迷宫式密封

迷宫式密封（共6篇）

迷宫式密封 篇1

1 存在问题

我公司回转窑 (Φ4m×60m) 窑头密封采用的是最原始的鱼鳞片式密封, 经过多年运行, 目前存在如下问题:

1) 密封罩与锥体法兰变形严重, 上下及两侧法兰接口出现较大偏差, 失去修复价值。

2) 原密封罩内部挡圈结构单一, 设计较为落后, 虽经几次更换, 密封效果不佳, 存在漏风现象, 满足不了节能降耗要求, 见图1。

3) 窑筒体存在一定的弯曲变形, 在运行中出现较大偏摆, 原密封片不能满足所需的补偿量。

4) 窑产量由设计的2 500t/d, 提高到2 900t/d左右后熟料冷却较差, 为了保证熟料的冷却, 加大了篦冷机冷却风量, 使窑头负压降低 (-10~-20Pa) 甚至出现短暂的正压。

上述现象致使窑头长期存在跑料、漏风现象, 严重影响现场环境卫生, 加剧了窑头托轮组的磨损, 一定程度上影响二次风温, 增加煤耗, 对窑内的煅烧产生不利影响。

鉴于目前日趋增大的环保压力, 有必要对窑头密封进行彻底技改, 解决漏风漏料问题。

2 技改方案

为了解决以上问题, 经多方考察并结合我公司窑头的实际情况, 决定将原密封装置完全拆除后采用由唐山正海机械设备销售有限公司的柔性双迷宫式密封技术。密封罩内新型双迷宫式密封+柔性复合板密封的双重密封, 见图2。

新型双迷宫密封采用上下两组错位的“L”形挡圈, 对飞出的物料进行4级阻滞减速 (见图2中的标注:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ) , 挡圈使用耐热钢板 (1Cr18Ni9Ti) 制作, 有效防止热弯曲变形, 延长使用寿命。

柔性复合板密封采用的三层密封材料由里向外依次为:第一层, 耐热钢板 (1Cr18Ni9Ti) , 板材厚度1.2mm, 其前端耐磨部位均为2倍厚度 (2.4mm) , 延长其使用寿命;第二层, 碳硅铝纤维复合板, 是一种耐高温、抗磨损的半柔性新型复合材料;第三层, 精加工钢板, 用来保护并固定复合板。该密封具有较强的补偿量及耐磨性, 能够有效降低漏风系数。

3 施工过程

1) 提前制作密封罩、“L”形上下挡圈、锥体法兰等焊接件, 并将冷风套在原长度基础上延长200mm。

2) 停窑并冷却后将原密封装置及冷风套拆除, 窑头罩与密封罩焊接接触面打磨平整。

3) 安装新冷风套, 确保冷风套耐热部位完全处于窑口护铁的卡槽内, 冷风套进风口定位采用弹簧板形式固定。

4) 冷风套安装完毕后, 焊接密封罩, 满焊, 焊缝高度不得低于10mm, 并增加三角筋板, 圆周间距为500mm。

5) 将下挡圈焊接于冷风套的外表面, 焊接位置在冷态时距离上挡圈的轴向间隙为240mm。

6) 将锥体法兰板与密封罩法兰进行连接固定。

7) 安装柔性复合板密封片。

8) 安装拉紧装置、试车。

4 技改效果

由于该密封结构具有密闭式、柔性强, 硬度适中, 耐磨损, 耐高温等特点, 密封部件可以随窑体的变化而变化, 从而适应回转窑在高温使用状态下产生的变形与偏摆、偏心问题。技改后可解决窑头密封存在的跑料问题, 漏风现象基本消失, 有利于提高二次风温, 保证窑头负压, 降低煤耗, 利于窑内煅烧。

迷宫密封中凹槽数量的确定 篇2

在非接触密封中,迷宫密封已成为应用最为广泛的密封方式之一。迷宫密封依靠密封间隙和其两侧的凹槽,通过介质在间隙内和在凹槽中的流动,达到能量之间的转化,最终使能量以热能消耗以达到流体速度减小进而实现密封[1,2,3,4]。在20世纪后期,计算机及相应流体力学软件的发展,使得人们可以借助计算机对迷宫密封进行大量的仿真研究。H.Stoff、D.L.Rhode与J.A.Demko[5,6,7]均对不可压缩的直通型迷宫密封[5,6,7]进行了数值研究。Sobolik等[8]则首次数值模拟了迷宫密封内的可压缩流场。在国内鲁周勋等[9]采用SIMPLEC等算法对直通型密封的轴对称可压缩流场进行了研究,得到了单个迷宫凹槽内流场的各个流动参数。

