姚宏威

摘 要：本文對螺紋式密封的原理進行了介紹，并對螺紋式密封在垃圾焚燒項目應用的技術特點進行討論，由此建議相關飛灰輸送設備可以將這種密封方式直接應用到產品設計上。

關鍵詞：螺紋式；密封；粉塵；垃圾焚燒

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.038

1 螺紋式密封

螺紋式密封，是一種動態(tài)密封，其原理如下圖：

螺紋式密封是利用螺紋槽（2）的推力作用工作的。在旋轉軸需要密封的位置，加工出螺紋來，當旋轉軸轉動起來，螺紋槽的作用將工作介質推回密封腔內，形成阻流密封效應，實現(xiàn)對該腔室內介質的密封。

螺紋軸的旋向與螺紋推力方向相關，原理圖圖1（為了簡潔直觀，未顯示靜態(tài)密封結構）中，旋轉軸（1）按照圖示方向做順時針旋轉時，螺紋槽（2）形成向右側泵料的效應，在螺紋兩端形成由左側向右側漸高的壓力梯度，當螺紋旋轉產生的泵料壓力大于右側的液體自身壓力時，就實現(xiàn)對相應壓力的液體密封。所以在應用于低壓液體介質密封時，由于螺紋的存在，靜態(tài)的密封可以做得很簡單，我們在做一個轉軸冷卻槽的密封時，實際上僅在密封螺紋根部的軸肩加裝一個O型圈，機器設備的密封效果非常良好。

螺紋密封，也可以應用于細顆粒的粉體介質。我們最早是在鑄造工廠，在給砂處理設備冷提機下軸做維修時嘗試使用螺紋密封的。冷提機是一種在提升過程中使得沙料同步得到冷卻設備，其提吊過程允許高溫沙料不斷下落，再由后面的料斗提起，沙料在不斷的提起再揚撒的過程中，將熱量傳遞給環(huán)境空氣，并由除塵抽風設備將熱量帶走，實現(xiàn)沙料的冷卻。冷提機的這種工作方式，導致其的下軸幾乎是埋在沙塵內部工作。在這種工況下，由于沙料粉體的彌散性，冷提機的下軸與下軸承常常磨損嚴重，為此我們利用軸承內側填料函中的一段軸頸上裝上了兩個螺紋套，并對軸承安裝座進行了改進，就這樣簡單的處理，帶來的效果是，冷提機下軸承的故障維修周期延長了5倍以上。

2 螺紋式密封在垃圾焚燒煙氣凈化系統(tǒng)中的應用

2.1 螺紋密封可以用在低壓液態(tài)介質的旋轉軸伸出端

在垃圾焚燒項目，螺紋密封可以應用在液體槽罐與外接旋轉部件間的密封，例如側裝式攪拌器的軸承內側就可以采用螺紋密封+O型圈組合方式，其原理如上面所述。但是在液體介質中應用時，螺紋密封不宜應用高壓差或者高轉速的工況下，例如在壓差超過2.5MPa的工況，因為這種工況下靜態(tài)密封的結構就已經(jīng)和復雜了，螺紋密封會導致密封位置尺寸很大，高速轉軸又會導致局部發(fā)熱嚴重。

2.2 螺紋密封可以應用在粉塵類介質輸送設備上

螺紋密封在垃圾焚燒項目上，最具有應用意義的是在粉塵類介質中的應用，在飛灰、消石灰、活性炭等粉體給料設備（包括螺旋機、刮板機、斗提機等）上的應用，具有良好的動態(tài)密封保護效果。

垃圾焚燒煙氣處理系統(tǒng)的螺旋機、刮板機、斗提機、卸料器等設備的運行工況，與冷提機相同。螺旋輸送機和斗提機下軸、回轉卸料器都是半埋或者全埋在粉料介質內運行，刮板機在正常運行條件下，兩端的主動軸和從動軸以及中間改向軸等，倒不容易埋在飛灰里面，但是由于刮板的帶動，飛灰轉動甩向軸承安裝位置。這些都需要良好的防塵密封，傳統(tǒng)的做法是采用毛氈再加唇形密封，或者用填料函加強密封。運行中表現(xiàn)出來的弱點是：（1）密封效果差，設備外側溢灰現(xiàn)象明顯；（2）運行維護繁瑣，極端狀態(tài)下，每班巡檢都需要對填料函的盤根進行調節(jié)；（3）軸和軸承損壞嚴重，往往運行幾個班次，防塵軸承內部就可以看到灰渣，在潤滑油的混合下，形成泥漿狀態(tài)，粘性很強，淤積在軸承等結構的間隙中，導致軸承滾珠架很快就會磨爛，填料函內盤根的潤滑油和上粉塵之后，對主軸的磨損也非常嚴重。

