回轉(zhuǎn)窯窯頭窯尾密封裝置

2013-10-23 01:32:10蘭廣林張忠偉

水泥技術(shù) 2013年4期

蘭廣林，張忠偉

窯頭窯尾密封裝置是熟料燒成系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其密封效果直接影響到燒成系統(tǒng)的熱耗和能耗指標(biāo)，為此中材裝備集團(tuán)有限公司對國內(nèi)外知名公司所生產(chǎn)的各種型式窯頭窯尾密封裝置的使用現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查研究，汲取成功經(jīng)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出兩種新型窯頭窯尾密封裝置，本文將對其作簡明介紹。

1 國內(nèi)外各種回轉(zhuǎn)窯窯頭窯尾密封裝置概況

目前國內(nèi)外應(yīng)用于水泥工業(yè)回轉(zhuǎn)窯、烘干機(jī)和單筒冷卻機(jī)等回轉(zhuǎn)筒式設(shè)備的進(jìn)出料端密封裝置基本上分為兩大類，徑向型密封和端面型密封。

1.1 徑向型密封

徑向型密封裝置由若干密封元件均勻分布并貼附在回轉(zhuǎn)窯的筒體上，各密封元件之間局部相互重疊，密封元件用緊固件與窯頭罩或窯尾喂料室連接在一起。正常操作時(shí)回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)處于負(fù)壓，外部冷風(fēng)只能從密封元件與回轉(zhuǎn)窯筒體之間的徑向間隙中進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)。

徑向密封裝置主要有疊片式密封和石墨塊密封兩種。疊片式密封又分為中間夾有陶瓷纖維氈的雙層密封（見圖1）和單層密封（見圖2）兩種。

疊片式密封裝置要求密封元件既有一定強(qiáng)度又有足夠的彈性，使密封元件緊緊貼合在回轉(zhuǎn)窯筒體上，盡可能地減少密封元件與回轉(zhuǎn)窯筒體之間的徑向間隙，保證密封效果達(dá)到最佳，同時(shí)要求密封元件具有高抗磨性。

國外美卓公司疊片式密封裝置中的密封元件基本上具有滿足以上要求的機(jī)械性能，圖3所示為該公司疊片式密封裝置在實(shí)際生產(chǎn)線上的應(yīng)用照片。該密封裝置沒有采用鋼絲繩裝置將密封元件捆綁在回轉(zhuǎn)窯筒體上來減少徑向間隙，而是依靠密封元件自身的機(jī)械性能來保證要求的徑向間隙。

而國內(nèi)回轉(zhuǎn)窯窯頭窯尾密封制造商所制造的疊片式密封，密封元件大多采用1Cr18Ni9Ti材料，為了減小徑向間隙，往往采用鋼絲繩裝置將密封元件捆綁在回轉(zhuǎn)窯筒體上（見圖5）。使用初期徑向間隙較小，密封效果尚好，但隨著使用時(shí)間的增加，徑向間隙越來越大，密封效果越來越差。

圖1 雙層密封元件中間夾有陶瓷纖維氈的疊片式密封

石墨塊回轉(zhuǎn)窯密封裝置是用彈簧將石墨塊壓緊在回轉(zhuǎn)窯筒體上，該密封裝置的優(yōu)點(diǎn)是密封元件與筒體之間的相互摩擦不會對筒體造成損傷，但缺點(diǎn)是石墨塊強(qiáng)度較小，抵抗破壞的能力不足，容易發(fā)生斷裂和破損，導(dǎo)致密封效果不佳（見圖5）。

1.2 端面型密封

端面密封裝置是一部分密封元件用緊固件連接在回轉(zhuǎn)窯窯頭或窯尾筒體的法蘭上，稱為動摩擦塊；另一部分密封元件用緊固件連接在窯頭罩或窯尾喂料室的法蘭上，稱為靜摩擦塊。正常操作時(shí)回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)處于負(fù)壓，外部冷風(fēng)只能從動、靜摩擦塊之間的端面間隙中進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)。

降低端面密封裝置動、靜摩擦塊之間的間隙，采用的主要方法是在動、靜摩擦塊之間加壓。根據(jù)施力方式的不同，端面密封裝置分為氣缸式密封裝置和彈簧壓緊式密封裝置。

德國伯利休斯公司的回轉(zhuǎn)窯密封裝置采用氣缸式窯頭窯尾密封裝置（見圖6、圖7、圖8），因回轉(zhuǎn)窯工作環(huán)境惡劣、溫度高、粉塵大，該密封裝置對氣缸的密封件性能要求很高，一般國產(chǎn)氣缸難以適應(yīng)這種工況條件。

德國洪堡公司的回轉(zhuǎn)窯密封裝置采用的是彈簧壓緊式密封裝置，該密封裝置用若干個(gè)彈簧均勻地向動摩擦塊施加壓力，在彈簧和動摩擦塊之間設(shè)置有費(fèi)力杠桿以減輕動、靜摩擦塊之間的壓力，從而降低動、靜摩擦塊之間的磨損（見圖9、圖10、圖11）。

2 中材裝備SLF和RLF回轉(zhuǎn)窯窯頭窯尾密封裝置

綜上可知，開發(fā)設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的疊片式密封需要制造出具有足夠強(qiáng)度和剛度（滿足彈性要求）以及在高溫條件下有高耐磨性的密封元件，目前國內(nèi)回轉(zhuǎn)窯制造商難以實(shí)現(xiàn)。