以往的研究都是基于传统理论流体力学建模,而这与实际不是相差太远,就是方程特别难解,如现在最广泛应用的N-S方程也没有几个精确解。而现在CFD仿真已经成熟,不少新的结论都源于此,商用数值模拟软件也越来越完善。其中FLUENT的应用在国内外最为广泛,在科研的各个领域发挥着巨大的作用。本文将基于FLUENT软件研究凹槽数量对迷宫密封的影响,以往的学者都是在给定密封结构长度下,来确定最佳的凹槽数或凹槽宽度,虽然在一定程度上满足了当时的工程需要,但是并没有把迷宫凹槽个数和泄漏量的关系表现出来。而本文则详细研究了确定凹槽形状下,使泄漏量最小的凹槽数量,和随着凹槽尺寸的等比变化,使泄漏量最小的凹槽数量的变化。

1 结构模型

1.1 物理模型的建立

建立如图1所示迷宫密封的模型,由于模型长度与迷宫凹槽个数有紧要的关系,故选取11组迷宫凹槽迷宫作为研究对象。凹槽个数分别为2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、40。凹槽的外形和尺寸、凹槽的间隔等参数都完全相同。

1.2 控制方程

实际情况中,气体在迷宫密封内做极复杂的湍流流动,因此选用黏性不可压缩流体动量守恒的运动方程———Navier-Stokes方程以及k-ε湍流模型进行数值模拟。

并由能量方程、质量方程、动量方程结合湍流流动模型方程可得到数值模拟的综合方程。可表达为

x方向动量表达方程为

y方向动量表达方程为

z方向动量表达方程为

采用标准k-ε湍流模型。

湍流动能表达式为:

选取标准壁面函数模型,湍流耗散率方程为:

湍流动能生成项为:

选取有效黏性系数为Ueff=U1+Ut,Ut=Cuρk2/ε,ρ为密度,v为速度,μ为动力黏度,t为时间,各常数C1、C2、Cu、σk、σε分别为1.44、1.92、0.09、1.0、1.3。

将所得结果和理论公式(8)得出的数据比较[5]。

2 模拟分析

2.1 网格划分与选用

在Fluent对流体模型进行分析中,对物理模型划分合理的网格,选择合适的网格类型及网格划分方法,设置适当的间隔数,是模拟成功重要的一步。通过CAD软件模拟密封结构,用Fluent前处理软件Gambit在整个计算域内进行网格划分。选用非结构网格中的三角形网格进行几何划分,划分网格尺寸为0.2,网格划分如图2所示。

2.2 边界条件

边界条件是FLUENT分析中很关键的一步,主要包括流动变量的边界情况和热变量的边界情况。选取压力入口作为边界条件,设置无滑移壁面(Wall)边界单元类型,驻点总压为3倍标准大气压(即303 975 Pa),静压力为1个标准大气压(101 325 Pa),驻点总温为300 K。

2.3 模拟计算

1)求解器设置。FLUENT软件提供了两种不同的仿真求解器:压力基求解器;密度基求解器。此次模拟的对象是密封气体流动的过程,将其看成是不可压缩的气体的流动规律,而且进出口压比较小,气体流动速度不大,因此,此次模型仿真过程选用FLUENT当中的压力基求解器。

2)基本参数设置。设定模型内流动气体为理想气体,仿真计算过程中不考虑重力对其的影响。外部环境气压看做是一个标准大气压,收敛精度设置为10-4,假设迷宫间隙壁面无相对滑移,不会渗透,按照绝热条件处理。

3 模拟结果及分析

通过网格划分及初始边界条件的设定,对模型进行仿真计算,且为保证精度要求,均设迭代步数为10 000步。最后各个模型均在精度要求内收敛。以下为迷宫密封内压力分部情况,如图3所示。

由图3对比,会发现随凹槽数的增加,进出口的压力差逐渐减小,而在6个凹槽后压差又有增加。从压力云图中也可以明显地看出,在6个凹槽时,形成的低压中心较多且负压更小,负压越小流动越迅速,能量的耗散也越多,气体的流动旋涡形成圆形负压圈。

湍流黏度图如图4所示,从湍流黏度云图中也可以很清楚地对比出,在6个齿时的湍流黏度值最大,这也正好与压力云图中的低压中心相呼应,这可以从能量角度来分析出:湍流黏度值越大,说明湍流越剧烈,气体流动形成的旋涡消耗的能量也越多,进而造成气体在随后的流动能量越小,即相应的流动速度变小,进而导致泄漏的变少。也证实了泄漏量的变化趋势。

由图3~图4的变化情况,可以看出不同数量的凹槽内湍流影响结果是:随着迷宫凹槽数量的增加,气体的泄漏量逐渐减小,但当达到6个时,出现极小值,随后又逐渐增大,限于篇幅,图中没有全部给出,具体见表1;实际随着凹槽数的增大,在10个凹槽时,出现第一个较大的峰值,随后又缓慢变小,最后逐渐趋于一个定值,而拐点则是在20个凹槽附附近,而且这个稳定值比前面有6个凹槽时的密封性更好。

