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        螺紋式密封在垃圾焚燒項(xiàng)目上的應(yīng)用

        2018-11-26 09:47:50姚宏威
        山東工業(yè)技術(shù) 2018年20期

        姚宏威

        摘 要:本文對(duì)螺紋式密封的原理進(jìn)行了介紹,并對(duì)螺紋式密封在垃圾焚燒項(xiàng)目應(yīng)用的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行討論,由此建議相關(guān)飛灰輸送設(shè)備可以將這種密封方式直接應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)上。

        關(guān)鍵詞:螺紋式;密封;粉塵;垃圾焚燒

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.038

        1 螺紋式密封

        螺紋式密封,是一種動(dòng)態(tài)密封,其原理如下圖:

        螺紋式密封是利用螺紋槽(2)的推力作用工作的。在旋轉(zhuǎn)軸需要密封的位置,加工出螺紋來(lái),當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),螺紋槽的作用將工作介質(zhì)推回密封腔內(nèi),形成阻流密封效應(yīng),實(shí)現(xiàn)對(duì)該腔室內(nèi)介質(zhì)的密封。

        螺紋軸的旋向與螺紋推力方向相關(guān),原理圖圖1(為了簡(jiǎn)潔直觀,未顯示靜態(tài)密封結(jié)構(gòu))中,旋轉(zhuǎn)軸(1)按照?qǐng)D示方向做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí),螺紋槽(2)形成向右側(cè)泵料的效應(yīng),在螺紋兩端形成由左側(cè)向右側(cè)漸高的壓力梯度,當(dāng)螺紋旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的泵料壓力大于右側(cè)的液體自身壓力時(shí),就實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)壓力的液體密封。所以在應(yīng)用于低壓液體介質(zhì)密封時(shí),由于螺紋的存在,靜態(tài)的密封可以做得很簡(jiǎn)單,我們?cè)谧鲆粋€(gè)轉(zhuǎn)軸冷卻槽的密封時(shí),實(shí)際上僅在密封螺紋根部的軸肩加裝一個(gè)O型圈,機(jī)器設(shè)備的密封效果非常良好。

        螺紋密封,也可以應(yīng)用于細(xì)顆粒的粉體介質(zhì)。我們最早是在鑄造工廠,在給砂處理設(shè)備冷提機(jī)下軸做維修時(shí)嘗試使用螺紋密封的。冷提機(jī)是一種在提升過(guò)程中使得沙料同步得到冷卻設(shè)備,其提吊過(guò)程允許高溫沙料不斷下落,再由后面的料斗提起,沙料在不斷的提起再揚(yáng)撒的過(guò)程中,將熱量傳遞給環(huán)境空氣,并由除塵抽風(fēng)設(shè)備將熱量帶走,實(shí)現(xiàn)沙料的冷卻。冷提機(jī)的這種工作方式,導(dǎo)致其的下軸幾乎是埋在沙塵內(nèi)部工作。在這種工況下,由于沙料粉體的彌散性,冷提機(jī)的下軸與下軸承常常磨損嚴(yán)重,為此我們利用軸承內(nèi)側(cè)填料函中的一段軸頸上裝上了兩個(gè)螺紋套,并對(duì)軸承安裝座進(jìn)行了改進(jìn),就這樣簡(jiǎn)單的處理,帶來(lái)的效果是,冷提機(jī)下軸承的故障維修周期延長(zhǎng)了5倍以上。

        2 螺紋式密封在垃圾焚燒煙氣凈化系統(tǒng)中的應(yīng)用

        2.1 螺紋密封可以用在低壓液態(tài)介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)軸伸出端

        在垃圾焚燒項(xiàng)目,螺紋密封可以應(yīng)用在液體槽罐與外接旋轉(zhuǎn)部件間的密封,例如側(cè)裝式攪拌器的軸承內(nèi)側(cè)就可以采用螺紋密封+O型圈組合方式,其原理如上面所述。但是在液體介質(zhì)中應(yīng)用時(shí),螺紋密封不宜應(yīng)用高壓差或者高轉(zhuǎn)速的工況下,例如在壓差超過(guò)2.5MPa的工況,因?yàn)檫@種工況下靜態(tài)密封的結(jié)構(gòu)就已經(jīng)和復(fù)雜了,螺紋密封會(huì)導(dǎo)致密封位置尺寸很大,高速轉(zhuǎn)軸又會(huì)導(dǎo)致局部發(fā)熱嚴(yán)重。

        2.2 螺紋密封可以應(yīng)用在粉塵類(lèi)介質(zhì)輸送設(shè)備上

        螺紋密封在垃圾焚燒項(xiàng)目上,最具有應(yīng)用意義的是在粉塵類(lèi)介質(zhì)中的應(yīng)用,在飛灰、消石灰、活性炭等粉體給料設(shè)備(包括螺旋機(jī)、刮板機(jī)、斗提機(jī)等)上的應(yīng)用,具有良好的動(dòng)態(tài)密封保護(hù)效果。

