壓力、速度、溫（wēn）度、對泄漏率的限製、密封件的工作壽命、與潤滑劑的相容性、環（huán）境介質（氣溫、氣壓、有無灰塵等）、摩擦狀況、磨損限（xiàn）製等。
（2）配偶件要求：如軸與配合件（jiàn）的幾何尺寸、表麵粗糙度、空間尺寸、間隙、偏心量、運動類型、潤滑膜狀況等。
（3）價格要求和經濟性：同（tóng）時要進行配（pèi）偶件的（de）相應設計（jì），如安裝密封件的溝（gōu）槽尺寸與精度、表麵粗糙度、軸偏（piān）心量、密封件的壓縮率等。
（4）密封件是通（tōng）用（yòng）的基礎元件，大多數類型產品的尺寸係列、公差、材質（zhì）以及安裝溝槽尺寸與公差及其（qí）設計計算準則均已標準化，在選用時可根據相應的國家或（huò）行業標準選擇。
在密封國產化階段，我們采用高錫巴（bā）氏合金（jīn）代替密封函內複合層，原複合層材料（liào）為德國銀，巴氏（shì）合金可簡單地分（fèn）為3種：高錫合金（jīn）、高鉛合金和（hé）中間合金（合金中錫和鉛均占有重要比例）。在（zài）所有這些合金係中，銻和銅均作為（wéi）重要的合金化元（yuán）素和硬化元素，而且其結構是由硬的、彌散於軟基質中的金屬（shǔ）間（jiān）化合物組（zǔ）成（chéng）。
4 密封國產化前後工（gōng）況對比
為了充（chōng）分了解軸封國產化前後狀況，查閱了2005年5月同期運行資（zī）料，並對比2010年5月運行工況資料，平均了工況參數如表1所示。
表1 平均（jun1）工況參數表
從表中看來，改（gǎi）後（hòu）的工藝狀況明顯好於2009年（nián）同期，特別（bié）是軸封後（hòu）的軸承溫度明顯下降在5℃左右，可以說，改造是非常（cháng）成功的。
5 結語（yǔ）
通過對（duì）巴陵石化己內酰胺生產使用的進口多級離心式壓（yā）縮機軸封狀（zhuàng）況剖析，結合（hé）大（dà）修階段（duàn）備件（jiàn）庫存狀況，通過大膽實踐，采用國產部件對該壓縮機組一、二、三（sān）級軸封實施國產化改造，本文從密封（fēng）機理、密封（fēng）材料選用、迷宮（gōng）式氣體密（mì）封的間隙、密封設計及選用的基本要求、密封國產化必要性與可行性、工藝狀況（kuàng）對比多方麵論證實（shí）施國產（chǎn）化改造的可（kě）行性與必要性。科學要有實踐試（shì）驗來證明，對該密封的國產（chǎn）化改造，我們隻是走出了步（bù），要在設備管理與維修技術方麵上台階，還需要（yào）嚴肅認真的工作（zuò）態度和有效的過程控製。
[參考文獻]
[1] K6601離心（xīn）式空氣壓縮機組（zǔ）說明書
[2] 徐灝（hào）.密封.北京：冶金工（gōng）業出版社，1998
[3] H 休戈布赫特.工業密封技術.北京：化學工業出版社，1988
來源：《機電信息》2010年18期
