CN102585436A - 涡旋压缩机密封条的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本技术提供一种涡旋压缩机密封条的制备方法，以其制备的密封条，强度高、热膨胀系数小、磨耗率小，使用寿命长。该制备方法，是把组分聚苯并咪唑、聚醚醚酮、炭纤维、二硫化钼混合后，热压成型；混合时各组份的重量份为：聚苯并咪唑20-30，聚醚醚酮40-50，炭纤维5-10，二硫化钼3-5。

Description

涡旋压缩机密封条的制备方法
技术领域
本技术涉及涡旋压缩机的密封条的制备方法。
背景技术
涡旋压缩机属于现有技术，其包括运动涡旋盘(动涡卷)，固定涡旋盘(静涡卷)，机体，防自转环，偏心轴等零部件。动涡卷和静涡卷两者外形完全相同，涡线呈渐开线形状，安装时两者中心线距离一个回转半径，相位差180°。静涡卷固定在机体上，涡旋线外侧设有排气孔。动涡卷由偏心轴带动，使之绕静涡卷的轴线摆动。为了防止动涡卷的自转，结构中设置了防自转环。动涡卷和静涡卷互相插在一起，形成了数个月牙形的气腔(压缩腔)，这些气腔就相当于活塞式压缩机的气缸，气体就是在这里被压缩的。月牙形的小气缸逐渐变小并向静涡卷中心移动，气体被压缩并移动至静涡卷的中心。在这个中心位置处气体完成了压缩过程并与排气孔相联，最终全部排出涡卷。
对于无油涡旋压缩机来说，参见图1、2，动涡卷1、静涡卷2和密封条3构成涡旋压缩机的压缩腔5。密封条3也是与涡卷相应的渐开线形状。在动涡卷端面11和静涡卷端面21上各开有一个凹槽4，两根密封条分别嵌入凹槽4内。通过密封条侧面31与凹槽侧面的密封接触(密封处)、密封条上端面32与动涡卷的内底面12(或静涡卷的内底面22)的密封接触(密封处)，把不同的月牙形的气腔5分隔，防止气体从靠近涡卷中心处的高压气腔(例如气腔51)向相邻的(远离涡卷中心处的)的低压气腔(例如气腔52)泄漏，换句话说，就是防止气体沿径向从气腔的一侧漏向另一侧。
现有的密封条在渐开线的基圆轴线方向上的高度H沿着渐开线由外向内是相等的，在基圆径向方向上的宽度B沿着渐开线由外向内也是相等的，也可以说沿着渐开线由外向内密封条的各截面是一个大小相等的矩形。密封条在基圆轴线方向的上端面32和下端面33均是与基圆轴线相垂直的平面。这导致如下问题：1、由于高度H相等，沿着渐开线由外向内密封条上端面32与动(静)涡卷的内底面之间的密封程度是相同的，但是由于越是靠近涡卷中心处气腔内压力越大，所以靠近涡卷中心的密封处相对于远离涡卷中心的密封处的泄漏越大，涡卷压缩机排出的气体压力难于提高。2、涡卷的中心位置处排出气体时压力较大，该压力作用在密封条的内端面34上，使得密封条沿着渐开线被压缩，造成密封条沿宽度方向膨胀使得其宽度变大，严重时，宽度变大的密封条会把凹槽的侧壁41挤坏，造成凹槽侧壁崩裂。3、密封条在工作时，温度一般在100-200℃作用，加上其承受的压力较大(可以达到3MPa)，密封条会因挤压而变形，加上密封条材料的物理性能会改变，耐磨性降低，磨损严重，导致密封失效。
另外，由于密封条的工作环境的要求，制成密封条的材料要求耐高温、耐磨、润滑性好、热膨胀系数小。但是，现有密封条显然不能满足要求。涡旋压缩机在压缩过程中密封条磨合面在高温的环境中逐渐受到磨损，密封处的间隙逐渐增大，出现泄漏，导致压缩机工作效率变低甚至失效。目前，涡旋压缩机的使用寿命仅能达到1000-1500小时，需要定期维修。特别是在潜艇或者一些不方便维修的地方需要提供使用寿命更长的空气压缩机。
发明内容
本技术的目的是提供一种涡旋压缩机密封条的制备方法，以其制备的密封条，强度高、热膨胀系数小、磨耗率小，使用寿命长。
本涡旋压缩机密封条的制备方法，是把组分聚苯并咪唑、聚醚醚酮、炭纤维、二硫化钼混合后，热压成型；混合时各组份的重量份为：聚苯并咪唑20-30，聚醚醚酮40-50，炭纤维5-10，二硫化钼3-5。
本技术的有益效果：
聚苯并咪唑(PBI)最突出的优点是瞬间耐高温性，其长期使用温度300～370℃；另外，此外PBI耐焰和有自灭性、良好的机械和电绝缘性，热收缩极小。聚醚醚酮(PEEK)具有刚性和柔性，特别是对交变应力下的抗疲劳性非常突出，可与合金材料相媲美；PEEK具有优良的滑动特性，适合于严格要求低摩擦系数和耐磨耗用途的场合。本发明把PBI和PEEK有机的结合起来，两者相辅相成，组成了密封条的主要组份。使得密封条既有较好的热收缩性，又有良好的刚度。
二硫化钼是重要的固体润滑剂，特别适用于高温高压下。加入二硫化钼提高了材料的自润滑性。碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维是一种力学性能优异的材料，它的比重不到钢的1/4，抗拉强度是钢的7-9倍。因此碳纤维的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大。加入碳纤维，在基本不增加密封条重量的同时，显著的提高了其强度。
所述的制备方法，聚苯并咪唑和聚醚醚酮的粒径均小于100微米；二硫化钼粒径在200-300目之间，炭纤维的长径比为5-10。
所述的制备方法，热压时，把共混后的物料在成型磨具内加热到400-420℃，然后以0.8-1.2MPa/min的速度加压到5-7MPa，然后保压8-12min；接着自然冷却至200-250℃时卸压，卸压后自然冷却至室温。
所述的制备方法，它还包括对热压成型后的密封条进行机械加工的步骤。
本技术制备的密封条，拉伸强度为130-140MPa，弯曲强度为230-250MPa，热膨胀系数约10-14ppm/℃，磨耗率＜2.12*10-4mm3/N·M，长期使用温度范围不超过330℃，在涡旋压缩机上的工作寿命大约为3500-4500小时。
为了使得密封条的内端面能够承受较大的压力且变形小、不会把凹槽挤坏、且密封性更好，上述的制备方法，密封条呈渐开线形状，密封条在渐开线的基圆轴线方向上的高度，沿着渐开线由外向内逐渐增大。
由于密封条越靠近涡卷中心，高度越大，所以在密封条内端面处的高度最大。因此，排出气体的压力作用在密封条的内端面上的压强较小，密封条沿着渐开线被压缩的程度减小，密封条沿宽度方向膨胀程度也较小，所以密封条不会把凹槽的侧壁挤坏，造成凹槽侧壁崩裂。另外，密封条高度由外向内逐渐增大，所以越靠近涡卷中心的密封处(密封条上端面与动、静涡卷的内底面之间的密封处)的密封性会更好，高压气体泄漏的可能性越小，涡卷压缩机排出的气体压力能够提高。
上述的制备方法，密封条在基圆径向方向上的宽度是相等的。
上述的制备方法，密封条的截面呈矩形。密封条在基圆轴线方向的一个端面是与基圆轴线相垂直的平面。
附图说明
图1是现有的密封条示意图。
图2是密封条在使用状态的示意图。
图3是本技术的密封条示意图。
图4是本技术的密封条的展开示意图。
图5是图4的A-A截面放大图。
具体实施方式
如图3、4所示的涡旋压缩机的密封条3，是与动涡卷相应的渐开线形状。密封条3在渐开线的基圆轴线方向上的高度H，沿着渐开线由外向内逐渐增大。密封条在基圆径向方向上的宽度B沿着渐开线由外向内是相等的。参见图5，沿着渐开线由外向内密封条的各截面是高度逐渐增大的矩形。密封条在基圆轴线方向的上端面32是与基圆轴线相垂直的平面，下端面33是一个斜面。
涡旋压缩机密封条的制备方法，把组分聚苯并咪唑、聚醚醚酮、炭纤维、二硫化钼按照表1中所示的重量份混合后得到不同的实施例。共混时，先将聚苯并咪唑与聚醚醚酮在常温下高速混合10分钟，加入碳纤维在常温下高速混合25分钟，再加入二硫化钼继续混合5分钟。聚苯并咪唑和聚醚醚酮的粒径均为60-90微米；二硫化钼粒径在200-300目之间，炭纤维的长径比为5-10。共混后进行热压成型。热压时，把共混后的物料加入成型磨具内，以感应加热方式对物料加热到410℃，然后以1MPa/min的速度对物料加压到6MPa，然后保压10min。接着把物料自然冷却至220-240℃时卸压，卸压后自然冷却至室温。对热压成型后的密封条以金刚石刀具进行精加工得到密封条。各实施例的机械性能见表2，各实施例的长期使用温度范围为-100-+330℃。各实施例中，PBI聚合物由3，3′-二氨基联苯和间苯二甲酸二苯酯缩合而成，炭纤维是气相生长炭纤维。
本技术采用高性能的PBI树脂材料，填加碳纤维、二硫化钼等填料，配制成耐高温、耐磨、润滑性好、密封性好的新型密封条。从而使密封条的寿命提高3-5倍，延长设备检修周期，大大提高生产效率。
表1
  实施例   1   2   3   4   5   6   7   8   9
  聚苯并咪唑   20   25   30   20   25   30   20   25   30
  聚醚醚酮   40   45   50   50   40   40   45   50   45
  炭纤维   5   7   10   10   5   7   7   10   5
  二硫化钼   3   4   5   3   4   5   3   4   5
表2
Figure BSA00000655929700041

