盧棟林　王崇國　胡啟峰

摘 要：迷宮密封是流體機械中應用非常廣泛的一類非接觸式密封。迷宮密封被做成各種形狀的曲折通道，通過增加流體流動的局部動能損失來減少流體的泄漏量。為了防止大型進口二氧化硫鼓風機備件行業(yè)壟斷和減少檢修成本，針對風機密封泄露問題，技術人員對密封結構和材料進行了認真分析和研究，通過多次實驗，成功的加工出了自制密封，代替原有進口密封。新密封安裝后，消除了鼓風機故障，增加了風機出口流量，提高了風機運行效率，減小了風機振動，降低了風機噪音，節(jié)約了成本，縮短了檢修時間，延長了風機使用壽命。

關鍵詞：鼓風機;密封;修理

0 前言

冶煉煙氣制酸工藝的核心設備是二氧化硫鼓風機，該設備的平穩(wěn)可靠運轉，是整個制酸系統(tǒng)穩(wěn)定運行的保障。[1]國內制酸企業(yè)使用的二氧化硫鼓風機，大多數(shù)進口西門子公司的設備以及配套軟硬件產(chǎn)品。進口二氧化硫鼓風機國外技術壟斷，使國內企業(yè)在設備維護方面缺乏主動性，鼓風機檢修完全依靠國外技術和外國工程師，因此增加了檢修成本，延長了檢修時間，很大程度上影響了企業(yè)運行的經(jīng)濟性。

金川公司化工廠通過理論研究和長期實踐摸索，在進口二氧化硫鼓風機國產(chǎn)化技術改造和工藝匹配化技術改造方面大膽創(chuàng)新，勇于嘗試，系統(tǒng)研究了大型進口二氧化硫鼓風機性能優(yōu)化技術，打破了國外技術壟斷和封鎖，降低了進口設備維護費用，提高了維護主動性與計劃性。

1 鼓風機軸封泄漏改進的技術研究

1.1 迷宮密封的機理

迷宮密封是在轉軸周圍設若干個依次排列的環(huán)行密封齒，齒與齒之間形成一系列截流間隙與膨脹空腔，被密封介質在通過曲折迷宮的間隙時產(chǎn)生節(jié)流效應而達到阻漏的目的[2]。

迷宮密封是流體機械中應用非常廣泛的一類非接觸式密封。迷宮密封被做成各種形狀的曲折通道，通過增加流體流動的局部動能損失來減少流體的泄漏量。[3]氣體從高壓側以極高的流速流經(jīng)節(jié)流窄縫，再進入迷宮腔膨脹，從而消耗氣體流經(jīng)窄縫形成的動能，如此經(jīng)過多次節(jié)流和膨脹產(chǎn)生阻力，阻止氣體向外泄漏，因此達到密封的目的。[4]

迷宮密封特點：

①盡量使煙氣的動能轉化為熱能，而不使余速進入下一個間隙。齒與齒之間應保持適當?shù)木嚯x，或用高-低齒強制改變氣流方向。理論上要求齒間距一般為5～9mm;[5]

②密封齒要做得盡量薄，并帶銳角。齒尖厚度應小于0.5mm，運行中偶爾與軸相碰時，齒尖會先磨損而脫離接觸，不會因摩擦出現(xiàn)軸的局部過熱而造成事故;[6]

③對密封材料的基本要求是具有一定的力學性能、彈性、適當硬度、耐高溫和低溫、與工作介質相適應、耐氧性和耐老化性好、耐磨損、易于成形加工。[7]

1.2 風機密封情況分析

該風機密封安裝于蝸殼與轉子主軸之間，為迷宮式碳環(huán)密封結構。該二氧化硫鼓風機正常運行時，已發(fā)現(xiàn)密封有泄漏現(xiàn)象，經(jīng)過對密封間隙實際測量，發(fā)現(xiàn)其間隙為 0.58mm。而說明書要求的迷宮密封的設計徑向間隙為0.314～0.428mm，實測間隙值超出設計間隙范圍，因此需要對迷宮密封進行技術處理。

1.3 密封改造

該二氧化硫鼓風機為進口設備，而設備備件的及時供應是制約正常生產(chǎn)的重要因素，過多的依賴進口備件，只會制約化工廠連續(xù)生產(chǎn)。由于檢修工期較緊，再加上該設備投用多年，結構特殊，國外原供應商已經(jīng)很少對該設備批量生產(chǎn)備件。供應的備件也是按需加工，不會有庫存，申報備件需要有充足的時間。此時能合理實施備件國產(chǎn)化改造或代用是非常有必要的，在時間上和經(jīng)濟上都是非常有利的。

