帶有新型機械密封的T9-19-No6.3D鈦材風(fēng)機研制

韓 峰

（中國人民解放軍海軍駐沈陽導(dǎo)彈專業(yè)軍事代表室，遼寧 沈陽 110022）

0 引言

鈦具有密度小、比強度高和耐腐蝕性好的優(yōu)點，已應(yīng)用在化工、造船、冶金、造紙、化纖、航空等行業(yè)中。采用鈦材結(jié)構(gòu)，可提高設(shè)備的使用周期和生產(chǎn)率，減輕結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，在強腐蝕介質(zhì)中可顯著地延長設(shè)備的使用壽命，減少停產(chǎn)檢修次數(shù)。本文介紹了T9-19-No6.3D鈦材風(fēng)機新型機械密封的研制，由于該風(fēng)機是在HCl介質(zhì)條件下使用，因此，使用全鈦材過流部件，以解決防腐問題。

1 現(xiàn)有風(fēng)機的密封結(jié)構(gòu)特點及存在的問題

1.1 現(xiàn)有風(fēng)機的結(jié)構(gòu)特點

風(fēng)機屬于流體介質(zhì)輸送機械。T9-19-No6.3D風(fēng)機為離心式風(fēng)機，它依靠葉輪的旋轉(zhuǎn)帶動氣體介質(zhì)產(chǎn)生離心力而生成風(fēng)壓和流量。一般標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)機的結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1可見，一般標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)機的機殼與傳動部分是無定位的，只是靠著三角架連接，這意味著機殼上的任何結(jié)構(gòu)都不能與軸、底座、傳動組（包括另加的密封結(jié)構(gòu)）準(zhǔn)確定位。同時，風(fēng)機的電動機也是獨立安裝的。

1.2 現(xiàn)有風(fēng)機的密封結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有風(fēng)機的密封特點如下：

（1）由圖1可見，一般標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)機的機殼后蓋板與軸是間隙狀態(tài)，無任何密封結(jié)構(gòu)。

（2）一些有密封要求的風(fēng)機在后蓋板處另加了一套填料密封結(jié)構(gòu)，如圖2所示。該密封結(jié)構(gòu)適用于對風(fēng)機介質(zhì)的泄漏無嚴(yán)格要求的使用條件，其密封結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。但是，使用過程中填料材料容易過熱，軸套磨損快，會產(chǎn)生泄漏。

（3）一些有較嚴(yán)密封要求的風(fēng)機在后蓋板處另加了一套氣動密封結(jié)構(gòu)，如圖3所示，其密封功能的實現(xiàn)是依靠外加的空氣壓力大于風(fēng)機介質(zhì)氣體的泄漏壓力，從而將介質(zhì)氣體封在機殼內(nèi)。但是，高于介質(zhì)氣體泄漏壓力的高壓空氣會進(jìn)入風(fēng)機內(nèi)，造成空氣對風(fēng)機內(nèi)介質(zhì)的污染。同時，這種風(fēng)機的使用需要壓縮空氣源。

（4）一些有非常嚴(yán)格密封要求的氣體壓縮機，使用了復(fù)雜的密封結(jié)構(gòu)，其中性能好的產(chǎn)品是進(jìn)口的。這種密封可以保證介質(zhì)氣體無泄漏，但是密封結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，需要龐大的油路潤滑系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)，造成風(fēng)機整個機構(gòu)過于復(fù)雜，且造價昂貴（單是密封就需約5萬元～8萬元人民幣），不適用于本工藝系統(tǒng)的使用要求。

圖1 一般標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)機結(jié)構(gòu)圖

圖2 風(fēng)機的填料密封結(jié)構(gòu)

圖3 風(fēng)機的氣動密封結(jié)構(gòu)

2 帶有新型密封結(jié)構(gòu)的風(fēng)機研制

由于現(xiàn)有風(fēng)機的密封結(jié)構(gòu)不能滿足實際使用需要，因此風(fēng)機研制重點是必須設(shè)計一套新型的密封系統(tǒng)。值得一提的是，在研制前，與使用方共同對有關(guān)密封制造廠進(jìn)行調(diào)研。調(diào)研結(jié)果顯示，目前大多數(shù)廠家只是可以提供現(xiàn)有的、用于泵密封的機械密封，而對于使用方所要求的風(fēng)機使用的密封沒有設(shè)計和制造經(jīng)驗，這樣新型風(fēng)機的結(jié)構(gòu)設(shè)計只能憑借經(jīng)驗。根據(jù)本工藝系統(tǒng)的風(fēng)機性能使用要求（見表1），力求研制一種結(jié)構(gòu)簡單、無泄漏、造價合適、安裝方便、工作可靠、耐腐蝕的風(fēng)機密封系統(tǒng)。

表1 T9-19-No6.3D鈦材風(fēng)機性能

2.1 新型風(fēng)機密封系統(tǒng)材料選擇

由于該風(fēng)機是HCl介質(zhì)條件下使用，因此，風(fēng)機材料的耐腐蝕問題必須解決。使用全鈦材過流部件能解決介質(zhì)的防腐問題，為此，選用國家標(biāo)準(zhǔn)的TA2純鈦材料作為風(fēng)機過流部件的材料。該材料的化學(xué)成分、力學(xué)性能、耐腐蝕情況分別見表2、表3和表4。