        垃圾焚燒煙氣處理系統(tǒng)的螺旋機(jī)、刮板機(jī)、斗提機(jī)、卸料器等設(shè)備的運(yùn)行工況,與冷提機(jī)相同。螺旋輸送機(jī)和斗提機(jī)下軸、回轉(zhuǎn)卸料器都是半埋或者全埋在粉料介質(zhì)內(nèi)運(yùn)行,刮板機(jī)在正常運(yùn)行條件下,兩端的主動(dòng)軸和從動(dòng)軸以及中間改向軸等,倒不容易埋在飛灰里面,但是由于刮板的帶動(dòng),飛灰轉(zhuǎn)動(dòng)甩向軸承安裝位置。這些都需要良好的防塵密封,傳統(tǒng)的做法是采用毛氈再加唇形密封,或者用填料函加強(qiáng)密封。運(yùn)行中表現(xiàn)出來(lái)的弱點(diǎn)是:(1)密封效果差,設(shè)備外側(cè)溢灰現(xiàn)象明顯;(2)運(yùn)行維護(hù)繁瑣,極端狀態(tài)下,每班巡檢都需要對(duì)填料函的盤(pán)根進(jìn)行調(diào)節(jié);(3)軸和軸承損壞嚴(yán)重,往往運(yùn)行幾個(gè)班次,防塵軸承內(nèi)部就可以看到灰渣,在潤(rùn)滑油的混合下,形成泥漿狀態(tài),粘性很強(qiáng),淤積在軸承等結(jié)構(gòu)的間隙中,導(dǎo)致軸承滾珠架很快就會(huì)磨爛,填料函內(nèi)盤(pán)根的潤(rùn)滑油和上粉塵之后,對(duì)主軸的磨損也非常嚴(yán)重。

        在維修過(guò)程中,根據(jù)設(shè)備軸承位置的結(jié)構(gòu),有的可以采用螺紋密封,添加螺紋套實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)密封,設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)就會(huì)達(dá)到明顯的改善。

        螺紋密封的工程實(shí)踐結(jié)構(gòu),示意如下圖:

        輸送機(jī)軸承端螺紋密封裝配示意圖2,右側(cè)為機(jī)器內(nèi)腔,左側(cè)為主軸的輸出端,密封件的任務(wù),是保證右側(cè)的粉體不能泄漏到左側(cè),防止對(duì)軸承損害、對(duì)環(huán)境污染或者粉體物料的損失浪費(fèi)。實(shí)際維修改造設(shè)備的原始安裝結(jié)構(gòu)是,主軸兩端拉長(zhǎng),軸承離開(kāi)機(jī)器殼體獨(dú)立安裝,螺紋段的位置是填料函密封。

        在取消填料函之后,圖中機(jī)器設(shè)備的密封結(jié)構(gòu),從左向右依次由O型圈(5)、螺紋段(3)、毛氈(在內(nèi)腔端蓋2上)組成,其中O型圈和毛氈為靜密封結(jié)構(gòu),螺紋段和O型圈為動(dòng)密封結(jié)構(gòu)。

        我們知道O型圈具有良好的靜止與動(dòng)態(tài)的密封效果,但是它是一種接觸式密封,密封壓力與其漲緊狀態(tài)有關(guān),在干態(tài)環(huán)境應(yīng)用時(shí)還需要適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑,導(dǎo)致O型圈位置容易粘灰磨損泄漏;毛氈的密封效果是最差的,僅能防止灰塵大規(guī)模進(jìn)入的防塵作用。在他們中間存在一段螺紋密封,可以減小O型圈的漲緊量,阻止并且動(dòng)態(tài)清除O型圈

        位置的粉塵。實(shí)際維修工作中毛氈是可以取消的,或者說(shuō)螺紋密封應(yīng)該是第一級(jí)密封,其向腔體那一側(cè)一般不應(yīng)該再設(shè)置接觸式密封。這里保留毛氈,是因?yàn)槊珰置芊鈱?duì)右側(cè)(腔體內(nèi))無(wú)外力的自然流動(dòng)的粉塵,阻攔效果強(qiáng)于螺紋(3)在旋轉(zhuǎn)起來(lái)后推動(dòng)粉塵往回的運(yùn)動(dòng),具有單向防護(hù)特點(diǎn),有助于螺紋段內(nèi)部自清潔狀態(tài)的保持。