軸封國產(chǎn)化的可行性分析：

首先，隨著國家改革開放和經(jīng)濟發(fā)展，我國目前已經(jīng)有較高的機械加工能力與技術水平。[8]金屬材料領域的發(fā)展也非常迅速，各種合金的加工廠家與研究單位越來越多。[8]鋁合金密度低，塑性好，強度高，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導電性、導熱性和抗蝕性，接近或超過優(yōu)質鋼，廣泛使用于航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業(yè)中。[9]

其二，化工廠技術人員在2008年時曾對一臺國有風機密封做過改造，改造后試用效果較好。因此技術人員對照之前的改造圖紙，從迷宮密封的機理、參數(shù)測量、設計等方面進行了綜合分析和計算，重新加工出一套迷宮密封（工程圖見圖1，現(xiàn)場圖見圖2）。

計算方法如下：

H/R=0.0225，b/R=0.0015，h1/R=0.05，h2/R=0.0275，t1/R=0.0775，t2/R=0.02，t3/R=0.0325，L1/R=0.3，L2/R=0.058，s/R=0.0015～0.004，R為200mm。

S實際加工數(shù)據(jù)為0.38mm（在說明書中要求的間隙0.314～0.428mm范圍內）。

1.4 密封改造后效果對比

密封改造后，設備運行平穩(wěn)，生產(chǎn)系統(tǒng)各項指標運行正常，并實現(xiàn)了達產(chǎn)達標[10]，表1為風機帶負荷運行改造前后技術指標對照表：

除對運行數(shù)據(jù)進行比較外，技術人員對二氧化硫鼓風機前、后運行狀況與特性曲線也做了對比（圖3），結果如下：

改造前后二氧化硫鼓風機性能參數(shù)對比分析結論：

改進前風機運行工況點用圖3中藍色圓點表示，改進后風機運行工況點用圖3中紅色圓點表示。從二氧化硫鼓風機性能曲線圖表中看，改進前風機雖然在性能曲線要求范圍內運行，但從Q-T曲線看，運行工況點已經(jīng)接近風機性能曲線范圍邊緣;從Q-P曲線看，出口壓力卻達不到工藝要求。改進后運行工況點，溫度由原來的78℃下降到52℃左右，出口壓力增加到180mbar左右，不僅在性能曲線范圍內運行，而且工況點已經(jīng)非常接近風機高效運行區(qū)（圖3中陰影部分）。

改進后的二氧化硫鼓風機在接近高效區(qū)域內運行，對設備的長期穩(wěn)定運行提供了可靠的保證，提高了機器的效率。

二氧化硫鼓風機流量增大。改進后二氧化硫鼓風機流量保持在140000Nm3/h左右，基本在風機設計流量附近運行，從運行參數(shù)的檢測情況來看，二氧化硫鼓風機雖然在設計最大工況下運行，但是風機本體及各附屬設備的運行效果良好，軸的振幅保持在40μm以下，相比改進前的振動數(shù)據(jù)有大幅下降。

2 結論

風機迷宮密封改進后，機器運行效果良好，各項指標及效率均有所改進。增加了風機出口流量，提高了風機運行效率，減小了風機振動，降低了風機噪音，節(jié)約了成本，縮短了檢修時間，延遲了風機使用壽命，達到了二氧化硫鼓風機整體性能提高的目的。

通過對比檢修前后機器運行參數(shù)，證明本次密封改造是成功的，為以后進口設備的備件國產(chǎn)化奠定了一定的基礎，具有一定的技術推廣價值。

參考文獻：

[1]顧永泉.流體動密封[M].北京：中國石化出版社，2004.

[2]趙斌等.基于CFD技術的階梯型迷宮密封的結構優(yōu)化[J].潤滑與密封，2008（10）：66-69.

[3]王煒哲，劉應征，葉春等.迷宮密封內部結構尺寸對泄露量的影響[J].機械工程學報，2007（3）：22-27.

[4]李志剛，李剛，豐鎮(zhèn)平.迷宮密封泄漏特性影響因素的研究[J].西安交通大學學報，2010（3）：16-20.

[5]劉衛(wèi)華，林麗，朱高濤.迷宮密封機理的研究現(xiàn)狀及其展望[J].流體機械，2007（35）：35-39.

[6]李志剛，郎驥，李軍等.迷宮密封泄漏特性的試驗研究[J].西安交通大學學報，2010（3）：49-64.

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[9]畢明樹.迷宮密封泄露量設計計算綜述[J].風機技術，1994（5）：23-24.

[10]朱高濤.迷宮密封泄露量計算方法的分析[J].潤滑與密封，2006（4）：123-125.