根据“粗糙间隙”理论,由于该模型节流缝隙相对较小,因此将得到的结果与经验计算结果比对。

式中:G为密封气体的泄漏量;F为平均剪切力;h为迷宫密封间隙间的尺寸;Pn为标注大气压(即101 325 Pa);P0为3倍的标准大气压(即303 975 Pa);v0为初速度。

可算出仿真数值与理论计算数据,结果如表2所示。

通过表2和图5的泄漏量对比可以看出,粗糙间隙泄漏量比模拟计算的结果要小,因为各自的计算原理不同,Stodala计算公式是从伯努利方程推导出的,并把其流动过程设定为理想情况,假定没有气流穿越,且过程完全绝热。但它们的总体变化趋势却是一致的。说明本文仿真的过程与实际情况接近,模拟并分析的结论是符合实际情况的。由上述计算分析可推测,不同形状下的凹槽数量应该都存在这样类似的对应曲线,在实际运用中应该避免中间那种随着凹槽数的增加,泄漏量反而比较大的情况。从而使凹槽都发挥出应有的作用,防止为了增强密封性而盲目增加凹槽数量。

4 结论

1)采用计算机建模、计算,探研了不同凹槽个数下迷宫密封内部的气体流动情况,得出了其内部压力图和湍流黏度云图,且基本反映了它们的真实流动状态,得出迷宫凹槽内有负压圈,存在不同程度的气体旋涡。

2)通过理论分析和仿真模拟多种凹槽个数下的迷宫密封的密封性,并对比其泄漏量。得出随着矩形凹槽个数的递增,密封性先表现出越来越好,而后泄漏量又开始变大,最后缓慢减小并接近于一个稳定值;在矩形凹槽下,第一次出现极值点时对应的凹槽数为6个,最后泄漏量减小并趋于一个定值时的拐点所对应的凹槽数为20个。

3)不同形状下的凹槽数量都存在这样类似的对应曲线,在实际运用中应该避免中间那种随凹槽数的增加,泄漏量反而比较大的情况。从而使凹槽都发挥出应有的作用,不盲目地以增加凹槽个数来增强密封效果。

摘要：针对凹槽数量对往复式迷宫压缩机密封性能的影响,运用Fluent软件和经验公式对不同凹槽数量下的迷宫密封结构进行了压力和湍流黏度的对比分析。结果显示:确定迷宫凹槽下,随着凹槽个数的递增,密封性先表现出越来越好,而后泄漏量又开始变大,最后缓慢减小并接近于一个稳定值。证实凹槽数量对密封性是一个关键的因素,实际生产加工中不能盲目地增加其数量。

关键词：迷宫密封,凹槽数量,湍流黏度

参考文献

[1]塔鲁达纳夫斯基.非接触密封[M].李均卿,刁元康,译.北京:机械工业出版社,1986:162-184.

[2]林丽,刘卫华.齿型夹角对迷宫性能影响的数值研究[J].润滑与密封,2007,32(3):47-50.

[3]高其烈.压缩机世纪菁华续录(四)[J].压缩机技术,1998,151(5):29-48.

[4]吴磊,肖世猛,纪燕飞.气缸内迷宫密封流场特性研究[J].化工机械,2008,35(3):159-163.

[5]STOFF H.Incompressible Flow in a Labyrinth Seal[J].Journal of Fluid Mechanics,1980,100(4):817-829.

[6]RHODE D L,DEMKO J A,TRAEGNER U K,et al.Predicion of incompressible flow in a labyrinth seal[J].ASME Journal of Fluids Engineering,1986,108(1):19-25.

[7]DEMKO J A,MORRISON G L,RHODE D L.The Prediction and Measurement of incompressible flow in a labyrinth seal[J].ASME Journal of Engineering Gas Turbines,Power,1980,111(4):697-702.

[8]RHODE D L,SOBOLIK S R.Simulation of Subsonic Flow Through a Generic Labyrinth Seal[J].Journal of Engineering for Gas Turbines and Power,1986,108(4):674-680.

