新型環冷機密封裝置的設計與應用

李 偉，秦 興，劉 霞

（山東萊蕪煤礦機械有限公司，山東 萊蕪 271100）

1 缺陷分析

經過一定區域范圍內的實地調查，并基于此前相關的研究數據資料，環冷機裝置的基礎設計問題是造成傳統環冷機密封性不強的直接與根本原因。在傳統環冷機的設計中，常常采用橡膠材質的零部件在環冷機密封板與臺車底端皮層之間進行機械式的密封處理，共有兩層密封屏障。第一層裝置密封形成于環冷機基本骨架上錐形板和臺車底端接觸、相互擠壓之時；第二層裝置密封形成于環冷機骨架靜態的密封皮層和臺車表面動態的密封板相互接觸擠壓過程中[1]。

在實際生產與設備使用過程中，這樣的裝置設計方式會具有以下幾方面的問題。

（1）傳統的環冷機基于兩種不同形狀封皮或封板相互咬合而形成的第一層密封設計存在一定的設計缺陷，直接決定了傳統環冷機較差的氣密性。大部分傳統鼓風環冷機裝置中的骨架均為圓心結構，且其多個骨架均有相同的圓心，因此固定于骨架上的靜態密封板也為弧形；傳統環冷機裝置中的臺車部分外側為直線型結構。基于這一設計方式進行生產的環冷機的難以進行嚴格擠壓而產生良好的氣密效果，且通過擠壓方式而實現的密封方式會因為擠壓程度與頻率不均勻而導致設備的變形等損傷。

（2）由于臺車持續性的徑向活動，臺車表面覆蓋的動態與靜態密封板之間的貼合性不強，直接影響了環冷機氣密性良好的控制。許多鋼廠及其他環冷機使用單位普遍存在，由于設計施工過程中追求較快速度而導致設備建造與安裝精確度不高的現象。環冷機內部裝置運動軌道、臺車安裝位置以及回轉結構等安裝精度不高將直接導致回轉框架在正常運動過程中軌跡不正。受到這一現實設備條件的影響，臺車部件的運行會呈現橢圓形的不定向運動，并伴隨有持續性不規律的徑向運動，最終使得臺車表面動態及靜態兩層密封板出現擠壓過度及擠壓不足的情況的經常性發生，不僅使得設備磨損加劇，也造成了環冷機設備較差的密封條件。

上述兩點裝置設計不足之處使得傳統鼓風式環冷機在生產、安裝以及使用過程中對環境條件、使用方式以及設備制作材料均具有較為嚴苛的要求。一方面，由于傳統環冷機設計方式的先天缺陷，該環冷機裝置的整體的氣密性并不能達到較好的效果；另一方面，傳統環冷機在安裝過程中存在的精度誤差，會在接下來的設備使用階段層級放大，最終導致設備的大程度磨損，并加劇設備漏風漏氣的問題。有研究人員針對我國現階段鋼鐵生產行業的鼓風式環冷機的使用情況進行了大范圍的調查，研究調查表明我國目前所使用的環冷機設備均存在一定程度的密封性問題，問題暴露和影響的程度因設備部件制作工藝、裝置安裝精度以及設備運行時的外界環境條件的不同而呈現顯著的差異性。部分設備使用單位對環冷機設備進行改裝，這種改裝本質上是改良性質的，并不能從源頭上解決設備的氣密性不佳的問題，隨著設備的持續性使用，臺車以及回轉框架等設備組件一定會出現變形的狀況，設備安裝的精度也逐漸會偏離原來的設備設計與使用要求[2-4]。

2 設計理念

總結部分生產單位的使用經驗以及前期的研究數據資料，傳統式環冷機的密封性問題具體表現為以下幾點。首先，環冷機設備氣密性不強、使用過程中廢氣泄露問題嚴重，這一問題產生的原因為設備煙罩處長時間受熱而導致的變形、設備徑向運動而導致的密封皮層及密封板接觸松散等。其次，由于設備內部組件磨損較為嚴重，臺車與煙罩之間的橡膠材質的密封板的使用周期十分有限，在設備正常運行的條件下，每個季度至少要換一次密封板。此外，環冷機內部裝置設計的不合理導致了兩個密封面相互擠壓過程中產生較為嚴重的磨損，并加劇了臺車運動的負載。最后，橡膠材質的密封板更換流程較為復雜，既浪費了物力人力，又不利于生產單位的持續、高效生產。針對以上幾點問題，本新型環冷機的設計重點在于解決環冷機裝置的密封性問題，并通過一種拆卸更換便捷的密封方式充分解決了橡膠密封板換裝周期短、環冷機整體密封性差、余熱利用率不高、裝置生產與使用成本較高的問題。

