离心式压缩机密封工作原理与典型故障研究

李建明 张鹏

摘 要：科技的进步，使得离心压缩机技术得到迅猛发展和提高，这种技术在工业生产中发挥非常重要的作用。但是在实际使用过程中离心压缩机也会出现一些故障，从而影响其正常使用。因此，必须要采取有效的措施进行日益完善。文章首先介绍离心压缩机密封技术的相关知识，然后分析离心式压缩机干气密封工作故障，最后提出离心式压缩机的典型故障。

关键词：离心式压缩机；密封工作原理；典型故障

中图分类号：TH452 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）33-0050-02

Abstract： With the progress of science and technology， centrifugal compressor technology has been developed rapidly and improved. This technology plays a very important role in industrial production. However， in the actual use of centrifugal compressor， there will be some faults， which will affect its normal use. Therefore， we must take effective measures to improve it day by day. This paper first introduces the relevant knowledge of centrifugal compressor sealing technology， and then analyzes the centrifugal compressor dry gas seal working fault， finally proposes the typical fault of the centrifugal compressor.

Keywords： centrifugal compressor； working principle of seal； typical fault

1 概述離心压缩机密封技术的相关知识

当前，国内外石化行业广泛使用离心压缩机的各种气体。为了避免这些气体沿着压缩机旋转轴端部泄露到大气中，需要采用不同的轴端密封装置，以此维持主机的稳定运转。减少能源和物料的损耗，以防环境污染和确保设备安全及人身安全。离心压缩机所使用的密封有三种形式，分别是迷宫密封、机械密封和浮环密封。

1.1 迷宫密封

迷宫密封是依赖密封空腔中的动能耗散过程和节流间隙中的节流过程实现密封。这种密封的结构相对简单，辅助设备很少。一般情况下，可以允许压缩机内部的介质微量漏到大气中，并且仅仅适用于低压介质密封。首先，以空气为介质的离心式压缩机大多数采用通过节流而减少泄露的迷宫式密封，这是由于空气不仅是廉价的，而且是毫无危险的，其泄漏量直接影响能源的消耗。因此，迷宫密封的主要探究方向是如何增强节能功能以减少泄露量。合理利用强化节流效应来减少气体泄漏量的刷式密封，也可以作为改进型的迷宫密封。其次，压缩氮气等“中性”气体的压缩机也能够使用迷宫密封，但是因为其价值比空气高，所以在有些大型化肥厂中使用气膜螺旋槽密封，其最终目的是减少能源和物料的损耗。

1.2 机械密封

以往，迷宫密封和浮环被普遍采用，随着密封技术的迅速发展，机械密封和干气密封逐渐推广使用。离心式压缩机使用的传统的浮环密封正在逐渐被机械密封所代替，由于机械密封的泄漏率远远低于浮环密封，这不仅降低密封油的损耗，而且降低密封油对工艺回路造成的污染。机械密封的控制系统和润滑系统更加简单、操作更加安全可靠。虽然浮环密封的成本比机械密封的成本低，但是从技术经济特性角度来分析，其优越性是非常显著的。

这种类型的密封在低中压离心式压缩机行业之所以代替浮环密封，其原因体现在以下两个方面：其一，真正克服了浮环密封内部辅助系统复杂化和泄漏量较大的缺点。其二，在技术方面是相当成熟的，其安全可靠性和使用寿命不低于浮环密封的程度。相对于浮环密封，这种类型密封的内泄量逐渐降低。这样既降低密封油污染工艺回流的危险性，又减少污油回收设备的占地面积和重量。其次，这种类型密封的油气压差从浮环密封的1.05MPa提升到0.15MPa-0.30MPa，控制的可靠性提升，系统也变得简单化。与浮环密封相比，机械密封的密封本体投资较大，系统投资降低，设备总投资相差小，但是更加的安全和维护费用有所减少。

1.3 浮环密封

浮环密封属于液体密封的一种，其是从固定套筒式油封发展得来的。浮环是处于转轴上，而封油注入浮环密封腔后，沿浮环间隙向外浮环外侧和内浮环内侧泄露。因为转子长期处于高速旋转状态，流进浮环间隙内部的封油，在旋转轴的作用下形成具有较强承载能力的油膜、一方面。这种油膜将浮环抬起，使轴颈与浮环之间实现液体润滑，从而减少摩擦。另一方面，因为油膜充满整个浮环间隙，所以能够有效阻止气体介质向外侧泄露，从而发挥出密封的作用。浮环密封是离心式压缩机轴端密封的传统型式之一，至今在各种密封型式仍旧占据重要的地位。从其整个发展历史来看，该密封是代替迷宫式充气密封的新型密封。