不同迷宫密封空腔齿型对比 篇3

到目前为止,各国学者对官迷宫密封做了大量的试验理论模拟研究分析,从迷宫机理到影响密封及泄露的因素,得出了大量可应用于实践的理论成果。在迷宫压缩机方面,不外乎活塞与气缸的间隙和其相接触处的空腔。而且迷宫压缩机中其相对运动为径向的,活塞与气缸的相对空腔也在不断的变化,在不同的速度下应有一理想的齿形,使理论上泄露量最小甚至没有[1～5]。

目前,迷宫密封的空腔齿形总体上可分为五类,分别是:1)斜齿,代表齿形为平行四边形,主要影响因素为倾斜角度。2)矩形(包含梯形和三角形)主要影响因素为内倾角,长宽比。3)圆弧形(包含圆弧构成的类圆),主要影响因素为多大的半圆,即深度大小。4)椭圆(包含各种圆弧构成的类椭圆),主要影响因素为倾角。5)三角形,主要影响因素为其宽度和顶角。所以在空腔齿型方面,可总结为,影响迷宫密封的主要因素为:齿形、倾角和大小。本文针对上述常见空腔形状及其特征,基于6K-375往复式活塞压缩机,逐一讨论分析了各个空腔形状下的最佳尺寸比例,并在各个空腔形状的最佳尺寸比例下,对比它们的泄露量,得出最佳空腔形状及其最佳尺寸。

1 不同空腔齿形下模型的建立

在分析不同空腔齿型对迷宫密封和泄露量的影响时,其他条件均相同,仅考虑齿型变化对流场和泄露量的影响。在此画出各空腔形状下的最佳空腔尺寸。矩形的的最佳深宽比通过w=2mm,h从0.2mm~2mm依次算出其泄露量,分析得出最佳比为0.2左右;而圆弧是在w=2mm时,用r=2mm的圆弧画出不同深度的圆弧凹槽,通过对比发现空腔为规则圆弧形时,空腔为整圆的一半时密封性最好;三角形是在,从凹角为10到90,得出在三角形空腔下,凹角为30左右时泄露量最小。而不规则圆形在某些特定尺寸及大小下有较好效果。选用空腔数量为20个,空腔间隔为0.2mm。模型具体参数为:

2 控制方程

密封间隙及密封腔内的流体流动形式实际上是一种复杂的三维湍流过程,因此三维模型的数学模型可采用压缩流对称流动的雷诺平均Navier-Stokes方程以及k-ε湍流模型进行数值模拟。

在求解密封空腔内流体过程中,将质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程采用通用变量的方法进行求解,则可表示成以下通式:

连续方程中取:

对于各轴方向上的动量表达方程:

选取标准k-ε湍流模型。湍流动能表达方程:

选取标准壁面函数模型,湍流耗散率方程为:

湍流动能生成项为:

选取有效粘性系数为Ueff=U1+Ut,Ut=Cuρk2/ε。ρ为密度,v为速度,µ为动力粘度,t为时间。将每组模拟实验结果与泄漏量经验公式进行对比[7]。

3 仿真计算及结果分析

本文选用Gambit作为前置处理器,Fluent为求解器。基于GAMBIT软件与常用的计算机制图软件都有导入导出接口,在此通过AUTOCAD软件进行建模,然后导入其中实现交接,进而快速的进行建模及网格的划分。网格划分时选择有限体积法,并设定划分的网格中只有三角形单元,创建非结构性网格类型。在迷宫密封内压力、粘度等数据变化梯度较大,为较真实地模拟其变化规律,对迷宫间隙处的线进行线网格加密,而且GAMBIT具有良好的网格自适应性,使得解算过程更接近实际流动,网格数量控制在14746到38782之间。

FLUENT中的边界条件选用压力入口边界条件,设置壁面(Wall)边界单元类型,并定义驻点总压为303975pa,外界压力为101325pa,驻点总温为300k。基于压缩机迷宫密封内气体流动可近似的认为是不可压缩的气体,且进出口压比不大,流动速度也不大,因此仿真求解器选用FLUENT当中的压力基求解器。收敛精度设置为10-4。

从上图可以看出,在最优的空腔齿型下,可以看出在空腔内部的湍流粘度较大,在矩形和半圆内部很是明显,三角形的内部湍流粘度相比不是太大,而且内部湍流粘度较大区域分布也不是太广,而不规则弧形则很理想,湍流粘度大的部位均在凹槽中间,且下周围壁面有明显的间隔——湍流粘度较小的区域。湍流粘度较大说明能量耗散较多,从其最后的泄露量上也都有所反应。

上图为模拟工作中各空腔内流体的速度矢量云图,各个空腔内部均有速度涡流。在矩形、半圆和三角形中,节流间隙处流动截面小,气流产生射流现象,流速增大,压力能转化为动能,当气体进入凹腔内部时,由于空腔流动截面较大,气体流速降低,在空腔内部形成大的旋涡。由于节流作用和密封齿腔内的动能耗散作用,从而降低压力,达到密封作用。而在不规则弧形空腔中,在节流间隙处并没有明显的射流现象,说明此处速度较小,压力能较大,到了空腔内部时速度较大,形成大的涡流,转化为热量,最后压力能较小,这样逐级压力能、动能和热能来回转变,达到一种很理想的情况。仿真出其结果的泄露量由大到小对比也是,三角形、矩形、半圆、不规则圆弧形。

