等溫離心壓縮機可磨密封間隙測量技術及其裝配工藝改進

趙曉京 張敏 常歡慶*/西安陜鼓動力股份有限公司

等溫離心壓縮機可磨密封間隙測量技術及其裝配工藝改進

趙曉京 張敏 常歡慶*/西安陜鼓動力股份有限公司

0 引言

隨著企業的發展，企業對產品質量與工藝方法改進提出了更高的要求，然而在等溫離心壓縮機的裝配過程中，可磨密封的裝配一直沒有合理的工藝方法對可磨密封的間隙值進行測量，為此，本文筆者結合實際工作，通過科學的方法進行充分的分析論證和反復試驗驗證，找出了傳統工藝方法所沒有考慮的兩種影響可磨密封裝配精度的重要因素，即設計方面和加工方面的因素。通過數學推導得到一組數學公式，從而將傳統方法和這兩種因素聯系起來。

1 可磨密封結構與裝配工藝

等溫離心壓縮機中所采用的可磨密封結構如圖1所示，可磨密封座通過自身的定位結構固定在壓縮機的隔板上，轉子上鑲嵌著金屬的密封牙。

圖1 可磨密封結構示意圖

可磨密封座采用具有一定強度、硬度和耐溫性能的非金屬材料制作，密封性能好[1]，可以達到零泄漏，但不耐高溫、易磨損、壽命短和對溫度的適應性比較差。

裝配時，可磨密封的傳統裝配工藝如下[2]：

1）以兩端軸承箱油封孔和機殼隔板內孔為基準，通過假軸找正，并檢測軸承箱與各隔板的同軸度；

2）裝入軸承及轉子，以油封孔為基準，通過調整軸承瓦背高度，調整轉子與隔板的同軸度；

3）可磨密封座兩端安裝頂起彈簧后裝入機殼，并測量密封體與機殼的徑向定位面的原始間隙（見圖1）；

4）放入轉子，再次測量密封體與機殼徑向定位面的間隙值，比較放入轉子前后兩次所測間隙值的變化量，即為該密封體的冷裝負間隙值（見圖1）；

5）最后通過與上下同軸度的比較得出上下密封間隙值。

2 傳統裝配工藝分析

分析傳統裝配工藝，發現存在很多不足之處。

首先，傳統工藝未考慮零件設計上止口的配合間隙。在可磨密封設計上，可磨密封止口和隔板止口的配合允許間隙為0.016～0.148mm。在裝配過程中，由于彈簧的作用力，可磨密封止口和隔板止口的配合允許間隙被彈簧力壓合貼緊，此時設計上的間隙就反應成一部分總高h，如圖2中所示。在設計上，總高允許值為0.05mm～0.94mm（上述數據是根據查閱圖紙后經過裝配尺寸鏈計算得出）。此時若不考慮這一部分的變化量，可磨密封止口和隔板止口的配合允許間隙就轉化為忽略掉的負間隙誤差，造成一定的測量誤差。

圖2 可磨密封止口與隔板止口配合示意圖

其次，傳統工藝未考慮可磨密封在加工上的弧長誤差。目前可磨密封的加工工藝為整體加工，然后再切成四半，考慮刀具的切削寬度，為保證90°方向上的弧長總量，一副可磨密封只能切成三段，剩下的一段為廢料。所以從加工工藝角度，可磨密封的弧長總量也存在一定的誤差。在裝配時，這部分誤差在不修磨的情況下，通常轉化為一定的間隙變化量，這也是傳統工藝中的不足。

在未考慮上述兩種誤差的情況下，我們遵循傳統工藝一般會出現兩種情況：

1）可磨密封止口弧長總和小于隔板止口周長

此種情況下，可磨密封和隔板配合時，可磨密封中分面會出現相應的縫隙，造成可磨密封氣密效果不理想，該間隙值可近似表示為：

式中：δt為可磨密封和隔板配合為中分面間隙；h1為可磨密封止口總和；h2為隔板止口周長。

2）可磨密封止口弧長總和大于隔板止口周長

這種情況下，由于高出來的弧長總高在機殼扣合時受到擠壓造成可磨密封在直徑方向上的膨脹，從而使測量負間隙值比真實負間隙值大,造成間隙的測量不準確。該間隙值可近似表示為：

式中：δs為壓合機殼后的可磨密封弧長量擠壓帶來的可磨密封半徑方向上的增加量；h1為可磨密封止口總和；h2為隔板止口周長。

同時，由于擠壓形成直徑方向上的增量無法消除，可磨密封止口和隔板止口配合上存在一定的配合間隙，造成可磨密封無法有效的定位，從而使機組試車噪聲大，密封效果減弱[3]。

3 可磨密封間隙測量技術及其裝配工藝改進措施

為了消除上面的所舉影響可磨密封加工精度的因素，結合工作中的實際經驗，改進措施可以分為下面三個步驟：

第一，在可磨密封裝入彈簧的前提下(后面不特別說明均為此狀態)，不壓入轉子，測量可磨密封總高（保證下半或上半可磨密封垂直方向上結合面完全貼緊）。若總高為負，且負值過小影響風機氣密性能，則視為報廢。