開發(fā)性能優(yōu)良的氣缸式密封裝置因國內(nèi)配套的氣缸密封件難以適應(yīng)回轉(zhuǎn)窯惡劣的工況環(huán)境，一旦氣缸密封件失效，密封裝置的密封效果將大打折扣。

因此，參照國外彈簧壓緊式密封裝置的思路，結(jié)合多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我們認(rèn)為開發(fā)國產(chǎn)性能優(yōu)良密封裝置比較符合國情。SLF和RLF回轉(zhuǎn)窯窯頭窯尾密封裝置就是基于這種出發(fā)點(diǎn)開發(fā)設(shè)計(jì)的，其中SLF回轉(zhuǎn)窯窯頭窯尾密封裝置已經(jīng)獲得實(shí)用新型專利證書（專利號：ZL201120040665.7），RLF回轉(zhuǎn)窯窯頭窯尾密封裝置目前正在申報(bào)實(shí)用新型專利。

SLF回轉(zhuǎn)窯窯頭窯尾密封裝置與洪堡公司彈簧壓緊式密封相比，是一種工作性能相當(dāng)，但機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完全不同的彈簧杠桿摩擦式密封裝置。若干個(gè)彈簧和杠桿裝置均勻地布置在以回轉(zhuǎn)窯中心線為基準(zhǔn)的窯頭罩或窯尾煙室的圓周上，給靜摩擦塊施加壓力；在彈簧和靜摩擦塊之間設(shè)置有費(fèi)力杠桿以減輕因筒體受熱膨脹時(shí)彈簧力對動、靜摩擦塊之間壓力的影響，從而降低動、靜摩擦塊之間的磨損。與洪堡公司彈簧壓緊式密封裝置相比，其最顯著的特點(diǎn)是杠桿裝置和靜摩擦塊相連接（洪堡公司杠桿裝置和動摩擦塊相連接），可以實(shí)現(xiàn)在線調(diào)整彈簧力，使動、靜摩擦塊之間壓力始終處于最佳工作狀態(tài)（見圖12、圖13）。

SLF彈簧杠桿式窯頭窯尾密封裝置特點(diǎn)：

（1）杠桿裝置、彈簧裝置和絲杠調(diào)節(jié)裝置不隨回轉(zhuǎn)窯一同旋轉(zhuǎn)，可以在線調(diào)整作用在摩擦塊之間的壓力，使動、靜摩擦塊之間的壓力始終處于最佳范圍。

（2）采用費(fèi)力杠桿裝置，可以有效控制回轉(zhuǎn)窯受熱膨脹后彈簧拉伸力對動靜摩擦塊之間壓力的影響。

（3）回轉(zhuǎn)窯在熱態(tài)工作中發(fā)生偏擺運(yùn)動時(shí)，固定在其上的動摩擦塊也做同樣運(yùn)動，由于懸掛裝置兩端設(shè)有關(guān)節(jié)軸承，固定在其上的靜摩擦塊也跟隨動摩擦塊做偏擺運(yùn)動，從而確保動靜摩擦塊之間緊密貼合。

（4）無需設(shè)置回料裝置，工藝布置簡單。

（5）易磨損件更換方便。

考慮到回轉(zhuǎn)窯窯頭筒體熱膨脹量比較大，使用SLF型回轉(zhuǎn)窯窯頭密封裝置的彈簧在工作中彈性力變化范圍比較大，為此又開發(fā)設(shè)計(jì)出另一種性能優(yōu)良的RLF鋼絲繩杠桿摩擦式密封裝置（見圖14）。其結(jié)構(gòu)與SLF型回轉(zhuǎn)窯窯頭密封裝置基本相似，只是動、靜摩擦塊之間施力方式不同，該密封裝置將配重通過鋼絲繩和杠桿裝置均勻地加載到靜摩擦塊上，可以實(shí)現(xiàn)在線調(diào)整配重大小，使動、靜摩擦塊之間壓力始終處于最佳狀態(tài)（見圖14）。由于采用鋼絲繩結(jié)構(gòu)，動、靜摩擦塊之間壓力不會隨筒體熱膨脹而增加。

RLF彈簧杠桿式窯頭窯尾密封裝置的特點(diǎn)：

（1）對于熱態(tài)的回轉(zhuǎn)窯，隨著筒體表面溫度升高，筒體長度會增長，但動靜摩擦塊之間壓力始終保持不變。

（2）由于杠桿裝置、滑輪裝置和配重塊不隨筒式設(shè)備一同旋轉(zhuǎn)，在實(shí)際操作過程中可以增減配重塊，隨時(shí)調(diào)整動、靜摩擦塊之間壓力，使其處于最佳工作狀態(tài)。

（3）回轉(zhuǎn)窯處于熱態(tài)工作時(shí)發(fā)生偏擺運(yùn)動，固定在其上的動摩擦塊也做同樣的運(yùn)動，由于懸掛裝置兩端設(shè)有關(guān)節(jié)軸承，固定在其上的靜摩擦塊也跟隨動摩擦塊做偏擺運(yùn)動，從而確保動、靜摩擦塊之間緊密貼合。

（4）無需設(shè)回料管道裝置，工藝布置簡單。