由于模型的节流缝隙宽度很小,符合“粗糙间隙”理论。故将仿真得到的数据与经验理论计算得到的数值相比对。

其中G是气体的泄漏值,F为气体的平均剪切力,h代表迷宫密封的间隙尺寸,P0为303975pa,Pn为101325pa,λ为阻力因子,v0为最初速度,l为活塞长度。而式中是校正系数Φ,校正系数根据实际模型与理想情况在节流口的近似情况而定。理想情况校正系数为1,实际一般在0.85左右。雷诺系数Re决定λ。进而可得:

由上表中各齿形下最优的结果可知,矩形和半圆的相差很小,但是圆弧形空腔在实际生产中不易加工生产,相比矩形和三角形更容易实现,实际中常用的是三角形,由此生产加工也可考虑用矩形,密封性更好。

4 结论

1)对于各种空腔齿型,在某一具体的参数下(如同一宽度下),都有一最优的尺寸比例,使得泄露量最小。矩形是在深宽比为0.2时,规则的圆弧形是在空腔为整个半圆弧时最好,三角形是在凹角为30时泄露量最小,而不规则弧形时目前为上述尺寸时最好。

2)结合实际情况,也为实际加工生产提供了理论依据,除了目前常用的三角形,还可以用深度比为0.2的矩形齿形,密封效果要比三角形更好。各种常见形状里,泄露量从小到大为:半圆、矩形、三角形。

压缩机软金属迷宫密封的应用 篇4

离心式压缩机是炼油化工行业的关键设备。它的稳定运转是装置安全, 平稳, 长周期优质运行的保证。离心式压缩机发生剧烈振动后, 级间迷宫密封和平衡鼓迷宫密封间隙曾大将引起迷宫密封失效。迷宫密封的失效会连锁引起离心式压缩机效率降低6%~8%、压缩机转子轴向力增大。因此, 迷宫密封是离心式压缩机能否平稳运行的关键环节。离心式压缩机在运转过程中, 如果转子轴向力过大, 轻则损坏零部件, 重则可能造成毁机事故。

1软金属迷宫密封结构

离心式压缩机级间和轴端广泛采用的迷宫密封, 制造材料为安全性和耐腐性较高的铝。几种典型结构迷宫密封的密封齿都安装在压缩机隔板上, 成为定子的一部分 (图1) , 密封齿与压缩机转子各密封点留有标准间隙以便起到密封作用。软金属迷宫密封的结构与典型的迷宫密封结构不同, 密封齿设计在压缩机转子上, 压缩机工作时随转子一起转动;而附着一层低硬度软金属的密封体安装在隔板上, 随转子转动的密封齿与软金属之间的微小间隙形成了良好的密封 (图2) 。每个密封齿根部都做了强化处理, 以保证一定的强度。

2密封原理

软金属迷宫密封每个密封齿都相当于1个节流孔, 当气体流经密封齿与软金属形成的微小间隙时, 受节流作用压力下降流速增加, 进入相邻两个密封齿形成的空间后便产生漩涡流动, 即产生“涡流效应” (图1) , 完成一次对气体的密封, 当软金属迷宫密封的密封齿数量达到一个合理数值时, 就实现了对气体的密封。

3工作特性

典型结构的迷宫密封会因喘振、振动、液体进入机体、密封齿之间结垢等多种原因引起密封失效。密封失效后压缩机效率降低、轴向力增大, 严重时会造成生产装置连锁停车。

采用了软金属迷宫密封的离心式压缩机, 由于密封齿随着转子转动, 在离心力的作用下, 相邻两个密封齿形成的空间里不易结垢, 保证了“涡流效应”的连续性和完好性。

当离心式压缩机产生剧烈振动时, 压缩机的定子和转子会发生摩擦, 摩擦主要部位是软金属迷宫密封, 包括级间迷宫密封、平衡鼓迷宫密封、轴端迷宫密封。由于软金属迷宫密封结构的特殊性, 在摩擦发生后, 安装在压缩机隔板上的软金属会被磨损 (图3) , 而随转子转动的密封齿却不会损伤, 转动的密封齿与软金属之间的微小间隙也不会变化。软金属迷宫密封是一种以磨损软金属来保护密封齿的一种迷宫密封, 不会因为喘振、振动、液体进入机体、密封齿之间结垢等原因而引起密封失效。