2 离心式工作原理干气密封工作原理

2.1 离心式压缩机工作原理

离心式压缩机的主要作用是压缩气体，以此达到人们在工作中的某种需求的目的。工作中，离心压缩机通过其叶轮进行高速旋转，而且叶轮在旋转中会带动通管中的空气进行高速旋转，这样能够不断加速通道内部的空气旋转，通过气理性作用形成一种扩压器。通常，离心式压缩机的工作原理是通过其叶轮转动，再产生空气的推动力。在空气的作用下，将叶轮及扩压器产生的空气在流通通道内进行压缩，并且合理运用离心原则及降速原理等等，把离心机产生的机械性能转换为空气的压力功能。[4]此外，空气在扩压器的作用下日益压缩的过程中，会使得空气的流通速度迅速上升，从而造成通道底部空气加速度减少，而空气也会降低速度，后方的空气仍旧是不断前进和挤压的，这样就会让空气的动量势能转化为静态压能，最终达到压缩空气的目标。本文通过研究离心压缩机的轴系整体结构，如图1所示，维修检测人员在日后的实践工作中应该增强对压缩机组整体结构的检测与维修，保证压缩机设备的正常运行。

2.2 干气密封工作原理

典型的干气密封结果主要是由五个部分组成，分别是密封圈、旋转环、弹簧、弹簧座以及静环。旋转环密封面受到研磨抛光处理后，在其上面加工出具有特殊功能的流体动压槽。干气密封摩擦面的槽型中具有代表性的T型槽、单向螺旋等等，在实际使用中单向旋转槽型可以保证流体通畅运行。气膜具有較强的刚度，在强压下可以保持其最初的形态。处于这种情况下。其载荷轴承能力就可以在以往的基础上把瞬态工况，或者变动工况期间的长动态表明基础的风险减少到最小。一般来说，完善该性能的重点是螺旋槽的内泵动效应。在整个干气密封过程中，瞬态工况对离心式压缩机而言具有重要的意义，并且这项技术也是干气密封的关键。

3 离心式压缩机干气密封使用过程中的典型故障

离心式压缩机干气密封使用过程中会受到多种因素的影响，从而出现各种故障影响离心压缩机的稳定使用。因此，必须要及时采取有效的措施进行日益完善，将损失控制到最小化，实现提升企业经济效益的目标。

3.1 轴承温度过高

离心式压缩机工作中轴承具有较高的旋转速度，这样才可以达到压缩空气的目的。但是在高速旋转中往往会出现温度过高的情况，若不能在第一时间进行处理，就会影响空气压缩机的使用效果，严重的话会导致压缩机出现故障，不能正常使用。经过大量的实践证明，导致轴承过高的情况有四种：其一，压缩机运行过程中，有关维修人员没有做好有效的维护工作，轴承堵塞流量孔或者堵塞导致孔小，这样轴承进油量是相对较少的。在运行中出现较为严重的摩擦，这样就会使温度不断上升。其二，润滑油压较低，这样轴承就无法得到所有润滑油的润滑，进油量降低就会影响轴承的运转。其三，降低轴承温度使用适量的冷却剂，但是使用量，冷却效果是不显著的，从而出现温度升高的现象。其四，冷却剂或者润滑油质量不达标，使用中没有做好相应质检工作，导致其出现质量不合格的油或者掺杂水分等等。使用过程中二者不能充分发挥所有的作用，所以很难实现降低轴承温度的目标。

3.2 震动幅度异常

轴承在离心式压缩机运作中必须要做好固定处理，轴承运转中有其固定的振动频率，但是由于转速较快，所以很有可能会出现转轴速度较高的情况，对压缩机的正常工作造成直接影响。一般来说，产生原因有以下三点：其一，不利的压缩机安装过程，导致压缩机机组精准度不高，出现安装失误的情况，所以压缩机前后轴承出现较大的偏差；其二，转子大小及增速器出现变动，这是由于长期运转中二者的轴承出现严重的磨损，这样轴承运转中就会出现振动幅度较大的情况；其三，压缩机运转过程中，轴衬及轴颈之间的间隙过大，轴承转动中离心力就会对其造成较大的影响，二者出现碰撞，从而导致轴承出现显著的振动情况，在严重的情况下二者出现过大的磨损，从而造成压缩机在运转时发生异常。

3.3 气体冷却出入口温度过高

气体冷却出入口温度较高是离心式压缩机在运行中最常见的问题。因为在冷却装置中的冷却剂含量较低，使得离心式压缩机运作中由于温度较高发热，但是离心式压缩机无法在机械升温的过程中，达到良好的效果，导致气体冷却出入口温度较高。同时，气体冷却效果不理想，离心式压缩机在这种环境下运行，就会由于温度较高直接启动机械保护系统，切断其电源而停止运转。此外，影响气体冷却出入口温度较高的原因还包括冷却管之间松动、冷却管表面积累积的污垢等等。

4 结束语

总而言之，离心式压缩机是石油化工行业的不可缺少的设备。其自身的优势是非常明显的，不仅耐磨，抗腐蚀，而且使用寿命长，价格合理。但是这种类型的压缩机在使用一段时间后，也会出现各种故障。因此，必须要加强对离心式压缩机的检修和维护，来降低故障出现几率。

参考文献：

[1]杨艳，刘二斌，韩斌.离心式压缩机干气密封工作原理与典型故障研究[J].化工管理，2016（18）：192.

[2]王莉，李旭昆，祁金青，等.离心式压缩机干气密封工作原理与典型故障研究[J].中国高新技术企业，2016（08）：64-65.