作者：王德忠[1]；季玉茹[2]
[1]吉林化工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院； [2]吉林化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院
摘 要：本文分析了擠壓式造粒機(jī)中輥輪迷宮密封的失效原因，介紹了梯形迷宮密封的改造方案與改造后的生產(chǎn)運(yùn)行結(jié)果。
關(guān)鍵詞：輥輪；迷宮密封；擠壓造粒；失效
擠壓造粒機(jī)廣泛應(yīng)用于化肥、飼料及化工行業(yè)，輥輪是造粒機(jī)的關(guān)鍵部件。由于輥輪的軸承經(jīng)常損壞，不得不經(jīng)常檢修更換，嚴(yán)重影響了企業(yè)的正常生產(chǎn)。
1 輥輪的密封
輥輪的密封如圖1所示是一組合密封，即由一次密封的迷宮密封和二次密封的唇形密封共同組合而成。
迷宮密封廣泛應(yīng)用于完成高速運(yùn)轉(zhuǎn)的具有極大的速度差的汽輪機(jī)、離心機(jī)等流體機(jī)械的密封，但也可應(yīng)用于造粒機(jī)和中速煤機(jī)上。其主要作用是利用曲折的直角線及運(yùn)動(dòng)的離心力增大阻力阻止粉體顆粒的進(jìn)入，從而保護(hù)唇形密封。唇形密封利用彈簧壓力使橡膠與軸緊密接觸而形成對(duì)份體顆粒的密封。
1.1 大粒徑粉體的密封
由密封的動(dòng)盤(pán)與靜盤(pán)形成狹窄的縫隙，一般為軸向間隙為0.3mm，徑向間隙為1.5mm這樣可以阻止d>0.3mm粉體顆粒進(jìn)入迷宮密封室。
1.2 小粒徑粉體的密封
由于動(dòng)盤(pán)以300～400r/min轉(zhuǎn)動(dòng)，形成α=γω2的離心力場(chǎng)，進(jìn)入迷宮密封室的d<0.3mm體顆粒物料則會(huì)產(chǎn)生離心力f =m·γω2，方向是離心的，所以可以阻止小直徑的顆粒進(jìn)入，這樣就形成了對(duì)唇形密封的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)迷宮密封的作用。唇形密封則可以阻止進(jìn)入迷宮密封的小直徑的顆粒進(jìn)入軸承。迷宮密封與唇形密封聯(lián)合作用實(shí)現(xiàn)了輥輪的密封，保護(hù)了軸承。
2 軸承失效原因分析
觀察失效的軸承圖2，可以看到在失效軸承的內(nèi)外圈之間有大量粉體物料存在。從圖3看到唇形密封槽內(nèi)也有大量粉體物料存在而且唇形密封已完全失效。正是由于唇形密封的失效使得粉體物料進(jìn)入到軸承的內(nèi)外圈之間造成軸承的內(nèi)外圈的磨損并Z終導(dǎo)致軸承失效。
可見(jiàn)引起軸承失效的主要原因是密封失效，密封失效是承擔(dān)主要密封作用的二次密封即唇形密封的失效，而造成唇形密封失效的根本原因是一次密封的迷宮密封的失效或效果不理想。
3 迷宮密封失效的原因分析
圖4為失效的迷宮密封，在直線形迷宮槽內(nèi)存有大量的粉體物料且很硬幾乎將槽塞滿，導(dǎo)致該迷宮密封完全失效。 其原因分析如下：
(1) 粉體具有壓力，其表達(dá)式可以使用Jans-sen公式求得，
Janssen公式：
由此式可知其粉體壓力P正比于粉體的深度，由于輥輪浸于粉體物料顆粒之中，這樣就會(huì)有一些顆粒在粉體的壓力作用下克服離心力及縫隙阻力進(jìn)入迷宮密封室并對(duì)唇形密封形成威脅。
(2) 由于布料器為四爪單層的結(jié)構(gòu)，存在著布料缺陷，使得粉體顆粒物料分布不均勻并呈波浪形，由Janssen公式可知其粉體會(huì)形成脈動(dòng)的壓力，過(guò)大的脈動(dòng)壓力使得一部分顆粒進(jìn)入密封室，對(duì)唇形密封形成威脅。
(3) 開(kāi)停車(chē)的影響。 在正常狀態(tài)下，顆粒受離心力f=m.γω2的影響很難進(jìn)入密封室，但在開(kāi)停車(chē)時(shí)其離心力場(chǎng)不存在或很小，而粉體靜壓仍存在，所以使得部分粉體顆粒進(jìn)入密封室，對(duì)唇形密封構(gòu)成威脅。
(4) 直線形迷宮密封的結(jié)構(gòu)存在缺陷。由于上述原因而進(jìn)入的粉體顆粒在離心力f=m.γω2的作用下使顆粒作離心運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)密封，但由于環(huán)形迷宮密封的內(nèi)環(huán)面與離心力f=m.γω2的方向成直角，而粉體顆粒存在安息角則必然形成顆粒的堆積。隨時(shí)間推移粉體顆粒必然向內(nèi)侵入，Z終導(dǎo)致唇形密封失效。
4 迷宮密封的改造
4.1 結(jié)構(gòu)改造
由上述分析可知，直角折線型迷宮密封雖可有效地阻止d>0.3e 的粉體顆粒的進(jìn)入，但只能阻止部分d<0.3e粉體顆粒的進(jìn)入，而且長(zhǎng)期使用會(huì)形成顆粒堆積，從而造成密封失效而導(dǎo)致軸承失效。
基于上述原因?qū)γ詫m密封的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，如圖5所示，即將直角形迷宮密封改為梯形迷宮密封，同時(shí)改變迷宮密封內(nèi)表面的光潔度或加涂層以減少其摩擦力，使物料的脫出更容易。
迷宮密封的梯形角根據(jù)物料的不同而不同，也就是依據(jù)其安息角加以設(shè)計(jì)，一般為π/6～π/3.6。粉體細(xì)小顆粒的進(jìn)入，客觀上無(wú)法完全防止，但通過(guò)梯形角的設(shè)立改變了安息角，可以使進(jìn)入的顆粒難以形成堆積，同時(shí)離心力f的方向與梯形面形成π/3～π/4.5角，加大了離心力對(duì)堆積顆粒的剪切作用，使其堆積更難以形成，從而使密封室內(nèi)的顆粒在離心力f的作用下向外作離心運(yùn)動(dòng)，保證了唇形密封的安全。
將四爪單層的布料器改為四爪雙層的結(jié)構(gòu)，減少布料的波動(dòng)，防止布料不均勻形成過(guò)大的粉體靜壓。
4.2 操作規(guī)程的改進(jìn)
(1) 開(kāi)車(chē)程序： 開(kāi)車(chē)空運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)正常后進(jìn)料；
(2) 停車(chē)程序：停止進(jìn)料，物料擠出干凈后停車(chē)。
5 改進(jìn)后的結(jié)果
改進(jìn)(e=0.25mm，f=1.0mm梯型角為π/4)的迷宮密封應(yīng)用于輥輪后，其檢修周期由2～3周延長(zhǎng)為5～6周，即延長(zhǎng)壽命2倍以上。
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