4应用与改进

1台法国进口离心式压缩机, 转速8200 r/min, 流量3900m3/h, 该压缩机曾经多次因迷宫密封失效而停机检修。

(1) 第一次改造。压缩机进行软金属迷宫密封改造, 考虑到软金属迷宫密封的加工误差和装配误差对密封性能的影响, 原始设计时软金属密封面内径尺寸比压缩机转子各密封齿外径尺寸小0.2 mm。密封改造后将转子回装至壳体内, 使轴向止推瓦在工作状态下, 长时间盘动转子, 使密封齿嵌入下隔板软金属密封面并磨合出密封槽。回装上隔板并使径向瓦达到工作状态, 长时间盘动转子, 使密封齿嵌入上隔板软金属密封面并磨合出密封槽。改造后该压缩机试运行, 由于软金属迷宫密封的密封效果优异, 压缩机工作效率得到提升, 轴向力得到了有效的控制, 止推瓦温恢复正常, 迷宫密封不会在恶劣工况下频繁失效。但由于密封齿嵌入软金属密封面较深, 在历次压缩机大修时无法检测止推瓦轴向间隙, 只能采用间接测量的方法来检测止推瓦轴向间隙, 形成设备隐患。

(2) 第二次改造。针对压缩机轴向瓦间隙无法检测的设备隐患重新进行了软金属迷宫密封的改造, 将软金属密封面和密封齿间隙设计为0.1 mm, 同样采用磨合下隔板软金属密封面和上隔板软金属密封面的方法, 使压缩机达到满足工作要求的状态, 个别隔板的软金属迷宫密封会因为加工误差和装配误差而使密封齿嵌入软金属密封面形成密封槽, 但嵌入的深度不大, 不会限制转子的轴向窜动。第二次改造后, 软金属迷宫密封使压缩机的效率得到了提升, 压缩机可以应对各种不利工况, 同时又消除了轴向瓦间隙无法检测的设备隐患。

摘要：离心式压缩机采用的软金属迷宫密封的结构及工作原理, 通过对软金属迷宫密封的研究分析, 总结出软金属迷宫密封在离心式压缩机的应用方法, 确保离心式压缩机机组长周期平稳运行。

关键词：压缩机,软金属迷宫密封,原理及应用

参考文献

[1]李和春.化工维修钳工[M].北京:化学工业出版社, 2009.

迷宫式密封 篇5

济南鲍德气体有限公司于2001年3月18日正式挂牌成立, 主要产品是氧气, 主导产品有氮气、氩气、压缩空气。公司目前拥有6台套制氧机, 具有13.5万m3/h的制氧能力, 制氧设备采用国际先进的工艺流程及具有国际先进水平的控制技术, 制氧装备水平和技术水平达到了国际先进、国内一流。公司质量检测仪器30余台套, 主要过程质量检验全部采用进口设备, 具有强大过程和最终产品的检验能力, 现已一举发展成为山东省气体行业规模最大、实力最强、市场占有率最高的大型专业气体生产经营企业。2005年, 我公司引进1台由林德工程 (杭州) 有限公司所提供的40 000 Nm3/h制氧空分设备, 该制氧机采用常温分子筛净化、空气循环增压、增压透平膨胀进下塔、全精馏制氩、液空全回流提取粗氪氙、氧、氩产品内压缩的先进工艺流程, 该空分设备投产后运行较为平稳。

2008年6月, 我公司的40 000 Nm3/h空分设备有1台工艺循环氩泵发生了迷宫密封磨损故障, 危及空分系统的稳定运行。经过细致分析查找故障发生原因, 然后采取相应的措施, 目前该泵能够稳定运行, 密封磨损故障再也没有发生。该泵的型号是ZP200-18-DC-CB-LABS-H-HF-SC, 设计流量60 550 Nm3/h, 电机型号是WNF160L-2, 电机功率18.5 k W, 额定转速2 940 r/min, 额定电流34.5 A, 频率50 Hz。此泵是电机通过刚性联轴器1直接连接泵的转子轴7, 泵体是依靠连接框架3与电机连接, 利用变频启动, 在一定转速下将液体介质输出, 从而满足工艺运行要求。图1是循环氩泵的结构示意图。

1 故障现象

2008年6月13日, 岗位点检人员发现循环氩泵P4566B轴封漏液严重, 在调节轴封处密封气压力后, 漏液情况没有明显变化, 随即开启备用泵P4566A, 然后对P4566B泵以及与其相连工艺管道进行加温吹扫, 加温吹扫完毕后对P4566B泵所安装的小冷箱进行扒砂, 最终将该泵拆卸。对P4566B泵解体后发现该泵迷宫密封磨损严重, 是造成漏液的直接原因。

2008年6月14日, 为了保证40 000 Nm3/h制氧机的可靠稳定运行, 检修人员没有仔细寻找磨损原因, 在完成该泵迷宫密封更换工作后, 重新将P4566B泵安装, 并按照操作规程要求进行试车, 试车时发现泵体异音较大, 迷宫密封处依然漏液。由此判断, 新换的迷宫密封再次被磨损。

