孔慶民

摘要：風門雖然結(jié)構(gòu)簡單，制作粗糙，但在密封工作方式、工作環(huán)境、密封面間流體的流動、密封面面積比、變形問題、密封間隙和流體靜壓效應(yīng)等方面均有其自身的特點。

關(guān)鍵詞：插板式關(guān)斷風門；內(nèi)密封；密封間隙；泄漏量；失效

概述

火力發(fā)電站鍋爐常用風門的形式有多種，從功能上來分有兩類：調(diào)節(jié)風門和開關(guān)風門（或稱為關(guān)斷風門）。從使用者的角度考慮，大多認為插板式的風門密封性能優(yōu)于其它形式，因此現(xiàn)場應(yīng)用較多，尤其在參數(shù)較高的系統(tǒng)。這種風門的插板與風門外殼體（可視為風道的組成部分）的間隙存在兩個方向的泄漏：向大氣環(huán)境的外漏和沿介質(zhì)流動方向的內(nèi)漏。本文結(jié)合一般機械密封的要求僅討論這種風門的內(nèi)密封（或內(nèi)漏）問題。

1.插板風門的密封特征

1.1結(jié)構(gòu)特點

與通常的機械密封結(jié)構(gòu)不同，風門的結(jié)構(gòu)一般較為簡單，多為鉚焊的結(jié)構(gòu)形式。密封面一般采用型材制作，很少有機械精加工面，表面粗糙。插板與周圍框架的上下端面形成密封副，密封面間隙填充石棉盤根實現(xiàn)密封面間的密封。普通的機械密封，《機械密封技術(shù)條件》（JB4127-85）中對密封面的各項技術(shù)條件都有明確的規(guī)定，其中密封面的平面度不大于0.9um，金屬材料的表面粗糙度為0.2um，非金屬表面的粗糙度為0.4um。通常的機械密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜。與此相比，風門的密封結(jié)構(gòu)就簡陋得多。

1.2 密封的工作方式

通常的機械密端面密封應(yīng)用于轉(zhuǎn)動設(shè)備的軸系，由動環(huán)和靜環(huán)組成一對密封副。正常工作時動環(huán)隨軸轉(zhuǎn)動。風門的密封只需要考慮關(guān)閉狀態(tài)下防止壓力介質(zhì)的流通，密封面之間處于相對靜止的狀態(tài)。從這一點來說，風門的密封問題較轉(zhuǎn)動設(shè)備的機械端面密封簡單得多。

1.3 工作環(huán)境

風門的密封介質(zhì)壓力一般不是很高，熱風最高壓力約20kPa，循環(huán)流化床鍋爐的高壓流化風壓力約50kPa，煙氣則略呈負壓。但是介質(zhì)的溫度很高，熱風溫度約300℃，煙氣則隨位置的不同溫度在100～600℃不等。這與通常的機械端面密封有所區(qū)別。機械端面密封的工作介質(zhì)壓力較高，但溫度較低[1]。

1.4 密封面間流體的流動特點

雖然風門的密封工作方式與通常的機械端面密封相比較為簡單，但仍然可以引用機械端面密封的相關(guān)理論，因為它們同屬于粘性流體的窄縫流動問題。由于風門間隙相對于密封周界小的多，相對于密封面寬度也小很多，因此，風門間隙內(nèi)的流體流動可視為無限寬平板間的楔狀定常流動。

1.5 密封面面積比

密封流體作用的有效面積A2等于插板的面積，密封面面積等于插板在風門邊框槽內(nèi)的面積Af，面積比B2=A2/Af。顯然B2大于1，風門的密封方式屬于非平衡式密封。

1.6 變形問題

由于風門結(jié)構(gòu)的特殊性，在關(guān)斷狀態(tài)下，插板承受著較大的壓力：pA2，p為密封流體壓力。與其它機械密封相比，A2要大得多。因此pA2是密封面載荷的主要組成部分。風門密封面溫度相對均勻，雖然溫度較高，因無沿密封面溫度梯度，也就不存在該方向形變的差異問題。但是，高溫的作用降低了插板材料的強度，使其因壓力作用產(chǎn)生形變的量被放大。與冷態(tài)時相比，插板因壓力作用將產(chǎn)生沿流體壓力作用方向上的形變，從而對密封面間隙的形狀產(chǎn)生了影響。

2.密封失效問題分析

2.1 失效的判據(jù)[1]

密封泄漏量多大才算失效，這很大程度上取決于被密封介質(zhì)性質(zhì)和密封的工作環(huán)境，并沒有一個定量的標準。一般認為，當泄漏量為理論值的250倍時，該密封一定不正常。對于風門而言，能接受的最大泄漏量以不影響其它系統(tǒng)或設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)為限。如磨煤機熱風門的漏風量導致磨煤機內(nèi)部溫升不能超過磨煤機的啟動溫度限制，否則就認為密封失效，或風門關(guān)閉不嚴。

2.2 泄漏量的理論計算

從實質(zhì)上說，風門密封屬于非接觸式。按照機械密封理論其密封面的“摩擦狀態(tài)”屬于“流體潤滑狀態(tài)”。通過平行平面縫隙壓差流產(chǎn)生的泄漏量可根據(jù)流體力學縫隙流動導出。兩種縫隙下的

對比兩個公式不難看出，在其它條件相同時，無論h2>h1（收斂間隙）還是h22.3 密封失效原因分析

風門在應(yīng)用中出現(xiàn)密封失效的問題，究其原因大致有如下三個方面：

2.3.1難以做到接觸式密封

按照機械密封對接觸面的要求，密封面間隙約在0.5～1um。而在風門中的密封間隙約是這一數(shù)值的100～1000倍，即密封處于開啟狀態(tài)。

制造加工過程中精度較差，密封面間隙過大，達不到密封要求。雖然在密封面間會填充一些石棉類物質(zhì)以求達到密封面的緊密接觸，但由于其強度太差，在風蝕的作用下這些物質(zhì)難以持久，最終造成了密封面被打開，泄漏量過大，密封失效。

2.3.2收斂形密封面

如2.2所說，應(yīng)盡量遵循平行面原則以降低泄漏量。根據(jù)1.6的討論，在壓差的作用下插板總會產(chǎn)生沿流動方向的變形，使風門密封面間隙呈收斂形，從而使得泄露量加大。

2.3.3風門的動作誤差

熱風和煙氣中含有一定量的灰塵，如果設(shè)計不當，這些灰塵會在插板通道內(nèi)沉積下來。隨著灰塵量增加，可能會堵塞插板通道。這樣風門在關(guān)閉時動作不完整，關(guān)不到位，形成縫隙，造成泄漏。

3.小結(jié)

風門密封屬于靜態(tài)接觸式密封，其流體流動屬于粘性流體的窄縫流動，與普通機械端面密封相比，無論在結(jié)構(gòu)上還是在密封機理上都要簡單得多。高參數(shù)是機械密封發(fā)展的方向。因此，不論設(shè)計制造方還是應(yīng)用方都很少有人關(guān)注風門一類設(shè)備的密封問題。風門密封雖然簡單，仍有自身的一些特點，應(yīng)用中也已經(jīng)出現(xiàn)了影響系統(tǒng)或設(shè)備正常啟動的密封失效問題。因此，對風門的密封問題應(yīng)該給與一定的關(guān)注，結(jié)合其應(yīng)用特點做專門的設(shè)計，以保證其密封的可靠性。

參考文獻：

[1]顧永泉.機械密封實用技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2001.7.