組合型密封結(jié)構(gòu)在臥螺離心機(jī)上的應(yīng)用

組合型密封結(jié)構(gòu)在臥螺離心機(jī)上的應(yīng)用

                            周成蹊　李　琛　錢　青　錢健航

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

    摘要：臥螺離心機(jī)在處理污水時,污水易透過間隙進(jìn)入軸承工作腔,造成軸承損壞。對臥螺離心機(jī)密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造,采用新型孔用骨架油封,與O型密封圈配合,構(gòu)成組合型密封結(jié)構(gòu),解決滲水問題引發(fā)的軸承使用壽命縮短的問題。

    關(guān)鍵詞：臥螺離心機(jī);孔用骨架油封;組合型密封

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

    由于臥螺離心機(jī)可連續(xù)工作、能源消耗低、成本投入少、工作環(huán)境相對干凈等特點(diǎn),其在城市污水處理行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。但由于污水處理行業(yè)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(jī)原有設(shè)計(jì)中采用的密封結(jié)構(gòu)針對性不強(qiáng),污水易透過間隙進(jìn)入軸承工作腔,造成軸承的損耗,使軸承有效工作時間未達(dá)到設(shè)計(jì)要求,進(jìn)而影響了機(jī)器的正常運(yùn)作。

    1　臥螺離心機(jī)的工作原理

    污水直接通入離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓與螺旋的工作腔體中,根據(jù)顆粒物質(zhì)與水密度的不同,在機(jī)器轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下密度大的顆粒物質(zhì)沉降到轉(zhuǎn)鼓壁上,使固液分離。通過螺旋的推料作用,使雜質(zhì)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(jī)基本結(jié)構(gòu)原理。

               

    2　臥螺離心機(jī)工作時存在的問題及原因分析

    臥螺離心機(jī)直接與污水接觸,如果軸承工作腔密封條件不好,在運(yùn)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(dǎo)致性質(zhì)改變,使軸承失去油膜保護(hù),形成干摩擦;同時,污水中的腐蝕性物質(zhì)對軸承會有很強(qiáng)的破壞性,直接導(dǎo)致軸承的損壞。臥螺離心機(jī)原有密封結(jié)構(gòu)如圖2所示。根據(jù)臥螺離心機(jī)的工作環(huán)境,結(jié)合現(xiàn)場情況分析認(rèn)為,離心機(jī)在正常工作下,由于旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力,使污水緊貼轉(zhuǎn)鼓壁,在沒有發(fā)生堵料以及出水口堵塞的情況下,污水不會與軸承旋轉(zhuǎn)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(jī)過程中,隨著機(jī)器轉(zhuǎn)速降低,離心力也降低,可能導(dǎo)致緊貼轉(zhuǎn)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(zhuǎn)工作部件表面處接觸。圖2中油封由于其固定端也是旋轉(zhuǎn)件,在機(jī)器停止工作前,由旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力也可能使密封唇向外擴(kuò)張,使唇與軸之間產(chǎn)生間隙,混合液從間隙處進(jìn)入工作腔體B內(nèi),與軸承接觸,導(dǎo)致軸承失效損壞。

             

    3　臥螺離心機(jī)密封結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

    3·1　油封的改進(jìn)

    普通油封,以骨架油封為例,其結(jié)構(gòu)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(dá)到密封目的,這種結(jié)構(gòu)在定位孔不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、軸為旋轉(zhuǎn)件的場合應(yīng)用十分廣泛。

              

    由于臥螺離心機(jī)不僅與油封唇接觸的軸在旋轉(zhuǎn),連油封定位處的轉(zhuǎn)鼓也是旋轉(zhuǎn)件,因此普通型油封不能滿足密封要求。根據(jù)離心機(jī)的特點(diǎn),研制了一種具有針對性的新型孔用油封,結(jié)構(gòu)如圖4所示。新型孔用油封是以軸進(jìn)行定位,以唇與孔的結(jié)合而達(dá)到密封效果。這是根據(jù)臥螺離心機(jī)螺旋與轉(zhuǎn)鼓都是旋轉(zhuǎn)件的特點(diǎn)設(shè)計(jì)的,當(dāng)機(jī)器在旋轉(zhuǎn)過程中,產(chǎn)生的離心力會使新型孔用骨架油封唇緊貼轉(zhuǎn)鼓上與之接觸的孔,使混合液無法通過該間隙滲入;當(dāng)機(jī)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(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中還是在停機(jī)前的清洗以及停機(jī)等待的時間內(nèi),混合液都不會通過間隙進(jìn)入軸承工作腔中。

    3·2　密封結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

    3·2·1　組合型密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

    在保留原有密封結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)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(jié)合端面,即動靜密封相結(jié)合的組合型密封結(jié)構(gòu),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(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力使密封件的唇口緊貼螺旋壁,使液體無法進(jìn)入腔體A中,即使轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力使油封的唇口擴(kuò)張力超過了其自身彈簧所產(chǎn)生的收縮力,而使唇口脫離螺旋軸,由于腔體A中無液體進(jìn)入,所以不會有液體通過腔體A進(jìn)入軸承工作腔體B中,而導(dǎo)致潤滑油失效及軸承腐蝕。在頂蓋與轉(zhuǎn)鼓的結(jié)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(jìn)入軸承工作腔體B中。采用該組合型密封結(jié)構(gòu),在原有的基礎(chǔ)上增加了頂蓋與轉(zhuǎn)鼓結(jié)合面處的密封性,這樣就達(dá)到了保持軸承工作環(huán)境穩(wěn)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(huán)境下,為節(jié)約成本,骨架密封件生產(chǎn)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(nèi)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(qiáng)氧化性介質(zhì)和氯化碳?xì)浠衔?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(jī)為例,其分離因素為2 160g,即產(chǎn)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(jī)器所產(chǎn)生的離心力是324g,足以使唇口緊貼螺旋壁。

    當(dāng)機(jī)器逐步停止離心力以無法使混合液停留在轉(zhuǎn)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(jìn)入軸承工作腔中。螺旋與轉(zhuǎn)鼓的設(shè)計(jì)理論差速為1~16r/min,實(shí)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(zhuǎn)速最高為16 r/min,既原有密封件其唇口與螺旋軸的相對轉(zhuǎn)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(yīng)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(yè)的污水中含有一定氯化碳?xì)浠衔镆约皬?qiáng)氧化性介質(zhì),所以根據(jù)實(shí)際情況,對含有氯離子以及強(qiáng)氧化性介質(zhì)的污水,應(yīng)采用氟橡膠作為密封組件的主要材料。

    4　結(jié)束語

    針對臥螺離心機(jī)原密封結(jié)構(gòu)針對性不強(qiáng),污水易透過間隙進(jìn)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(jié)合的組合型密封對原密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn),該新型密封結(jié)構(gòu)下在正常工況下,使用壽命提高1·3倍左右,保證了生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行。

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