2 事故原因分析

根据以上的设备事故现象, 公司决定彻查P4566B泵迷宫密封磨损的原因, 具体解决方案和步骤如下:

2.1 转子轴运转轨迹测量

以电机与泵体之间的连接框架为基准, 制作专用夹具, 使用百分表测量氩泵转子轴的径向跳动, 测量结果显示, 转子轴轴头处径向跳动为0.15 mm, 可以判断, 转子轴运转径向跳动是造成密封磨损的直接原因。

2.2 转子轴径向跳动原因分析

转子轴径向跳动, 可能存在的原因有以下2方面: (1) 转子轴弯曲或轴中间联接不同心; (2) 转子轴中心线与泵体中心线不同心。

我们对转子轴运转轨迹详细分析后认为, 转子弯曲情况下, 轴头运转的轨迹应该与泵体同心且沿圆周均匀, 而不是固定地偏向某一侧。为了进一步证明以上的分析结论, 我们将该泵的转子轴拆卸, 放到车床上用百分表进行径向跳动测量, 测量结果显示, 转子轴的径向跳动为0.02 mm, 故得到转子轴没有弯曲的结论。而且可以确认, 转子轴的径向跳动的结果是转子轴中心线与泵体中心线不同心造成的, 并且, 两轴线不平行。

2.3 转子轴中心线与泵体中心线不同心的原因分析

如图1所示, 该泵的转子轴是依靠电机的一副轴承定位的, 因此, 我们首先对轴承进行了检查。经检查, 确认电机轴承无异常。因此, 最终决定以转子轴为基准, 依次对电机定子端面法兰止口、连接框架、泵体进行检测, 寻找该液体泵迷宫密封磨损的根本原因。

(1) 以电机轴为基准, 测量电机定子端面法兰止口与电机轴的同心度, 经测量, 偏差是0.02～0.03 mm, 确认电机轴与定子之间装配正常;

(2) 以转子轴 (电机轴的延长) 为基准, 测量连接框架端面法兰止口与转子轴的同心度, 经测量, 同心度偏差为0.10 mm。

通过对上述测量的结果分析, 可以确认连接框架变形是造成该泵迷宫密封磨损的根本原因。经分析, 连接框架变形的原因主要有以下2个方面:

(1) 连接框架由4根空心不锈钢方管焊接而成, 强度较弱;

(2) 该泵采取的是卧式安装, 在安装时由于安装方法不合理, 泵体受到较大应力。

3 技术改造方案确定与实施

通过测量分析确认, 液体泵密封磨损的根本原因是连接框架变形, 因此, 整改的措施应该针对连接框架的变形。

确定的初步方案是:制作专用工具, 对连接框架进行外力矫正。但考虑到没有先进可靠的矫正设备, 无法保证矫正精度, 故此方案不切实际。

经过进一步讨论, 攻关小组将方案优化为:先尝试旋转连接框架的安装位置, 然后根据转子轴的径向跳动测量结果确定是否进行矫正, 具体的检修操作如下:检修人员先将连接框架安装方向旋转180°, 以转子轴中心为基准, 对连接框架端面法兰止口同心度进行测量, 结果是最大偏差为0.04 mm, 该安装偏差在允许范围之内。然后依次对泵体各部件进行安装, 安装完毕后对该液体泵进行试车前的手动盘车, 迷宫密封处没有异音, 故障得到解决。

不过为了提高此次试车的成功率, 我们还采取了以下几项措施:

(1) 将该液体泵所使用的密封气源由原来的氮气改为露点要求更高的氩气, 并且按设备使用说明调整好密封气的压力;

(2) 由于该泵是卧式安装, 液体泵蜗壳部分处于悬臂状态, 所以在安装该泵时, 要保证所有紧固螺栓处于自由状态下进行紧固, 以使该泵的连接框架不受较大的外力而变形;

(3) 关注该泵试车时的操作, 预冷前加温吹扫要彻底, 然后在确认泵体预冷充分的情况下再进行试车。

4 结语

总结本次处理故障的经验, 具体有以下几个方面:

(1) 要对故障现象进行认真分析, 然后采取有效的方案查找故障原因。在出现多种可能性原因时, 要做到冷静思考, 逐一排除次要原因, 抓住主要原因, 最终根据所查找到的原因采取切实可行的解决措施。

(2) 根据工艺和实际生产特点, 在整个故障处理过程中, 特别需要注意安全问题。首先, 对于低温设备的检修工作要注意防冻, 设备检修前一定要排液加温吹扫彻底;其次, 在液体泵所安装的小冷箱中检修属于受限空间作业, 要有专职的监护人员, 并且作业人员必须随时监测冷箱中的氧含量, 防止窒息;第三, 此类检修工作是在制氧机不停机的状态下进行的, 所以在实施作业前要有周密的工艺操作安全措施, 防止岗位人员误操作而造成对检修人员的伤害。

