往复式压缩机常用填料密封环工作原理

浅谈往复式压缩机常用填料密封环工作原理

贺尔碧格（上海）有限公司密封件技术部陈华风

关键字：往复式压缩机填料密封环动密封静密封

一、前言

往复式压缩机填料密封环的作用是防止气缸中的高压气体沿着活塞杆方向泄漏，它是压缩机中最重要的零部件之一，也是压缩机最主要的外泄漏途径之一。通常情况下，我们常说的填料密封环是一种动密封环，即只有在压缩机工作时才起密封作用（一般的压力工况），而压缩机停机时或者其他特殊情况下，它并不能起密封作用。而在后者情况下起密封作用的密封环，我们通常称为静密封环。

二、填料密封环的工作原理

这里的动密封指作用到填料密封环上的压力随着活塞的往复运动而成明显的周期变化，也即压力为脉动压力，如通常的双作用气缸，这种脉动变化的压力是填料密封环密封气体所必需的。为了便于说明，下面以最常用的填料密封环（如下图（一））来解释实际的工作原理，该环由一片径向切口环和一片切向切口环组成，为典型的单作用环。切向环径向环填料密封环：图（一）常用的填料密封环图（二）气缸工作状态如上图（二）所示，状态一为所需密封的工作气缸端被压缩时，填料密封环由于受气体力的作用靠向低压侧，气体从填料密封环与填料盒杯槽之间的轴向间隙和径向环的切口间隙中进入填料的外侧，在气体力的作用下形成三个密封面：径向环与切向环切口错开形成密封面、切向环与活塞杆表面形成密封面、切向环与杯槽侧面形成密封面。这样就阻止了气体的泄漏，从而起到密封作用；当气缸吸气时（如图（二）状态二），气体通过径向环的切口间隙部分回流进气缸。在压缩机的往复运行周期内：在压缩阶段，气缸内的高压气体作用在填料密封环上，在填料密封环前后形成压差，各密封面在气体压差的作用下能够很好的工作，气体逐步泄漏到随后的填料杯槽里并形成类似的密封形式，最终保证整个填料盒的密封效果；在吸气阶段，由于气体通过填料密封环组中径向环的切口回流到气缸，填料杯槽内的气体压力逐渐下降，因此这样就可以保证在下一个压缩过程中，填料密封环的前后又能建立起新的压差，使填料密封环形成三个密封面，起到密封作用。因此，常用的填料密封环我们又可以称为动密封填料密封环，即在一定的压差下，填料密封环在气体力的作用下形成密封面，起到密封作用，这里的压差指的是：作用在每一组填料密封环组上的动压力产生的压差，而非静压力产生的压差。而对于静压力产生的压差即静压差则可以解释如下（压缩机非工作腔如平衡腔等类似的压力形成的压差、停机时的压差等）：以上图（二）为例，当密封压力为静压差工况下，刚开始工作时静压力形成静压差使填料密封环向右侧靠形成密封，与上述情况相似，气体无法避免的要部分泄漏，随后的几组填料密封环也与第一组填料密封环相似部分泄漏；但由于是静压，即没有吸气过程，因此，高压气体无法回流，使填料一直处于泄漏状态。同时，随着时间的推移，第二个杯槽里的压力随着从第一个填料密封环的泄漏气体的不断增多，压力不断升高，逐渐形成与平衡腔相同的压力，此时，由于第一组填料密封环前后没有压差，靠压差来维持正常工作的填料密封环无法密封，也即相当于第一组填料密封环不工作。在此后的几组填料中也存在这个问题，一直到最后一组填料密封环，气体必然会通过填料大量泄漏。因此，在静压差的工况下，普通的填料密封环无法正常工作。综上所述，建议主机厂在设计气缸布局时，应考虑避免轴侧平衡腔的设计（即避免轴侧静压力）。如果确实需要采用这种结构，则必须考虑采用其它形式的填料密封。