談談三葉羅茨鼓風機機械動作中的泄漏原因

　　下文作者詳細介紹了羅茨鼓風機的工作原理和機械的結構特點，結合在工作實際動作中的情況，重點分析了羅茨鼓風機機械密封失效原因，及改進和處理措施，以下僅供參考。

　　《建筑機械化》(月刊)創刊于1980年，由中華人民共和國建設部主管，中國建筑科學研究院建筑機械化研究分院主辦，是中國質量協會工程機械分會、中國工程機械行業協會用戶工作委員會會刊，國內外公開發行，是介紹工程機械、建設機械、機械化施工及行業信息的綜合性科技期刊，是國內同類刊物中創刊時間早、發行范圍廣、實用性強、影響力大的權威性雜志。

　　1　三葉羅茨鼓風機工作原理

　　機械作業中的羅茨鼓風機是一種回轉容積式風機,其工作原理是通過2個腰形轉子呈反方向等速旋轉的同時，并依靠葉輪與葉輪之間、葉輪與機體之間的間隙,使吸氣腔和排氣腔基本隔絕。最后借助葉輪的旋轉,推動機體容積內氣體,完成吸氣、壓縮、排氣過程。當上側轉子順時針轉動時,下側轉子逆時針轉動,氣體從左側吸入,隨著旋轉時形成工作容積的減小,氣體受到壓縮,最后從右側出口排出,達到鼓風目的(其工作原理見圖1)。

　　鼓風機輸風量與回轉數成正比,當出口阻力變化時,輸送風量不會因之而受顯著影響。羅茨鼓風機結構簡單、效率高,而且工作轉子無須潤滑,廣泛用于輸送有毒有害、易燃易爆、具有腐蝕性的氣體。

　　2　故障狀況分析

　　2.1　故障狀況

　　某工程采用3HD-125N型羅茨鼓風機(結構簡圖見圖2)輸送氯化氫氣體。

　　鼓風機風葉為三葉漸開線直線形,軸端密封采用機械密封,機械密封潤滑方式為油站強制循環,油密封采用非接觸式密封加V形圈密封。采用上側進氣、下側排氣方式。投用后連續出現機械密封靜環面開裂、小面積崩碎,靜環不能在靜環腔內自由伸縮,風機軸與機械密封動環O形圈接觸處磨損嚴重,機械密封出現內漏或外漏等情況,影響裝置的安全穩定運行。

　　2.2　故障分析

　　分析該鼓風機結構、現場工藝狀況后,認為故障率偏高的原因有以下3個方面。

　　圖2　3HD-125N型羅茨鼓風機結構簡圖

　　1-機械密封定位軸套;2-機械密封前靜環組件;3-機械密封動環組件;

　　4-密封襯套; 5-機械密封后靜環組件; 6-靜環壓蓋;

　　7-背帽; 8-軸承; 9-軸承座; 10-副油箱; 11-副墻板;

　　12-機殼; 13-側板; 14-墻板; 15-主油箱; 16-從動轉子;

　　17-從動齒輪; 18-主動轉子; 19-主動齒輪

　　(1)氯化氫氣體中雜質及水分含量超標。雜質和水分混合后易形成黏稠狀沉積物,附著在風葉上造成風機卡死;風機腔體內、與介質接觸的機械密封靜環內表面積渣嚴重,導致密封面損壞。

　　(2)機械密封結構設計欠合理。采用的N型雙端面機械密封的壓縮量偏大;靜環座內的O形圈偏粗,機械密封彈簧彈性不足,靜環無法在靜環座內自由滑動,導致機械密封泄漏。

　　(3)機械密封動環裝配方式設計不當。機械密封動環無法在風機轉子軸上進行定位,機械密封動環與軸發生相對轉動,當動環內O形圈受到扭轉而失效,或風機轉子軸相應配合部位磨損后,氯化氫氣體直接從動環內O形圈與軸接觸處泄漏。

　　3　改進措施

　　(1)在風機的進、出口安裝過濾網,嚴格控制氯化氫中固體顆粒的含量,使其質量濃度不超過100mg/m3;同時,嚴格控制氯化氫氣體中的水含量,防止積渣、腐蝕設備。

　　(2)調整機械密封的壓縮量,改變靜環O形圈、機械密封彈簧的尺寸。該鼓風機使用的是RRD-N-65型雙端面機械密封(結構見圖3),實際測得固定腔體的尺寸為33 mm,機械密封未壓縮前尺寸為39 mm,因此機械密封單邊的實際壓縮量為(39-33)÷2=3(mm),而此機械密封設計的單邊總壓縮量為2. 8 mm,故實際壓縮量偏大是導致機械密封容易損壞的直接原因。改進后將介質端靜環座背側由10 mm車削至9. 0 mm,即介質端實際壓縮量調整為3-(10-9)=2(mm)。為防止氯化氫氣體的泄漏,增大了大氣側機械密封壓縮量,將大氣側靜環座背側由10 mm車削至9. 5 mm,即大氣側實際壓縮量調整為3-(10-9. 5)=2. 5(mm),并減小靜環座內O形圈直徑,增大機械密封彈簧鋼絲直徑,使靜環在靜環座中自由滑動。

　　圖3　RRD-N-65型機械密封結構示意圖

　　(3)改進機械密封裝配工藝。RRD-N-65型機械密封動環在軸上的固定方式比較特殊(詳見圖2),背帽產生的軸向預緊力依次通過軸承內圈、密封襯套作用在機械密封動環上,使機械密封動環與風機軸不發生相對運動。通常的安裝順序是:內靜環組件→動環組件→密封襯套→外靜環組件→軸承座→軸承→背帽。由于密封襯套與軸采用過盈配合,加熱后才能裝進,當安裝完軸承組件鎖緊背帽時,密封襯套已冷卻并與軸抱死,背帽產生的軸向預緊力不足以推動密封襯套來壓緊機械密封動環,從而使動環處于浮動狀態;同時,在靜環腔體內彈簧彈力的作用下,運行過程中機械密封動環及動環內O形圈相對風機軸轉動,導致動環內O形圈和軸相互磨損。為解決此問題,加工鋼制頂管,軸套熱裝到軸上后,將頂管裝到密封襯套外側,用背帽鎖緊,待密封襯套冷卻后取下背帽,再進行后續安裝。這樣,徹底消除了動環不能安裝到位的問題。

　　該鼓風機共有4套雙端面機械密封,密封面多達8個,一次性安裝難以保證所有機械密封均處于完好狀態,利用閑置材料制作機械密封靜壓試驗平臺,在很大程度上保證了檢修質量,降低了安全運行的風險。

　　4　效果

　　改進后,檢修頻率從連續運行15~30天檢修1次提高到連續運行六七個月檢修1次,檢修人員勞動強度、檢修成本大幅度降低,設備運行的穩定性明顯提高。

　　參考文獻

　　[1]任曉善.機械維修手冊(中卷)[M].北京:化學工業出版社, 2010.