第二，壓入轉子后測量可磨密封和密封牙之間的間隙[4]。此步驟分為兩種情況：

1）壓入轉子后可磨密封止口和隔板止口配合無間隙，測量可磨密封和密封牙之間的間隙。若可磨密封和密封牙之間無縫隙則間隙為0；若有縫隙則為正間隙，超出間隙規定值時視為報廢。查閱上一步驟中所測可磨密封總高，若總高為正值，且在合理的范圍內，此時只需修磨平整安裝即可，所測得正間隙值即為密封間隙值。此種情況下即使轉子轉動，密封牙也不會切入到可磨密封座內，但由于密封間隙值在合理的范圍內，并且很小，仍然能夠起到很好的密封作用；

2）壓入轉子后可磨密封止口和隔板止口配合有間隙，此時測量可磨密封止口和隔板止口處間隙δ1，如圖3所示。

圖3可磨密封止口和隔板止口的間隙圖

圖4 可磨密封止口和隔板止口的可變間隙圖

由于這種情況下可磨密封座并沒有完全與隔板的止口貼緊[5-6]，在轉子轉動后，密封牙切入可磨密封座，彈簧力會給可磨密封座施加一個力，促使可磨密封止口和隔板止口完全貼緊。這種情況下的可磨密封工作狀態的實際密封間隙可以表示為：

式中：δ為可磨密封工作狀態下的實際間隙；δ1為可磨密封止口和隔板止口處測量間隙；δ2為可磨密封止口和隔板止口的可變間隙，見圖4。

根據δ1和h的數值又分為兩種情況：

當h=0時，δ=δ1；

此時若δ超出規定可磨密封間隙值上限時，可以利用反算法給出總高h的修磨量來滿足質量要求。假定h超出上限，給定一個理想的間隙值Δδ，反算合理的總高為：

總高h的修磨量為：

當Δδ取可磨密封上限時，反算出的h0若大于h時，可磨密封報廢。

若δ超出規定可磨密封間隙值下限時，可以通過計算下限與理想的公差要求值Δδ之間的差值為依據，對轉子密封牙進行配車，來滿足對可磨密封間隙的要求。

第三，由于機殼扣合時，弧長總高在擠壓的情況下，形成直徑方向上的增量無法消除，從而使可磨密封止口和隔板止口配合上存在一定的配合間隙（包括零件設計造成的間隙允許量），造成可磨密封無法有效的定位，從而導致機組試車噪聲大，可磨密封效果減弱（此種方法是以可磨密封不報廢為前提）。

對于這種情況，可以在可磨密封和隔板配合的止口處加入相應厚度的鋼帶。具體加入厚度為：ζ=h/2π。

4 總結

本文對等溫離心壓縮機可磨密封的安裝和負間隙測量提出改進措施，為等溫離心壓縮機可磨密封的安裝提供了技術指導，確?？赡ッ芊庠诠ぷ鬟\轉過程中的負間隙滿足設計技術要求[7]，從而保證機組各級間的密封性能達到優良狀態。

[1]可磨密封與硬密封的區別，http://club.sealing.cn/ thread-31914-1-1.html

[2]吳士年，王希成，馬秀娟.風機裝配工藝問答[M].2006.

[3]API617-2002，石油、化學和氣體工業用軸流、離心壓縮機及膨脹機-壓縮機[S].

[4]黃志堅.機械設備振動故障檢測與診斷[M].化學工業出版社，2010.

[5]崔慶友，劉恒春，夏云飛，等.機械密封在煤氣鼓風機中的應用[J].風機技術，2012（1）：85-86.

[6]李燕坡，王吉鵬，曹彥恒，等.離心式壓縮機密封技術的應用綜述[J].風機技術，2011（6）：58-62.

[7]邱大偉，韓磊，崔蓮順.可磨式密封在離心壓縮機上的應用[J].風機技術，2013（6）：70-73.

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本文通過分析等溫離心壓縮機可磨密封結構與其傳統的裝配工藝，發現傳統裝配工藝未考慮零件設計上止口的配合間隙及可磨密封在加工上的弧長誤差，這會導致可磨密封止口弧長總和與隔板止口周長不一致，造成間隙的測量不準確。文中通過分析計算，找出間隙值與弧長的數學關系，并提出了可磨密封裝配工藝的改進措施。

可磨密封；密封負間隙；間隙測量；弧長；等溫離心壓縮機

Improvement of Soft Sealing Clearance Measurement Technology and Assembling Process in Isothermal Centrifugal Compressor

Zhao Xiaojing,Zhang Min,Chang Huanqing,Wang Guoliang/Xi’an ShaanGu Power Co.,Ltd.

structure of soft sealing; sealing negtive clearance measurement;arc length;isothermal centrifugal compressor

TH452；TK05

A

1006-8155（2015）01-0061-04

10.16492/j.fjjs.2015.01.105

*本文其他作者：王國亮/西安陜鼓動力股份有限公司

2014-07-07陜西西安710611

Abstract:Based on analyzing the structure of soft sealing measurement of isothermal centrifugal compressor and its traditional assembly process in this paper,it is found that the fit clearance of spigot in the design of parts and the arc length error in the processing of soft sealing is not considered in the traditional assembly process，which can result in the inconsistence of the sum of soft sealing spigot arc length with the diaphragm spigot circumference,and cause the clearance measurement inaccurate. Based on analysis and calculation in this paper,the mathematical relationship between the sealing clearance value and arc length is found out,and the improvement measures in soft sealing assembly process are pointed out.