我们通过此次对循环氩泵P4566B的故障检修, 掌握了一些故障处理的方法和步骤, 积累了大量的现场工作经验, 受益匪浅。通过近3年的运行观察, 该泵至今没有再出现迷宫密封磨损的问题, 故障得到彻底解决。

参考文献

[1]李化治.制氧技术[M].北京:冶金工业出版社, 1997

迷宫式密封 篇6

管磨机作为水泥厂主要设备之一，其进料装置密封由下料斗导料筒和进料螺旋筒等件组成。下料斗导料筒由支架支承，相对磨机筒体静止不动，进料螺旋筒与管磨机中空轴联接，随同管磨机筒体上的中空轴旋转。物料经过下料斗流至螺旋筒连续向球磨机筒体内输送。由于下料斗导料筒与进料螺旋筒之间是间隙配合，特别是经物料磨损后其间隙将逐渐增大，不仅给生产上带来物料损失，而且会造成严重的粉尘污染，因此，间隙密封状况是进料装置设计中的难题。

1 几种进料密封形式

1.1 简易压板毛毡式（见图1)

1.下料斗导料筒2.螺栓3.压板4.毛毡5.进料螺旋筒

毛毡通过压板由螺栓与进料螺旋筒联接固定，毛毡附着在下料斗导料筒外圆面上起密封作用，这种密封结构简易，但由于毛毡随同螺旋筒旋转，造成毛毡与下料斗导料筒的摩擦磨损，其间隙将逐渐增大，而使毛毡失去应有的密封能力。其次，由于下料斗与螺旋筒轴向空间的局限，拆卸安装密封困难，难以频繁更换毛毡。

1.2 径向迷宫式（见图2)

1.下料斗导料筒2.螺栓3.固定密封环4.动密封环5.进料螺旋筒

动密封环由螺栓联接固定在进料螺旋筒端面上，固定密封环由螺栓联接在下料斗导料筒的端板上，管磨机工作时动密封环与固定密封环组成径向迷宫形式，能较好地起到密封作用，此种形式相对于图1密封寿命更长，但由于管磨机工作环境温度的变化以及迷宫槽尺寸的要求，此径向迷宫密封的配合只能由安装精度来保证，且拆卸安装密封困难。

1.3 轴向迷宫式（见图3)

密封架由螺栓联接固定在进料螺旋筒端面上，密封架内有两圈密封元件，密封元件由密封架上的数组径向分布的调节螺钉顶压，使其附着于下料斗导料筒外圆面上，管磨机工作时能较好地起到密封作用，但密封元件径向受力均匀程度只能由安装时的调节螺钉固定来保证。

1.下料斗导料筒2.密封元件3.调节螺钉4.螺栓5.密封架6.进料螺旋筒

2 自动补偿式迷宫密封原理与结构

自动补偿式迷宫密封是采用上述几种形式中效果较好的轴向迷宫式的基础上进行改进，增加了弹簧调节装置，利用弹簧弹性变形来克服零部件加工误差、环境温度的变化和设备安装精度的影响，使密封槽内密封元件能与下料斗导料筒密封面保持良好的弹性接触，达到密封严实不漏的效果。如图4所示，密封架由螺栓联接固定进料螺旋筒端面上，密封架两槽内装有密封元件，密封元件内圆面与下料斗导料筒外圆面接触，密封元件外圆面由密封架上径向分布的数组自动调节支架支承压紧，自动调节支架由调节螺母弹簧、摆杆、顶杆、支座、销轴等件组成，因每组自动调节支架由一只弹簧作用，两圈密封元件在该径向截面上受力相等，都能使密封元件与下料斗导料筒保持良好的接触而实现密封。

1.下料斗导料筒2.密封架(组合式)3.自动调节机架4.密封元件5.螺栓6.进料螺旋筒

3 结束语

迷宫密封机构在结构上的最大优点是密封偶件之间即使存在较大的间隙，也能有效地起到密封作用，而自动补偿式迷宫密封在一定范围内能自动补偿密封元件与下料斗导料筒密封面间弹性压缩量，密封效果更好，寿命更长。迷宫机构中的密封架零件由钢板制作，采用整体制作后径向剖开，装配维修容易，对水泥厂提高设备运转周期，防粉尘污染，增加效益的效果。

管磨机进料装置密封得好, 生产环境舒适;不好, 车间乌烟瘴气。作者带来的是自动补偿式迷宫密封装置。

摘要：通过对现有的管磨机进料装置密封几种形式的对比分析, 设计了一种自动补偿式迷宫密封形式, 较好地解决了管磨机进料处的漏灰问题。