化工用鼓風(fēng)機密封修復(fù)及性能對比

盧棟林　王崇國　胡啟峰

摘 要：迷宮密封是流體機械中應(yīng)用非常廣泛的一類非接觸式密封。迷宮密封被做成各種形狀的曲折通道，通過增加流體流動的局部動能損失來減少流體的泄漏量。為了防止大型進(jìn)口二氧化硫鼓風(fēng)機備件行業(yè)壟斷和減少檢修成本，針對風(fēng)機密封泄露問題，技術(shù)人員對密封結(jié)構(gòu)和材料進(jìn)行了認(rèn)真分析和研究，通過多次實驗，成功的加工出了自制密封，代替原有進(jìn)口密封。新密封安裝后，消除了鼓風(fēng)機故障，增加了風(fēng)機出口流量，提高了風(fēng)機運行效率，減小了風(fēng)機振動，降低了風(fēng)機噪音，節(jié)約了成本，縮短了檢修時間，延長了風(fēng)機使用壽命。

關(guān)鍵詞：鼓風(fēng)機;密封;修理

0 前言

冶煉煙氣制酸工藝的核心設(shè)備是二氧化硫鼓風(fēng)機，該設(shè)備的平穩(wěn)可靠運轉(zhuǎn)，是整個制酸系統(tǒng)穩(wěn)定運行的保障。[1]國內(nèi)制酸企業(yè)使用的二氧化硫鼓風(fēng)機，大多數(shù)進(jìn)口西門子公司的設(shè)備以及配套軟硬件產(chǎn)品。進(jìn)口二氧化硫鼓風(fēng)機國外技術(shù)壟斷，使國內(nèi)企業(yè)在設(shè)備維護(hù)方面缺乏主動性，鼓風(fēng)機檢修完全依靠國外技術(shù)和外國工程師，因此增加了檢修成本，延長了檢修時間，很大程度上影響了企業(yè)運行的經(jīng)濟性。

金川公司化工廠通過理論研究和長期實踐摸索，在進(jìn)口二氧化硫鼓風(fēng)機國產(chǎn)化技術(shù)改造和工藝匹配化技術(shù)改造方面大膽創(chuàng)新，勇于嘗試，系統(tǒng)研究了大型進(jìn)口二氧化硫鼓風(fēng)機性能優(yōu)化技術(shù)，打破了國外技術(shù)壟斷和封鎖，降低了進(jìn)口設(shè)備維護(hù)費用，提高了維護(hù)主動性與計劃性。

1 鼓風(fēng)機軸封泄漏改進(jìn)的技術(shù)研究

1.1 迷宮密封的機理

迷宮密封是在轉(zhuǎn)軸周圍設(shè)若干個依次排列的環(huán)行密封齒，齒與齒之間形成一系列截流間隙與膨脹空腔，被密封介質(zhì)在通過曲折迷宮的間隙時產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)而達(dá)到阻漏的目的[2]。

迷宮密封是流體機械中應(yīng)用非常廣泛的一類非接觸式密封。迷宮密封被做成各種形狀的曲折通道，通過增加流體流動的局部動能損失來減少流體的泄漏量。[3]氣體從高壓側(cè)以極高的流速流經(jīng)節(jié)流窄縫，再進(jìn)入迷宮腔膨脹，從而消耗氣體流經(jīng)窄縫形成的動能，如此經(jīng)過多次節(jié)流和膨脹產(chǎn)生阻力，阻止氣體向外泄漏，因此達(dá)到密封的目的。[4]

迷宮密封特點：

①盡量使煙氣的動能轉(zhuǎn)化為熱能，而不使余速進(jìn)入下一個間隙。齒與齒之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)木嚯x，或用高-低齒強制改變氣流方向。理論上要求齒間距一般為5～9mm;[5]

②密封齒要做得盡量薄，并帶銳角。齒尖厚度應(yīng)小于0.5mm，運行中偶爾與軸相碰時，齒尖會先磨損而脫離接觸，不會因摩擦出現(xiàn)軸的局部過熱而造成事故;[6]

③對密封材料的基本要求是具有一定的力學(xué)性能、彈性、適當(dāng)硬度、耐高溫和低溫、與工作介質(zhì)相適應(yīng)、耐氧性和耐老化性好、耐磨損、易于成形加工。[7]

1.2 風(fēng)機密封情況分析

該風(fēng)機密封安裝于蝸殼與轉(zhuǎn)子主軸之間，為迷宮式碳環(huán)密封結(jié)構(gòu)。該二氧化硫鼓風(fēng)機正常運行時，已發(fā)現(xiàn)密封有泄漏現(xiàn)象，經(jīng)過對密封間隙實際測量，發(fā)現(xiàn)其間隙為 0.58mm。而說明書要求的迷宮密封的設(shè)計徑向間隙為0.314～0.428mm，實測間隙值超出設(shè)計間隙范圍，因此需要對迷宮密封進(jìn)行技術(shù)處理。

