組合型密封結構在臥螺離心機上的應用

                            周成蹊　李　琛　錢　青　錢健航

                     (上海市離心機械研究所有限公司　上海200231)

    摘要：臥螺離心機在處理污水時,污水易透過間隙進入軸承工作腔,造成軸承損壞。對臥螺離心機密封結構進行改造,采用新型孔用骨架油封,與O型密封圈配合,構成組合型密封結構,解決滲水問題引發的軸承使用壽命縮短的問題。

    關鍵詞：臥螺離心機;孔用骨架油封;組合型密封

    中圖分類號：TB42　文獻標識碼：B　文章編號：0254-0150 (2010) 11-130-3

    由于臥螺離心機可連續工作、能源消耗低、成本投入少、工作環境相對干凈等特點,其在城市污水處理行業中得到廣泛應用。但由于污水處理行業的工況相對惡劣,處理的污水有一定的腐蝕性,且臥螺離心機原有設計中采用的密封結構針對性不強,污水易透過間隙進入軸承工作腔,造成軸承的損耗,使軸承有效工作時間未達到設計要求,進而影響了機器的正常運作。

    1　臥螺離心機的工作原理

    污水直接通入離心機的轉鼓與螺旋的工作腔體中,根據顆粒物質與水密度的不同,在機器轉鼓旋轉產生的離心力作用下密度大的顆粒物質沉降到轉鼓壁上,使固液分離。通過螺旋的推料作用,使雜質從固相口出料,水通過溢流從液相口流出。如圖1所示為離心機基本結構原理。

               

    2　臥螺離心機工作時存在的問題及原因分析

    臥螺離心機直接與污水接觸,如果軸承工作腔密封條件不好,在運行過程中可能使污水滲入軸承的工作腔,潤滑油與水接觸,導致性質改變,使軸承失去油膜保護,形成干摩擦;同時,污水中的腐蝕性物質對軸承會有很強的破壞性,直接導致軸承的損壞。臥螺離心機原有密封結構如圖2所示。根據臥螺離心機的工作環境,結合現場情況分析認為,離心機在正常工作下,由于旋轉產生離心力,使污水緊貼轉鼓壁,在沒有發生堵料以及出水口堵塞的情況下,污水不會與軸承旋轉工作部件表面接觸,更不可能滲透到軸承工作腔中(腔體B)。但在停機過程中,隨著機器轉速降低,離心力也降低,可能導致緊貼轉鼓壁的未處理污水殘留以及清洗水混合液由于重力影響向下掉落,與軸承旋轉工作部件表面處接觸。圖2中油封由于其固定端也是旋轉件,在機器停止工作前,由旋轉所產生的離心力也可能使密封唇向外擴張,使唇與軸之間產生間隙,混合液從間隙處進入工作腔體B內,與軸承接觸,導致軸承失效損壞。

             

    3　臥螺離心機密封結構的改進

    3·1　油封的改進

    普通油封,以骨架油封為例,其結構如圖3所示。普通油封多以孔作為定位面,靠唇與軸的接觸達到密封目的,這種結構在定位孔不作旋轉運動、軸為旋轉件的場合應用十分廣泛。

              

    由于臥螺離心機不僅與油封唇接觸的軸在旋轉,連油封定位處的轉鼓也是旋轉件,因此普通型油封不能滿足密封要求。根據離心機的特點,研制了一種具有針對性的新型孔用油封,結構如圖4所示。新型孔用油封是以軸進行定位,以唇與孔的結合而達到密封效果。這是根據臥螺離心機螺旋與轉鼓都是旋轉件的特點設計的,當機器在旋轉過程中,產生的離心力會使新型孔用骨架油封唇緊貼轉鼓上與之接觸的孔,使混合液無法通過該間隙滲入;當機器停止工作,由于新型孔用骨架油封的彈簧力作用,仍然可以使油封唇緊貼孔壁。如圖5所示。

               

    采用新型孔用油封,無論是在機器運轉過程中還是在停機前的清洗以及停機等待的時間內,混合液都不會通過間隙進入軸承工作腔中。

    3·2　密封結構的改進

    3·2·1　組合型密封結構的設計

    在保留原有密封結構的基礎上,采用新型孔用骨架密封密封軸與孔的間隙,用O型密封圈密封兩結合端面,即動靜密封相結合的組合型密封結構,如圖6所示。

               