3 設計方案及特點

（1）設計方案。在該新式環冷機密封裝置的設計中，裝置良好氣密性的實現主要依靠兩道屏障。三塊固定于煙罩末端與臺車頂端之間的鋼制密封板為保護裝置良好氣密性的第一道屏障，三塊隔熱鋼制密封板間隔一定間隙，對臺車及其他環冷機組件的正常運行不造成影響。在設備的正常運行過程中，熱氣依次沖擊到三塊鋼板上，具有一定的密封作用，且能夠阻隔部分顆粒物以及熱氣。由耐高溫耐磨損特種橡膠制成的密封板與斜插的圓形鋼板組成了保護裝置良好氣密性的第二道屏障，該橡膠密封板具有可以進行位置調整的孔洞，并用活動銷鎖進行固定，有效縮減了臺車與煙罩之間的縫隙，增強了裝置的氣密性。且在傾斜鋼板上焊裝圓鋼的設計可以將兩個密封板之間的弧形接觸改變為線型接觸，有效降低了因密封板相互擠壓而造成的設備損傷，不僅為設備使用單位降低了生產能耗，還極大程度增加了橡膠密封板的使用壽命。此外，橡膠材質密封板上的活動孔隙的設計還能夠降低換裝密封板的難度與時間，具有經濟性強、便捷性強的優勢[5]。

（2）密封裝置特點。該環冷機的新式密封裝置具有以下幾點優勢。①拆裝容易，使用便捷強性。當設備操作人員發現環冷機在使用的過程中存在磨損、漏氣等現象時，傳統的環冷機只能在停止運轉以后才可以進行密封圈的更換，且人員需要進入臺車內進行拆卸處理且需要拆除較多的螺母和螺絲等配件。而這一密封設計可以使操作人員在設備運行階段就能夠進行橡膠密封圈的更換。②耐用性強，延長了橡膠密封板的使用壽命。橡膠密封板上的孔洞設計能夠使密封板的位置進行一定程度的調整，從而大大提高了其使用壽命。在實際設備使用過程中，操作人員可以在發現密封板部分磨損、破裂后，可以將橡膠板進行位置調整，向下移動使得完整部分的橡膠板移至與圓鋼的銜接處，這樣就可以繼續正常使用。通常，該密封裝置的設計能夠使得橡膠密封板具有5厘米的位置調節區間。③兩層密封結構，對橡膠板形成良好的保護。傳統環冷機的工作過程中，橡膠密封板直接受到高溫廢氣的沖擊，容易被熱氣與巨大的顆粒物造成損傷。在新式的環冷機密封裝置中，三層鋼板的設計阻擋了大部分熱氣與顆粒物的沖擊，有效保護了橡膠密封板，在一定程度上增加了密封板的使用時長，降低了生產成本。④減少摩擦力，降低設備耗能。由于在臺車與密封板銜接處增加了圓鋼，兩密封面之間的接觸改變為線型接觸，有效減少了設備兩組成部件之間的摩擦力，降低了臺車的運行負載，減少了設備使用過程中的能耗。

4 設備應用效果

在環冷機使用新式密封裝置后，環冷機冷卻工作質量有了較為顯著的改變，并形成了良好的生產效果。自設備改造后，環冷機漏氣現象得到了很大程度的改善，有毒有害氣體與顆粒物的泄露率呈直線型下降，有效增強了工廠工作環境的安全性。在企業生產方面，該新式密封裝置也產生了較為明顯的經濟效益。一方面，橡膠密封板的使用壽命得到了很大程度的延長，生產成本下降，設備生產及其人員組織情況也變得更為有序、科學化。另一方面，由于降低了設備荷載，企業設備的耗能問題也得到了一定的緩解[6]。

5 結語

綜上所述，傳統的環冷機兩種不同形狀封皮或封板相互咬合不完全的密封設計，以及其有臺車持續性徑向活動導致的動態與靜態密封板之間的貼合性不強，是導致環冷機整體氣密性不強的根本設計原因。基于上述幾點現實問題，本新型環冷機密封裝置通過一種拆卸更換便捷的密封方式解決了環冷機裝置的密封性問題。該密封裝置具有使用便捷強性，耐用性強，兩層密封結構保護橡膠板，減少摩擦力、降低設備耗能等特點。