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斗式提升机从动轴密封结构设计

2013-10-15

余必海
（中石化南京化学工业有限公司磷肥厂，江苏南京　210048）
　　摘　要：对于输送磷矿粉的斗式提升机，由于其从动轴的密封结构存在着设计选型上的不舍理，导致在使用不长时间后，密封处即产生严重的磷矿粉泄漏现象，影响设备的连续运行，制约了企业的生产。通过技术改造，设计了新的密封结构，彻底解决了这一难题。
　　我厂运送磷矿粉（以下简称矿粉）的斗式提升机（以下简称斗提机），其底部从动轴多年来一直采用填料密封结构，长期的使用情况证明，即使换上新填料和新从动轮，使用一段时间后，其从动轴密封处就会发生矿粉向外泄漏的现象。由于斗提机底部置于地坑内，又无良好的通风设备，外泄的矿粉弥漫，不仅给操作工人的身体健康带来严重伤害，且每日清除泄漏的大量矿粉也增加了操作工人的劳动强度，加之矿粉无法排出，给设备操作和检修人员造成了一定的不安全因素。为此，我们对其密封结构进行技术改造。
　　1　矿粉泄漏分析
　　斗提机运行时，机内众多的料斗以一定的速度由上向下把底部的矿粉装入斗内，装料过程中料斗不断地挤压矿粉，并将其挤向机壳壁。为了保证料斗装料的连续性并使其装满，必须有一定高度的矿粉层，这就使从动轴经常被埋在矿粉中。受挤压的矿粉不断地进人两侧机壳壁上的填料盒。由于填料以一定的作用力抱紧轴的表面且处于静止状态，转动的轴颈处就要受到矿粉的磨损，使得轴与填料之间出现间隙，矿粉Z终从磨损的轴颈处漏出。由于矿粉受到的这种挤压是连续性的，这样，矿粉就会不断地随着转动的从动轴从密封处向外泄漏。
　　2　原密封结构及使用情况分析
　　原采用的填料密封结构如图1所示。
　　（1）填料密封性能的好坏不仅与所选择的填料种类有关，还与填料的圈数有关，圈数多虽密封性能好，但密封结构长，由于填料盒是安装在机壳外的，其外侧还有轴承座，现场检修很不方便；
　　（2）压紧的填料沿轴向的受力是不均匀的，靠近压盖端的受力Z大，此处的填料抱轴Z紧，极易造成该处的轴颈很快被磨损；
　　（3）装填料时，若压盖压得过紧则轴磨损严重，过松又达不到密封效果，故压盖的压紧程度难以把握，一般情况下为防止泄漏，压盖始终处于偏紧状态；
　　（4）当轴出现少量磨损后，受挤压的矿粉即会漏出，此时必须再次适量压紧压盖来挤压填料以防泄漏，从而使轴的磨损不断加剧；
　　（5）填料密封结构Z大的缺点是矿粉直接和轴表面接触并随着轴的转动而相互磨擦，由于磷矿粉质地比较硬，极容易造成从动轴过早报废。
　　通过以上分析可知，对于输送矿粉一类的物料，采用填料密封结构的效果很不理想。使用不长时间后就会出现漏矿现象，说明轴已受到了磨损，以至我们只有通过不断更换填料和调整压盖的松紧程度来保证密封，这实际上是以从动轴的磨损为代价来实现密封矿粉的效果。因此这种结构存在着设计选型的不合理性。
　　3　新密封结构设计
　　3.1 设计思路
　　考虑到输送的矿粉很细，而且主要是因矿粉受挤压和从动轴一旦有少量磨损就会出现漏矿现象，因此，我们在设计新密封结构时基于以下几个方面的考虑：
　　（1）使轴颈周围的矿粉不受挤压或尽量减少挤压，使矿粉失去或减小沿轴向向机壳移动的动力；
　　（2）避免矿粉与轴的密封面接触，减少轴的磨损；
　　（3）改进后的密封结构要简单，必须适应现有的安装空间，且能达到期望的密封效果。
　　3.2 新结构的特点及密封原理
　　鉴于填料密封结构存在的缺点和从动轴密封结构选型的不合理，在研究了目前国内所采用的各种形式密封结构的基础上，并考虑到材料的选择以及机械加工难易程度，设计出如图2所示的新密封结构，它同时利用了螺旋密封与迷宫密封的原理。
　　新密封结构的优点：
　　（1）结构紧凑，尤其对于轴向空间较小的场合也可以较好地安装使用；
　　（2）结构简单，有利于机械加工，材料采用普通的Q-235即可；
　　（3）压盖通过紧定螺钉随轴转动，压盖中的填料（羊毛毡）与从动轴表面接触，两者处于相对静止状态，当矿粉渗入压盖后，必须经过填料与轴之间的间隙方可泄出（图示为一道填料密封，可根据需要增加密封道数），由于轴与填料不发生相对运动，故矿粉不会从其间泄出，轴表面也不会受到矿粉的磨损；
　　（4）压盖与填料盒之间的填料压紧程度可以通过紧定螺钉方便地加以调整，矿粉在外泄的过程中，只是使槽面和填料受到少许磨损；
　　（5）压盖的螺旋部分置于填料盒的圆筒端内，当压盖随轴转动时，可将挤入螺旋的矿粉朝反方向抛出，只有极少量的矿粉经过螺旋渗到填料处，从而使外泄的矿粉大大减少。
　　这种新密封结构经过近两年的使用，只有少量的矿粉泄出，再没有出现过矿粉弥漫的现象，达到了期望的密封效果。
　　4　经济效益分析
　　（1）通过对原密封结构的改造，使以前频繁更换填料（约6次/年）及从动轴（约3次/年）的现象2年间没有发生过，很大程度地减轻了检修工人的劳动强度，可节约检修人工、机械费约3000元/年。
　　（2）按每年更换3个从动轴、6个填料盒及20m石墨填料计算，每台设备一年可节约备件及材料费用约5000元，降低了设备维修费用。
　　（3）减少了不必要的非计划停车，延长了设备的检修周期和斗提机的使用寿命，间接地降低了生产成本。
　　（4）目前，我厂拥有从动轴为填料密封的斗提机为数不少，如果对其全部实施改造，那么每年节约下来的备件、材料及人工费用是十分可观的，必将取得很大的经济效益。
　　5　结束语
　　通过对原密封结构实施技术改造，彻底解决了多年来制约斗提机不能长周期连续运行的难题，同时也大大地改善了操作、检修环境，减少了安全隐患和对职工身体健康的伤害；降低了生产成本，提高了设备利用率。近两年来的使用情况充分说明了新设计的密封结构远优于原密封结构，产生了显著的经济效益，可作为一种新的密封类型加以推广。
来源：《硫磷设计与粉体工程》2003年第3期
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