        螺紋密封是一種動(dòng)態(tài)的、非接觸式的密封方式,在工程實(shí)踐上,表現(xiàn)出良好的應(yīng)用特點(diǎn):(1)螺紋密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,密封部位加工與安裝精度要求不高;(2)螺紋和相應(yīng)的軸頸不易磨損,故障率低,維修簡(jiǎn)單,使用壽命長(zhǎng);(3)相比填料密封,螺紋密封減少了密封填料在軸上的漲緊摩擦附加力,降低潤(rùn)滑需求,并具有節(jié)能的傾向;(4)螺紋段的存在有利于降低O型圈的預(yù)漲緊,延長(zhǎng)O型圈的使用壽命,更重要的是與填料函密封相比,可以節(jié)約大量的盤(pán)根填料。

        2.3 螺紋密封在垃圾焚燒項(xiàng)目應(yīng)用的技術(shù)要點(diǎn)

        螺紋密封獨(dú)特的特點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)其在粉體環(huán)境下對(duì)設(shè)備軸承位置的密封保護(hù),但是,螺紋密封也因此有其獨(dú)特的技術(shù)要求,需要在實(shí)際應(yīng)用中給予足夠注意,否則不容易達(dá)到密封效果,甚至出現(xiàn)密封無(wú)效的可能。主要的注意點(diǎn)簡(jiǎn)列如下:

        (1)螺紋密封可以使得軸端的密封結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化,密封效果得到增強(qiáng),但是螺紋密封不具有靜態(tài)密封的特點(diǎn),不能夠單獨(dú)應(yīng)用,必須與靜態(tài)密封聯(lián)合應(yīng)用;

        (2)螺紋密封可以應(yīng)用在液體介質(zhì)工況,也可以應(yīng)用在粉體介質(zhì)工況,但是不能應(yīng)用在高粘性的含濕飛灰等泥漿態(tài)介質(zhì)工況條件,否則由于淤積結(jié)垢等原因,導(dǎo)致密封失效。當(dāng)然,螺紋密封對(duì)氣體類(lèi)高流動(dòng)性的可壓縮介質(zhì),也是不適用的;

        (3)螺紋密封應(yīng)用在液體介質(zhì)時(shí),螺紋牙頂與軸轂的間隙宜小,應(yīng)用在粉體介質(zhì)時(shí),螺紋牙頂與軸轂的間隙可以適當(dāng)放大,有利于物料的流動(dòng);

        (4)兩端螺紋旋向是相反的,并且與轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向相關(guān)。密封螺紋的旋向應(yīng)該保證在軸旋轉(zhuǎn)起來(lái)后,具有向需要密封的腔體內(nèi)側(cè)推料的效應(yīng);

        (5)螺紋的牙型一般采用三角形或梯形牙型, 牙槽寬度尺寸不宜小于最大不可破碎顆粒的尺寸的2倍(當(dāng)然,對(duì)于細(xì)顆粒料和粉料,一般螺紋均能夠滿足);

        (6)在粉體類(lèi)介質(zhì)條件下,除了內(nèi)側(cè)毛氈允許有較大間隙外,靠近軸承端不能有泄漏點(diǎn),否者會(huì)形成泵料效應(yīng),使得這些泄漏點(diǎn)的泄漏效應(yīng)會(huì)放大;

        (7)設(shè)備運(yùn)行方面,對(duì)于粉體輸送設(shè)備,設(shè)備啟動(dòng)順序應(yīng)該是下游先于上游設(shè)備啟動(dòng),停機(jī)的順序正好相反,在上游設(shè)備停止運(yùn)后,下游設(shè)備應(yīng)該延遲1~2分鐘停機(jī),使得螺紋先于設(shè)備受料的條件下產(chǎn)生密封效應(yīng)。當(dāng)然,這種運(yùn)行特點(diǎn)實(shí)際上也符合物料傳遞類(lèi)設(shè)備的一般操作規(guī)程。

        3 結(jié)論

        螺紋密封應(yīng)用在粉塵介質(zhì)工況下,具有良好的動(dòng)態(tài)密封效果,對(duì)軸承和軸頸具有保護(hù)作用,比起傳統(tǒng)密封方式具有良好的改進(jìn)效果。但是我們是在已經(jīng)制成機(jī)器設(shè)備進(jìn)行維修,往往不同廠家的相應(yīng)軸頸結(jié)構(gòu)不一樣,不是每個(gè)設(shè)備都能夠做這樣的配置,并且從某種角度來(lái)說(shuō),螺紋套的固定是會(huì)對(duì)軸頸部位強(qiáng)度有削弱。所以我們把自己的維修經(jīng)驗(yàn)貢獻(xiàn)出來(lái),建議這類(lèi)輸灰設(shè)備可以在設(shè)計(jì)制造時(shí),直接加工出密封用螺紋,這是對(duì)設(shè)備的一種優(yōu)化設(shè)計(jì)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

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