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擠壓造粒機輥輪迷宮密封的改造

2010-10-28

作者：王德忠[1]；季玉茹[2]
[1]吉林化工學院機電工程學院； [2]吉林化工學院信息與控制工程學院

　　摘　要：本文分析了擠壓式造粒機中輥輪迷宮密封的失效原因，介紹了梯形迷宮密封的改造方案與改造后的生產運行結果。
　　關鍵詞：輥輪；迷宮密封；擠壓造粒；失效
　　擠壓造粒機廣泛應用于化肥、飼料及化工行業，輥輪是造粒機的關鍵部件。由于輥輪的軸承經常損壞，不得不經常檢修更換，嚴重影響了企業的正常生產。
　　1　輥輪的密封
　　輥輪的密封如圖1所示是一組合密封，即由一次密封的迷宮密封和二次密封的唇形密封共同組合而成。
　　迷宮密封廣泛應用于完成高速運轉的具有極大的速度差的汽輪機、離心機等流體機械的密封，但也可應用于造粒機和中速煤機上。其主要作用是利用曲折的直角線及運動的離心力增大阻力阻止粉體顆粒的進入，從而保護唇形密封。唇形密封利用彈簧壓力使橡膠與軸緊密接觸而形成對份體顆粒的密封。
　　1.1　大粒徑粉體的密封
　　由密封的動盤與靜盤形成狹窄的縫隙，一般為軸向間隙為0.3mm，徑向間隙為1.5mm這樣可以阻止d>0.3mm粉體顆粒進入迷宮密封室。
　　1.2　小粒徑粉體的密封
　　由于動盤以300～400r/min轉動，形成α=γω2的離心力場，進入迷宮密封室的d<0.3mm體顆粒物料則會產生離心力f =m·γω2，方向是離心的，所以可以阻止小直徑的顆粒進入，這樣就形成了對唇形密封的保護，實現迷宮密封的作用。唇形密封則可以阻止進入迷宮密封的小直徑的顆粒進入軸承。迷宮密封與唇形密封聯合作用實現了輥輪的密封，保護了軸承。
　　2　軸承失效原因分析
　　觀察失效的軸承圖2，可以看到在失效軸承的內外圈之間有大量粉體物料存在。從圖3看到唇形密封槽內也有大量粉體物料存在而且唇形密封已完全失效。正是由于唇形密封的失效使得粉體物料進入到軸承的內外圈之間造成軸承的內外圈的磨損并Z終導致軸承失效。
　　可見引起軸承失效的主要原因是密封失效，密封失效是承擔主要密封作用的二次密封即唇形密封的失效，而造成唇形密封失效的根本原因是一次密封的迷宮密封的失效或效果不理想。


　　3　迷宮密封失效的原因分析
　　圖4為失效的迷宮密封，在直線形迷宮槽內存有大量的粉體物料且很硬幾乎將槽塞滿，導致該迷宮密封完全失效。 其原因分析如下：
　　 (1) 粉體具有壓力，其表達式可以使用Jans-sen公式求得，
　　Janssen公式：
　
　　由此式可知其粉體壓力P正比于粉體的深度，由于輥輪浸于粉體物料顆粒之中，這樣就會有一些顆粒在粉體的壓力作用下克服離心力及縫隙阻力進入迷宮密封室并對唇形密封形成威脅。
　　 (2) 由于布料器為四爪單層的結構，存在著布料缺陷，使得粉體顆粒物料分布不均勻并呈波浪形，由Janssen公式可知其粉體會形成脈動的壓力，過大的脈動壓力使得一部分顆粒進入密封室，對唇形密封形成威脅。
　　(3) 開停車的影響。 在正常狀態下，顆粒受離心力f=m.γω2的影響很難進入密封室，但在開停車時其離心力場不存在或很小，而粉體靜壓仍存在，所以使得部分粉體顆粒進入密封室，對唇形密封構成威脅。
　　 (4) 直線形迷宮密封的結構存在缺陷。由于上述原因而進入的粉體顆粒在離心力f=m.γω2的作用下使顆粒作離心運動而實現密封，但由于環形迷宮密封的內環面與離心力f=m.γω2的方向成直角，而粉體顆粒存在安息角則必然形成顆粒的堆積。隨時間推移粉體顆粒必然向內侵入，Z終導致唇形密封失效。
 　　4　迷宮密封的改造
　　4.1　結構改造
　　由上述分析可知，直角折線型迷宮密封雖可有效地阻止d>0.3e 的粉體顆粒的進入，但只能阻止部分d<0.3e粉體顆粒的進入，而且長期使用會形成顆粒堆積，從而造成密封失效而導致軸承失效。
　　基于上述原因對迷宮密封的結構進行了改進，如圖5所示，即將直角形迷宮密封改為梯形迷宮密封，同時改變迷宮密封內表面的光潔度或加涂層以減少其摩擦力，使物料的脫出更容易。
　　迷宮密封的梯形角根據物料的不同而不同，也就是依據其安息角加以設計，一般為π/6～π/3.6。粉體細小顆粒的進入，客觀上無法完全防止，但通過梯形角的設立改變了安息角，可以使進入的顆粒難以形成堆積，同時離心力f的方向與梯形面形成π/3～π/4.5角，加大了離心力對堆積顆粒的剪切作用，使其堆積更難以形成，從而使密封室內的顆粒在離心力f的作用下向外作離心運動，保證了唇形密封的安全。
　　將四爪單層的布料器改為四爪雙層的結構，減少布料的波動，防止布料不均勻形成過大的粉體靜壓。
　　4.2　操作規程的改進
　　(1) 開車程序： 開車空運轉，運轉正常后進料；
　　(2) 停車程序：停止進料，物料擠出干凈后停車。
　　5　改進后的結果
　　改進(e=0.25mm，f=1.0mm梯型角為π/4)的迷宮密封應用于輥輪后，其檢修周期由2～3周延長為5～6周，即延長壽命2倍以上。