表2 TA2純鈦材料的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

表3 TA2純鈦板材料的力學(xué)性能

由于本風(fēng)機的過流部件全是采用純鈦材料，因此，立足于密封結(jié)構(gòu)的金屬部件必須采用純鈦材料，其他部件不能采用鈦材也必須具有與鈦材一樣或更好的耐腐蝕性能。最后，密封的摩擦副選用SiC-SiC材料。

表4 TA2純鈦板材料的耐腐蝕性能

2.2 新型風(fēng)機的結(jié)構(gòu)設(shè)計

選擇機械密封結(jié)構(gòu)就必須重新設(shè)計整個風(fēng)機的結(jié)構(gòu)，使整個風(fēng)機連成一體，便于密封系統(tǒng)的定位、夾緊。這種結(jié)構(gòu)取消了一般標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)機的三角架連接結(jié)構(gòu)，重新設(shè)計了風(fēng)機軸支撐、傳動部分，軸支撐座（傳動組）增加了機殼定位支撐結(jié)構(gòu)，保證機殼定位，從而保證了安裝在機殼后蓋板上的密封系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位，保證了機械密封的正常使用。新設(shè)計的風(fēng)機結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 新設(shè)計的風(fēng)機結(jié)構(gòu)

2.3 新型風(fēng)機的密封件設(shè)計

根據(jù)多年使用密封的經(jīng)驗，以在鈦泵成功使用的性能很好的機械密封為基礎(chǔ)，設(shè)計了本風(fēng)機的機械密封。同時，委托密封件制造廠對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了試驗。新型風(fēng)機的密封件結(jié)構(gòu)如圖5所示，采用雙端面密封、波紋管彈性件、水冷結(jié)構(gòu)，除摩擦副以外的其他零件一律采用鈦材。

2.4 新型風(fēng)機密封的制造和安裝

密封部件由專業(yè)制造廠制造。在加工這些部件過程中，請制造廠根據(jù)風(fēng)機使用密封的實際情況，對設(shè)計進(jìn)行了審核和修改，完善了密封的設(shè)計。這些密封部件中的鈦材波紋管、摩擦副等關(guān)鍵部件采用了標(biāo)準(zhǔn)尺寸，這樣做的目的一方面是因為標(biāo)準(zhǔn)的部件接受過其他條件下的使用考驗，性能可靠；二是標(biāo)準(zhǔn)的部件易于生產(chǎn)和采購，成本低。

圖5 新型風(fēng)機的密封件結(jié)構(gòu)

由于對整個風(fēng)機的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計，使其適用于機械密封的安裝，因此，安裝過程比較容易。密封部件的定位是確定的，其調(diào)整也很方便，使安裝工作一次成功。

3 新型風(fēng)機的測試

風(fēng)機安裝完成后，對風(fēng)機進(jìn)行了一系列的測試。

（1）首先對安裝好的風(fēng)機進(jìn)行運轉(zhuǎn)測試，考察風(fēng)機運轉(zhuǎn)狀況。在2h的運轉(zhuǎn)試驗中，風(fēng)機運行平穩(wěn)、無雜音，軸承升溫小于60℃，機械密封部位運轉(zhuǎn)正常。

（2）在風(fēng)機靜止?fàn)顟B(tài)下，將風(fēng)機內(nèi)部盛滿清水，對風(fēng)機進(jìn)行水封試驗，檢查風(fēng)機各部位（主要是機械密封部位）的泄漏狀況。檢查結(jié)果表明，風(fēng)機各部位無泄漏情況發(fā)生。

（3）在風(fēng)機靜止?fàn)顟B(tài)下，對風(fēng)機的機械密封部位進(jìn)行水壓試驗。在0.3MPa水壓條件下，該部位可以保住壓力，無泄漏情況發(fā)生。

（4）將風(fēng)機的出口封死，然后啟動風(fēng)機運轉(zhuǎn)，在關(guān)死流量狀態(tài)下（運轉(zhuǎn)時最大壓力條件下）檢驗風(fēng)機各部位的泄漏情況。檢驗結(jié)果表明，風(fēng)機在該狀態(tài)下無泄漏。

（5）在風(fēng)機專業(yè)制造廠進(jìn)行了兩次風(fēng)機的性能測試。一次是在風(fēng)機制造后的自檢測，另一次是在委托單位驗收時的現(xiàn)場驗證。兩次測試的結(jié)果表明，風(fēng)機性能達(dá)到設(shè)計要求。

4 結(jié)論

研制的T9-19-No6.3D采用了全鈦過流部件、機械密封式，無泄漏、耐腐蝕，是一種填補國內(nèi)空白的新型風(fēng)機，尤其是該風(fēng)機的機械密封結(jié)構(gòu)設(shè)計新穎、可靠、簡潔、實用，適用于有關(guān)化工系統(tǒng)的腐蝕性氣體介質(zhì)輸送，達(dá)到了用戶的使用要求。

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