谈谈三叶罗茨鼓风机机械动作中的泄漏原因

　　下文作者详细介绍了罗茨鼓风机的工作原理和机械的结构特点，结合在工作实际动作中的情况，重点分析了罗茨鼓风机机械密封失效原因，及改进和处理措施，以下仅供参考。

　　《建筑机械化》(月刊)创刊于1980年，由中华人民共和国建设部主管，中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院主办，是中国质量协会工程机械分会、中国工程机械行业协会用户工作委员会会刊，国内外公开发行，是介绍工程机械、建设机械、机械化施工及行业信息的综合性科技期刊，是国内同类刊物中创刊时间早、发行范围广、实用性强、影响力大的权威性杂志。

　　1　三叶罗茨鼓风机工作原理

　　机械作业中的罗茨鼓风机是一种回转容积式风机,其工作原理是通过2个腰形转子呈反方向等速旋转的同时，并依靠叶轮与叶轮之间、叶轮与机体之间的间隙,使吸气腔和排气腔基本隔绝。最后借助叶轮的旋转,推动机体容积内气体,完成吸气、压缩、排气过程。当上侧转子顺时针转动时,下侧转子逆时针转动,气体从左侧吸入,随着旋转时形成工作容积的减小,气体受到压缩,最后从右侧出口排出,达到鼓风目的(其工作原理见图1)。

　　鼓风机输风量与回转数成正比,当出口阻力变化时,输送风量不会因之而受显著影响。罗茨鼓风机结构简单、效率高,而且工作转子无须润滑,广泛用于输送有毒有害、易燃易爆、具有腐蚀性的气体。

　　2　故障状况分析

　　2.1　故障状况

　　某工程采用3HD-125N型罗茨鼓风机(结构简图见图2)输送氯化氢气体。

　　鼓风机风叶为三叶渐开线直线形,轴端密封采用机械密封,机械密封润滑方式为油站强制循环,油密封采用非接触式密封加V形圈密封。采用上侧进气、下侧排气方式。投用后连续出现机械密封静环面开裂、小面积崩碎,静环不能在静环腔内自由伸缩,风机轴与机械密封动环O形圈接触处磨损严重,机械密封出现内漏或外漏等情况,影响装置的安全稳定运行。

　　2.2　故障分析

　　分析该鼓风机结构、现场工艺状况后,认为故障率偏高的原因有以下3个方面。

　　图2　3HD-125N型罗茨鼓风机结构简图

　　1-机械密封定位轴套;2-机械密封前静环组件;3-机械密封动环组件;

　　4-密封衬套; 5-机械密封后静环组件; 6-静环压盖;

　　7-背帽; 8-轴承; 9-轴承座; 10-副油箱; 11-副墙板;

　　12-机壳; 13-侧板; 14-墙板; 15-主油箱; 16-从动转子;

　　17-从动齿轮; 18-主动转子; 19-主动齿轮

　　(1)氯化氢气体中杂质及水分含量超标。杂质和水分混合后易形成黏稠状沉积物,附着在风叶上造成风机卡死;风机腔体内、与介质接触的机械密封静环内表面积渣严重,导致密封面损坏。

　　(2)机械密封结构设计欠合理。采用的N型双端面机械密封的压缩量偏大;静环座内的O形圈偏粗,机械密封弹簧弹性不足,静环无法在静环座内自由滑动,导致机械密封泄漏。

　　(3)机械密封动环装配方式设计不当。机械密封动环无法在风机转子轴上进行定位,机械密封动环与轴发生相对转动,当动环内O形圈受到扭转而失效,或风机转子轴相应配合部位磨损后,氯化氢气体直接从动环内O形圈与轴接触处泄漏。

　　3　改进措施

　　(1)在风机的进、出口安装过滤网,严格控制氯化氢中固体颗粒的含量,使其质量浓度不超过100mg/m3;同时,严格控制氯化氢气体中的水含量,防止积渣、腐蚀设备。

　　(2)调整机械密封的压缩量,改变静环O形圈、机械密封弹簧的尺寸。该鼓风机使用的是RRD-N-65型双端面机械密封(结构见图3),实际测得固定腔体的尺寸为33 mm,机械密封未压缩前尺寸为39 mm,因此机械密封单边的实际压缩量为(39-33)÷2=3(mm),而此机械密封设计的单边总压缩量为2. 8 mm,故实际压缩量偏大是导致机械密封容易损坏的直接原因。改进后将介质端静环座背侧由10 mm车削至9. 0 mm,即介质端实际压缩量调整为3-(10-9)=2(mm)。为防止氯化氢气体的泄漏,增大了大气侧机械密封压缩量,将大气侧静环座背侧由10 mm车削至9. 5 mm,即大气侧实际压缩量调整为3-(10-9. 5)=2. 5(mm),并减小静环座内O形圈直径,增大机械密封弹簧钢丝直径,使静环在静环座中自由滑动。

　　图3　RRD-N-65型机械密封结构示意图

　　(3)改进机械密封装配工艺。RRD-N-65型机械密封动环在轴上的固定方式比较特殊(详见图2),背帽产生的轴向预紧力依次通过轴承内圈、密封衬套作用在机械密封动环上,使机械密封动环与风机轴不发生相对运动。通常的安装顺序是:内静环组件→动环组件→密封衬套→外静环组件→轴承座→轴承→背帽。由于密封衬套与轴采用过盈配合,加热后才能装进,当安装完轴承组件锁紧背帽时,密封衬套已冷却并与轴抱死,背帽产生的轴向预紧力不足以推动密封衬套来压紧机械密封动环,从而使动环处于浮动状态;同时,在静环腔体内弹簧弹力的作用下,运行过程中机械密封动环及动环内O形圈相对风机轴转动,导致动环内O形圈和轴相互磨损。为解决此问题,加工钢制顶管,轴套热装到轴上后,将顶管装到密封衬套外侧,用背帽锁紧,待密封衬套冷却后取下背帽,再进行后续安装。这样,彻底消除了动环不能安装到位的问题。

　　该鼓风机共有4套双端面机械密封,密封面多达8个,一次性安装难以保证所有机械密封均处于完好状态,利用闲置材料制作机械密封静压试验平台,在很大程度上保证了检修质量,降低了安全运行的风险。

　　4　效果

　　改进后,检修频率从连续运行15~30天检修1次提高到连续运行六七个月检修1次,检修人员劳动强度、检修成本大幅度降低,设备运行的稳定性明显提高。

　　参考文献

　　[1]任晓善.机械维修手册(中卷)[M].北京:化学工业出版社, 2010.