三葉羅茨鼓風機機械動作中的泄漏原因及應對

鄭 剛

（中核四〇四有限公司，甘肅嘉峪關 732850）

0 引言

隨著我國工業的發展，三葉羅茨鼓風機的應用范圍越來越廣。與此同時，三葉羅茨鼓風機泄漏故障也日益增加。為了有效提高三葉羅茨鼓風機的使用性能，技術人員應深入分析三葉羅茨鼓風機的泄漏故障原因，采取針對性的解決措施，結合風機工作原理，制定可行性的預防措施。

1 工作原理

三葉羅茨鼓風機具有三葉型轉子，運行原理與一般的羅茨鼓風機的運行原理相同。其運動動力由腰形轉子反向等速旋轉提供，吸氣、排氣腔會在葉輪與葉輪、葉輪與殼體之間間隙的作用下完全隔絕開，氣體從風機左側進入，在上下側轉子運轉作用下從右側排出。上下側轉子的回轉頻率越高、次數越多，氣體的排出速度就會越快，且出風口阻力不會影響到排氣量。三葉羅茨鼓風機的結構比較簡單，運行效率較大，只要保證工作轉子得到足夠潤滑，就可以保證三葉羅茨鼓風機能正常運行。

2 故障原因研究

以鈾純化轉化生產線濃縮脫硝崗位所使用的MBSF-200B型三葉羅茨鼓風機為例（圖1），該三葉羅茨鼓風機是應用在脫硝流化床中氮氧化物以及其他不冷凝氣體的吸出，并保持流化床內實時微負壓狀態的關鍵設備。其軸端密封、油密封采用的是油站強制循環、非接觸式方式，最重要的是增加了V 形圈。該三葉羅茨鼓風機具有上側進氣、下側排氣通道，可實現進、排氣功能。但是由于該鼓風機結構存在缺陷，有可能導致靜環面破裂及崩碎現象，尤其是機內靜環不能伸縮，有可能造成機械密封、風機軸之間動環O 形圈的磨損。該鼓風機的機械密封會出現各種泄漏問題，導致裝置作業受到影響。

圖1 三葉羅茨鼓風機結構

結合該三葉羅茨鼓風機的結構、運行實際狀況，造成其機械密封泄漏問題的原因有：①流化床尾氣中三葉羅茨鼓風機進口處的過濾元件失效，造成鈾化合物粉末透過濾芯隨尾氣進入羅茨鼓風機中，再加上尾氣中的水分，導致鈾化合物粉末與水分結合，兩者融合造成該三葉羅茨鼓風機出現卡死現象，生產線長期連續運行過程中形成的其他固體顆粒也容易造成機械密封頸環內表面積渣；②機械密封結構不合理，機械密封的壓縮量過大，靜環O 形圈過粗，兩者配合不緊密，可能導致泄漏問題；③動環裝配方式不合理，若無法將動環定位在風機轉子軸上，動環、軸就會發生相對轉動，一旦動環密封圈失效或風機轉子軸相配合部位磨損，氮氧化物就會出現泄漏問題。

3 風機內泄漏量計算

三葉羅茨鼓風機內泄漏量主要取決于葉輪與機殼、葉輪與葉輪之間的泄漏量。通過有效的計算方法完成內泄漏計算后，可以更準確地制定預防措施。

鼓風機沿長度方向的內泄漏流量計算公式為：

其中δ 是葉輪與機殼、葉輪與葉輪之間的間隙，Δp 是升壓值，ps是進氣密度。

鼓風機通過斷面的內泄漏量計算公式為：

其中δ 是葉輪與墻板之間的間隙，μ 是系數，b 是葉輪端面平均寬度。

不同類型鼓風機的參數并不相同，具體要依據實際情況代入參數進行計算。

4 解決泄漏問題的措施

4.1 安裝過濾網

為了減少積渣問題的出現，可嘗試安裝過濾網隔離雜質。比如在進出口處安裝過濾網，盡可能地篩出各種固體顆粒物，保證鼓風機內部不會出現積渣問題。經過長期運行，過濾網可能出現阻塞，所以在安裝后要定期維護濾網，以免造成更加嚴重的積渣。在濾網維護中應做好以下工作：若發現濾網的不銹鋼絲出現了變形、損壞問題，要及時更換；若發現濾網表面不臟，則可以選擇吹凈；若需要清洗濾網，注意不要損壞濾網。之外，還應嚴格控制氮氧化物中的水含量，有效防止腐蝕、積渣問題的發生。