Claims (8)

1.涡旋压缩机密封条的制备方法，其特征是：把组分聚苯并咪唑、聚醚醚酮、炭纤维、二硫化钼混合后，热压成型；混合时各组份的重量份为：聚苯并咪唑20-30，聚醚醚酮40-50，炭纤维5-10，二硫化钼3-5。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是：聚苯并咪唑和聚醚醚酮的粒径均小于100微米；二硫化钼粒径在200-300目之间，炭纤维的长径比为5-10。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是：热压时，把共混后的物料在成型磨具内加热到400-420℃，然后以0.8-1.2MPa/min的速度加压到5-7MPa，然后保压8-12min；接着自然冷却至200-250℃时卸压，卸压后自然冷却至室温。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是：它还包括对热压成型后的密封条进行机械加工的步骤。
5.如权利要求1所述的方法，其特征是：密封条呈渐开线形状，密封条在渐开线的基圆轴线方向上的高度，沿着渐开线由外向内逐渐增大。
6.如权利要求5所述的方法，其特征是：密封条在基圆径向方向上的宽度是相等的。
7.如权利要求5所述的方法，其特征是：密封条的截面呈矩形。
8.如权利要求7所述的方法，其特征是：密封条在基圆轴线方向的一个端面是与基圆轴线相垂直的平面。
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