介质含粉尘的立式压缩机填料结构设计
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摘 要：介质气中含有粉尘，会造成密封环磨损严重，大大降低了密封环的使用寿命，设计了一种组合式的填料结构，通过三种不同形式的密封环组合并配合两个漏气回收和吹扫气来解决颗粒粉尘磨损密封环问题。
关键词：粉尘；磨损；非接触；密封
中图分类号：TH45 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）11-0053-02
0 概述
现阶段压缩机的应用市场十分广泛，压缩的介质气种类繁多，很大部分的介质工况复杂恶劣，介质脏、含有有腐蚀性介质等情况，对压缩机易损件的要求都极其苛刻。其中有一种情况就是介质气中含有大量的颗粒状粉尘，这些粉尘在压缩机运行过程中会逐渐堆积在填料盒内，填充填料盒，影响密封环的运动，从而加快填料密封环的磨损。通常在清洁介质情况下可使用8000小时的密封环，在这种介质环境下一般只能使用2000～3000小时，粉尘含量越高、颗粒越大，使用时间越短。
立式压缩机作为往复式压缩机的一种形式，随着设计、制造越来越成熟，并且有着比卧式压缩机占地空间小的优势，越来越多的应用于各种行业，此时解决立式压缩机填料密封问题更加的迫在眉睫。
1 新型的填料结构
设计一种新型的立式填料结构，这种填料由三种密封环组、两个漏气回收和一个保护气吹扫组成。三种密封环组：节流环组、主密封环组和双向密封环组；两种漏气回收：高压漏气回收和低压漏气回收；一个保护气。填料结构见图1。
（1）节流环组：由于立式压缩机活塞杆竖直运行的结构特点，节流环可采用一种非接触式密封环来代替普通的节流环 （见图2）。这种密封环不与活塞杆直接接触，环内径与杆之间设置间隙，通过多道环槽对高压气流起到节流作用。由于密封环与活塞杆之间留有一定的间隙，高压气流流过时可以将细小的粉尘颗粒通过间隙吹扫到高压漏气回收口，在介质气和吹扫保护气的共同作用下，粉尘、颗粒被带入高压漏气管线，从而不会堆积在节流密封环处，磨损密封环。这种密封环有两种形式：一种为一体式，这种密封环是整圈不分瓣的形式，可直接单独使用，并且运行过程中不会因受冲击力而出现密封环咧口的现象；另一种是分瓣式，这种密封环一般分两瓣或三瓣，安装时需要采用弹簧将各瓣密封环组合到一起，这种形式更加方便于填料的更换，不需要拆卸活塞杆就可以直接更换密封环。两种形式都有优缺点，可根据使用的实际情况，来选择采用哪种形式的密封环。
（2）主密封环组：主密封组环采用单向密封环组合，即只进行单侧密封，设置在低压和高压漏气回收之间，中间设有保护气吹扫口，气流向两侧吹扫。此处需要注意，主密封环组是用来密封吹扫气的，因此密封环组的方向都要设置为密封吹扫气的方向，即吹扫气两侧的密封环组的方向是对称的（见图3）。根据压缩机的介质压力来设置密封环组的数量，需要注意的是，当压缩的介质压力较高时主密封环组的数量会比较多，如果此时压缩机为无油设计，填料没有润滑，过多的主密封環组就会造成活塞杆摩擦温度高，因此在设计填料时要在密封性和密封环摩擦温度之前寻求平衡。
（3）双向密封环：双向密封环采用径切环组合，由于闭式的立式压缩机气缸侧隔室通常会充氮气作为吹扫气，因此填料外部会有一定的压力，而在正常运行情况下，通过填料密封环的层层密封，到低压漏气回收处的气体压力会非常低，可能会出现隔室压力高于填料低压漏气回收处压力的情况，这时需要此时前后设置双向密封，既可防止填料上部气体向隔室泄漏，同时也能够防止隔室气体向填料内蔓延。
（4）高压漏气回收：在节流环和主密封环组之间设置一个漏气回收口，可将大部分漏气引出，减小主密封环的压力，提高填料的密封性。由于非接触式密封环主要起节流作用，密封性能相对较弱，因此高压漏气回收处的介质泄漏量会比普通密封环大一下，此时可将高压漏气回收引至一级入口，将介质气循环使用，这样就不必担心介质气损失。
（5）低压漏气回收：低压漏气回收为最后一道漏气回收口，将不同情况下从填料上部或下部隔室泄漏的微量气体引出，以阻隔上下气体的接触。正常情况下低压漏气回收处的压力会比较低，一般为上部吹扫气和介质气的微漏或者是下部隔室保护气的微漏，可直接引去火炬。
（6）保护气吹扫：为了进一步的阻止介质气的泄漏，在填料的中部主密封环组之间设置一个保护气吹扫口向两端进行吹扫。由于高压漏气回收到一级入口，因此吹扫气的压力要比一级入口压力高，才能够将泄漏的介质气顺利通过高压漏气回收口吹扫至一级入口。同时需要根据密封的介质压力和保护气的吹扫压力来分配吹扫口两侧的密封环组的数量。
2 填料结构的应用及注意事项
这种填料结构虽然是针对于介质有含有粉尘的压缩机进行设计的，但由于设计过程中结合了多种密封方式，更优于普通的填料结构，因此可以很广泛的应用于各种介质的立式压缩机。
这种填料结构在使用时需要注意，所说的介质气中的颗粒状粉尘，一般都是非常细小的，并不能直接使用在有大颗粒的介质环境，若颗粒过大很容易卡在非接触式密封环与活塞杆的间隙中，在反复摩擦受热的情况下可能会出现划伤活塞杆的情况，这样的介质任何一种密封环都不能承受。因此针对大颗粒粉尘的介质情况需要在压缩机的入口安装一个除尘过滤装置来保护压缩机。
同时这种填料结构不能使用在卧式压缩机，由于卧式压缩机活塞杆为水平放置，非接触式密封环受重力作用，上侧密封环一直在与活塞杆接触，会造成偏磨，同时也失去了非接触的意义。
参考文献
[1] 郁永章.往复活塞压缩机[M].西安交通大学能动学院.2006.
[2] 活塞压缩机设计编写小组.活塞压缩机设计[M].北京：机械工业出版社，1974.
[3] （苏）M.N.弗廉克尔，活塞压缩机原理、结构与设计基础[M].西安交通大学压缩机教研组译.北京：化学工业出版社，1960.
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