4.2 調整機械密封結構

為了保證機械結構的科學性、合理性，應優化、調整機械密封結構。該鼓風機的雙端面機械密封的固定腔尺寸為33 mm，未壓縮前的尺寸為39 mm，計算得出機械密封單邊壓縮量為3 mm，但其實際壓縮量要大于理論值，很容易導致機械密封的損壞。所以，將其端靜環進行了結構調整，使大氣側實際壓縮量符合實際需求。同時，為了確保靜環能自由滑動且能滿足使用要求，還需適當縮小O 形圈直徑、加大彈簧鋼絲直徑。經過詳細計算發現，只要將端靜環座背側從原來的10 mm 車削到了9.5 mm，大氣側實際壓縮量調整到了2.5 mm，就可進一步提升機械密封結構的合理性，減少泄漏問題的出現。

4.3 機械密封裝配工藝的優化改進

該三葉羅茨鼓風機采用機械密封結構（圖2），動環在軸上的固定方式以非接觸式為主。與傳統的鼓風機動環結構不同的是，該結構中動環的作用力主要來自于背帽對軸承內圈、密封襯套的軸向預緊力，其優點在于能有效提升動環的穩固性。在鼓風機密封結構的安裝中應注意：①必須先加熱軸、密封襯套，才能安裝，保證最終的安裝質量；②一定要確定軸與密封襯套、軸承組件與背帽能完全抱死、鎖緊；③一定要保證軸向預緊力符合要求，且密封襯套、機械密封動環能完全緊密地結合在一起，而不會導致動環處于浮動狀態下。

針對動環O 形圈、軸相互磨損、葉輪碰撞等問題，可采取以下措施：①加工鋼制頂管時可先完成軸套熱裝，然后再進行頂管安裝，及時鎖緊背帽避免動環安裝出現問題，并在密封襯套冷卻后再繼續進行安裝，以提升機械密封的密封性；②確定葉輪轉子裝配間隙。三葉羅茨鼓風機的葉片是按照設計圖紙加工完成的，單個葉輪尺寸滿足間隙設計標準，但在實際運行中仍會出現葉輪相碰的問題，導致葉輪損壞。主要是因為在裝配過程中忽略了風機錐面最小間隙及非錐面最小間隙之間的不同，解決此問題需要計算其間隙值，并根據風機制造經驗合理控制葉輪的加工精度，如葉輪外徑公差、機殼鏜孔直徑、轉子中心距等。

圖2 機械密封結構

5 做好鼓風機的日常檢查

為了預防泄漏問題的發生，技術部門應當做好鼓風機運行的日常檢查和維修，并注意以下問題。

5.1 三葉羅茨鼓風機運轉前

技術人員應當做好以下檢查工作：①檢查基礎螺栓的鎖緊情況，沒有鎖緊的要再次鎖緊；②檢查配管有沒有加上不必要的負荷；③檢查配管是否正確，閥門是否已開啟；④檢查逆止閥、螺銷是否正常；⑤檢查潤滑油是否正常；⑥先無負荷運轉20 min，檢查其中是否存在異常雜音、發熱問題；⑦檢查皮帶輪是否正常運轉。

5.2 三葉羅茨鼓風機運轉中

在運轉檢查中要注意：①檢查電源、電壓、電流值、壓力、軸承溫度、振動噪聲、污垢程度、皮帶張力等情況是否正常；②靈活調整風量，可采用變更回轉數、排除大氣壓等方式進行調整；③每日檢查壓力、噪聲、振動，每月定檢潤滑油、黃油、過濾網，每半年更換一次潤滑油、檢查一次皮帶，每年定期檢查過濾網，若有必要一定要更換過濾網，每2 年定期更換軸承、葉輪、齒輪。

6 結語

若想有效解決三葉羅茨鼓風機機械動作中的泄漏問題，技術人員就要先分析三葉羅茨鼓風機的工作原理，然后才能根據實際情況，制定有效的解決策略。