1.3 密封改造

該二氧化硫鼓風(fēng)機為進(jìn)口設(shè)備，而設(shè)備備件的及時供應(yīng)是制約正常生產(chǎn)的重要因素，過多的依賴進(jìn)口備件，只會制約化工廠連續(xù)生產(chǎn)。由于檢修工期較緊，再加上該設(shè)備投用多年，結(jié)構(gòu)特殊，國外原供應(yīng)商已經(jīng)很少對該設(shè)備批量生產(chǎn)備件。供應(yīng)的備件也是按需加工，不會有庫存，申報備件需要有充足的時間。此時能合理實施備件國產(chǎn)化改造或代用是非常有必要的，在時間上和經(jīng)濟上都是非常有利的。

軸封國產(chǎn)化的可行性分析：

首先，隨著國家改革開放和經(jīng)濟發(fā)展，我國目前已經(jīng)有較高的機械加工能力與技術(shù)水平。[8]金屬材料領(lǐng)域的發(fā)展也非常迅速，各種合金的加工廠家與研究單位越來越多。[8]鋁合金密度低，塑性好，強度高，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，廣泛使用于航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中。[9]

其二，化工廠技術(shù)人員在2008年時曾對一臺國有風(fēng)機密封做過改造，改造后試用效果較好。因此技術(shù)人員對照之前的改造圖紙，從迷宮密封的機理、參數(shù)測量、設(shè)計等方面進(jìn)行了綜合分析和計算，重新加工出一套迷宮密封（工程圖見圖1，現(xiàn)場圖見圖2）。

計算方法如下：

H/R=0.0225，b/R=0.0015，h1/R=0.05，h2/R=0.0275，t1/R=0.0775，t2/R=0.02，t3/R=0.0325，L1/R=0.3，L2/R=0.058，s/R=0.0015～0.004，R為200mm。

S實際加工數(shù)據(jù)為0.38mm（在說明書中要求的間隙0.314～0.428mm范圍內(nèi)）。

1.4 密封改造后效果對比

密封改造后，設(shè)備運行平穩(wěn)，生產(chǎn)系統(tǒng)各項指標(biāo)運行正常，并實現(xiàn)了達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)[10]，表1為風(fēng)機帶負(fù)荷運行改造前后技術(shù)指標(biāo)對照表：

除對運行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較外，技術(shù)人員對二氧化硫鼓風(fēng)機前、后運行狀況與特性曲線也做了對比（圖3），結(jié)果如下：

改造前后二氧化硫鼓風(fēng)機性能參數(shù)對比分析結(jié)論：

改進(jìn)前風(fēng)機運行工況點用圖3中藍(lán)色圓點表示，改進(jìn)后風(fēng)機運行工況點用圖3中紅色圓點表示。從二氧化硫鼓風(fēng)機性能曲線圖表中看，改進(jìn)前風(fēng)機雖然在性能曲線要求范圍內(nèi)運行，但從Q-T曲線看，運行工況點已經(jīng)接近風(fēng)機性能曲線范圍邊緣;從Q-P曲線看，出口壓力卻達(dá)不到工藝要求。改進(jìn)后運行工況點，溫度由原來的78℃下降到52℃左右，出口壓力增加到180mbar左右，不僅在性能曲線范圍內(nèi)運行，而且工況點已經(jīng)非常接近風(fēng)機高效運行區(qū)（圖3中陰影部分）。

改進(jìn)后的二氧化硫鼓風(fēng)機在接近高效區(qū)域內(nèi)運行，對設(shè)備的長期穩(wěn)定運行提供了可靠的保證，提高了機器的效率。

二氧化硫鼓風(fēng)機流量增大。改進(jìn)后二氧化硫鼓風(fēng)機流量保持在140000Nm3/h左右，基本在風(fēng)機設(shè)計流量附近運行，從運行參數(shù)的檢測情況來看，二氧化硫鼓風(fēng)機雖然在設(shè)計最大工況下運行，但是風(fēng)機本體及各附屬設(shè)備的運行效果良好，軸的振幅保持在40μm以下，相比改進(jìn)前的振動數(shù)據(jù)有大幅下降。

2 結(jié)論

風(fēng)機迷宮密封改進(jìn)后，機器運行效果良好，各項指標(biāo)及效率均有所改進(jìn)。增加了風(fēng)機出口流量，提高了風(fēng)機運行效率，減小了風(fēng)機振動，降低了風(fēng)機噪音，節(jié)約了成本，縮短了檢修時間，延遲了風(fēng)機使用壽命，達(dá)到了二氧化硫鼓風(fēng)機整體性能提高的目的。

通過對比檢修前后機器運行參數(shù)，證明本次密封改造是成功的，為以后進(jìn)口設(shè)備的備件國產(chǎn)化奠定了一定的基礎(chǔ)，具有一定的技術(shù)推廣價值。

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