    混合液在重力作用下下落到頂蓋上,部分飛濺到新型孔用骨架油封,由于自身的彈簧存在的向外張力以及旋轉所產生的離心力使密封件的唇口緊貼螺旋壁,使液體無法進入腔體A中,即使轉鼓旋轉所產生的離心力使油封的唇口擴張力超過了其自身彈簧所產生的收縮力,而使唇口脫離螺旋軸,由于腔體A中無液體進入,所以不會有液體通過腔體A進入軸承工作腔體B中,而導致潤滑油失效及軸承腐蝕。在頂蓋與轉鼓的結合面處增加了O型密封圈,可有效地阻止液體可能通過不完全密封的兩平面直接進入軸承工作腔體B中。采用該組合型密封結構,在原有的基礎上增加了頂蓋與轉鼓結合面處的密封性,這樣就達到了保持軸承工作環境穩定的效果。

    3·2·2　密封組件材料的選擇

    在沒有特殊要求的工作環境下,為節約成本,骨架密封件生產所采用的材料是丁腈橡膠。丁腈橡膠是由丁二烯和丙烯腈共聚制得一種合成橡膠,在一定溫度范圍內具有良好的耐油和耐腐蝕性能,其對氫氧化物、鹽和接近中性的酸具有良好的耐腐蝕性能。但在耐強氧化性介質和氯化碳氫化合物,以及耐酸、耐堿、耐腐蝕的性能上相對不足。氟橡膠是一種含有氟原子的合成橡膠,氟橡膠具有耐高溫、耐油、耐侵蝕、耐酸堿性能良好的特性,但制造成本相對較高。丁腈橡膠和丁腈橡膠性能比較見表1。

              

    以LW530臥螺離心機為例,其分離因素為2 160g,即產生的離心力是2 160g,就新型孔用骨架油封而言,其唇口即使在清洗時, LW530開變頻頻率為15Hz,機器所產生的離心力是324g,足以使唇口緊貼螺旋壁。

    當機器逐步停止離心力以無法使混合液停留在轉鼓壁上,混合液自由下落,但由于新型孔用油封中的彈簧的張力,唇口仍然緊貼螺旋壁,使液體無法進入軸承工作腔中。螺旋與轉鼓的設計理論差速為1~16r/min,實際差速較理論小,如圖7所示。

    以新型孔用油封的唇口與螺旋孔的相對轉速最高為16 r/min,既原有密封件其唇口與螺旋軸的相對轉速最高為16 r/min, LW530所用新型孔用油封外唇直徑約為210 mm。

              

    由線速度v=2πrn/60=112 mm/s,在無特殊應用要求的情況下,該速度采用丁腈橡膠作為新型油封的材料也能滿足要求,且可降低成本。但由于有些行業的污水中含有一定氯化碳氫化合物以及強氧化性介質,所以根據實際情況,對含有氯離子以及強氧化性介質的污水,應采用氟橡膠作為密封組件的主要材料。

    4　結束語

    針對臥螺離心機原密封結構針對性不強,污水易透過間隙進入軸承工作腔,造成軸承損壞的問題,采用新型孔用油封和動靜密封相結合的組合型密封對原密封結構進行了改進,該新型密封結構下在正常工況下,使用壽命提高1·3倍左右,保證了生產的連續穩定進行。

參考文獻

【1】成大先.機械設計手冊:第2卷[M].3版.北京:化學工業出版社,1998.

【2】施震榮.工業離心機選用手冊[M].北京:化學工業出版社,1999.

【3】范清,胡澤華.聚四氟乙烯與橡膠組合密封應用淺探[J].特種橡膠制品,2003,24(6):24-25.

【4】秦偉程.氟橡膠生產、應用現狀與發展趨勢[J].化學推進劑與高分子材料,2005(4):25-28.

【5】張在利,曾子敏,李嘉.氟橡膠性能、應用及我國氟橡膠工業發展現狀[J].化工新型材料,2003,31(2):9-12.

【6】劉嶺梅.氟橡膠的性能及應用概述[J].有機氟工業, 2001(2):5-7.