在維修過程中，根據(jù)設備軸承位置的結構，有的可以采用螺紋密封，添加螺紋套實現(xiàn)動態(tài)密封，設備運行狀態(tài)就會達到明顯的改善。

螺紋密封的工程實踐結構，示意如下圖：

輸送機軸承端螺紋密封裝配示意圖2，右側為機器內腔，左側為主軸的輸出端，密封件的任務，是保證右側的粉體不能泄漏到左側，防止對軸承損害、對環(huán)境污染或者粉體物料的損失浪費。實際維修改造設備的原始安裝結構是，主軸兩端拉長，軸承離開機器殼體獨立安裝，螺紋段的位置是填料函密封。

在取消填料函之后，圖中機器設備的密封結構，從左向右依次由O型圈（5）、螺紋段（3）、毛氈（在內腔端蓋2上）組成，其中O型圈和毛氈為靜密封結構，螺紋段和O型圈為動密封結構。

我們知道O型圈具有良好的靜止與動態(tài)的密封效果，但是它是一種接觸式密封，密封壓力與其漲緊狀態(tài)有關，在干態(tài)環(huán)境應用時還需要適當?shù)臐櫥瑢е翺型圈位置容易粘灰磨損泄漏；毛氈的密封效果是最差的，僅能防止灰塵大規(guī)模進入的防塵作用。在他們中間存在一段螺紋密封，可以減小O型圈的漲緊量，阻止并且動態(tài)清除O型圈

位置的粉塵。實際維修工作中毛氈是可以取消的，或者說螺紋密封應該是第一級密封，其向腔體那一側一般不應該再設置接觸式密封。這里保留毛氈，是因為毛氈密封對右側（腔體內）無外力的自然流動的粉塵，阻攔效果強于螺紋（3）在旋轉起來后推動粉塵往回的運動，具有單向防護特點，有助于螺紋段內部自清潔狀態(tài)的保持。

螺紋密封是一種動態(tài)的、非接觸式的密封方式，在工程實踐上，表現(xiàn)出良好的應用特點：（1）螺紋密封結構簡單，密封部位加工與安裝精度要求不高；（2）螺紋和相應的軸頸不易磨損，故障率低，維修簡單，使用壽命長；（3）相比填料密封，螺紋密封減少了密封填料在軸上的漲緊摩擦附加力，降低潤滑需求，并具有節(jié)能的傾向；（4）螺紋段的存在有利于降低O型圈的預漲緊，延長O型圈的使用壽命，更重要的是與填料函密封相比，可以節(jié)約大量的盤根填料。

2.3 螺紋密封在垃圾焚燒項目應用的技術要點

螺紋密封獨特的特點，可以實現(xiàn)其在粉體環(huán)境下對設備軸承位置的密封保護，但是，螺紋密封也因此有其獨特的技術要求，需要在實際應用中給予足夠注意，否則不容易達到密封效果，甚至出現(xiàn)密封無效的可能。主要的注意點簡列如下：

（1）螺紋密封可以使得軸端的密封結構得到簡化，密封效果得到增強，但是螺紋密封不具有靜態(tài)密封的特點，不能夠單獨應用，必須與靜態(tài)密封聯(lián)合應用；

（2）螺紋密封可以應用在液體介質工況，也可以應用在粉體介質工況，但是不能應用在高粘性的含濕飛灰等泥漿態(tài)介質工況條件，否則由于淤積結垢等原因，導致密封失效。當然，螺紋密封對氣體類高流動性的可壓縮介質，也是不適用的；

（3）螺紋密封應用在液體介質時，螺紋牙頂與軸轂的間隙宜小，應用在粉體介質時，螺紋牙頂與軸轂的間隙可以適當放大，有利于物料的流動；

（4）兩端螺紋旋向是相反的，并且與轉軸的旋轉方向相關。密封螺紋的旋向應該保證在軸旋轉起來后，具有向需要密封的腔體內側推料的效應；

（5）螺紋的牙型一般采用三角形或梯形牙型， 牙槽寬度尺寸不宜小于最大不可破碎顆粒的尺寸的2倍（當然，對于細顆粒料和粉料，一般螺紋均能夠滿足）；

（6）在粉體類介質條件下，除了內側毛氈允許有較大間隙外，靠近軸承端不能有泄漏點，否者會形成泵料效應，使得這些泄漏點的泄漏效應會放大；

（7）設備運行方面，對于粉體輸送設備，設備啟動順序應該是下游先于上游設備啟動，停機的順序正好相反，在上游設備停止運后，下游設備應該延遲1～2分鐘停機，使得螺紋先于設備受料的條件下產生密封效應。當然，這種運行特點實際上也符合物料傳遞類設備的一般操作規(guī)程。

3 結論

螺紋密封應用在粉塵介質工況下，具有良好的動態(tài)密封效果，對軸承和軸頸具有保護作用，比起傳統(tǒng)密封方式具有良好的改進效果。但是我們是在已經(jīng)制成機器設備進行維修，往往不同廠家的相應軸頸結構不一樣，不是每個設備都能夠做這樣的配置，并且從某種角度來說，螺紋套的固定是會對軸頸部位強度有削弱。所以我們把自己的維修經(jīng)驗貢獻出來，建議這類輸灰設備可以在設計制造時，直接加工出密封用螺紋，這是對設備的一種優(yōu)化設計。

參考文獻：

[1]機械設計手冊編委會.機械設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.