隔離式箱體聯合導流技術在臥式漿體攪拌機上的應用

陳玉民，齊兆軍，王玉亮，徐世群，李廣波，王增加

1山東黃金集團有限公司 山東濟南 250101

2山東黃金礦業科技有限公司充填工程實驗室分公司 山東萊州 261441

3山金重工有限公司 山東萊州 261417

臥式攪拌機是一種漿體制備設備，因其適應性強、攪拌均勻被廣泛應用于礦山充填、市政建筑及生活污泥輸送。在礦山尾礦膏體充填系統中，臥式攪拌機因其攪拌能力大，攪拌時間可控，能夠實現漿體制備能力大、漿體均勻的要求而成為不可或缺的漿體制備設備。

目前市場上臥式攪拌機均為單箱體結構設計，此結構是源于路政建設中的砂石灰攪拌，結構如圖 1 所示，其特點是軸端軸承部位直接與攪拌槽內的料漿接觸。在制漿過程中，料漿通過軸間間隙進入轉動密封組內部，在攪拌過程中砂漿起到研磨砂的作用[1]，對軸套及軸端密封產生了嚴重磨損、泄漏。由于軸套及軸端密封磨損，造成后果為：①漿體大量泄漏，污染環境；② 軸承間隙大，造成攪拌軸轉動失衡，嚴重影響設備運行安全，降低完好率；③軸套及密封件更換維修困難，更換軸套或密封件時往往需要拆卸攪拌軸、電動機減速器等大型部件，維修工作量大，占用時間長，生產運營成本高，勞動強度大。

圖1 單箱體結構臥式攪拌機Fig.1 Horizontal mixer with single box

1 密封試驗分析

1.1 試驗條件

試驗用物料采自某金礦分級后的細粒級尾砂，其真密度為 2.49 t/m3，堆積密度為 1.26 t/m3，孔隙率為 49.4%，粒級分布如表 1 所列。漿體由尾砂、膠凝材料和絮凝劑構成，尾砂與膠凝材料質量比為1∶6[2]，絮凝劑添加量為 40 g/t，攪拌質量分數為 60%～65%。

表1 細粒級尾砂粒徑分布Tab.1 Distribution of particle size of fine sand tailings

1.2 試驗設備

試驗設備采用 GSJ500-3200 雙軸臥式攪拌機，制備能力為 80 m3/h，回轉直徑為 500 mm，攪拌軸轉速為 45～60 r/min，密封軸直徑為 112 mm。

1.3 試驗地點

試驗在某黃金礦山充填車間，結合礦山充填作業、在實際生產環境中進行。

1.4 填料式密封試驗

填料密封如圖 2 所示。試驗采用 10×10 方形浸油盤根，布置了 5 道填料式密封作為臥式攪拌機軸端密封。由于填料式密封更換簡便、不用拆卸主軸，可以接受其較短的更換周期和少量泄漏。試驗發現，設備運行當班即出現泄漏，運行 30 h 左右出現嚴重的漿液泄漏，密封完全失效。原因是單箱體臥式攪拌結構滿足不了盤根密封冷卻條件的需要[3]，漿體進入密封腔，盤根在砂漿中迅速磨損硬化失去密封性能。

圖2 填料密封Fig.2 Packing sealing

1.5 組合式密封試驗

V 形組合密封如圖 3 所示，具有重載、耐磨性強的特點。在相同工況條件下，V 形組合密封的密封性能優于填料式密封[4]，在前 200 h 內沒有明顯的漿體泄漏現象出現，但是隨著運行時間的延長，泄漏現象明顯。原因主要是滲漏到密封組間隙內的料漿板結硬化，密封件不能緊密貼合在攪拌軸上，隨著密封磨損加大，間隙增加，密封功能喪失[5]。

圖3 V 形組合密封Fig.3 V-shaped combined sealing

1.6 浮動動壓密封試驗

浮動動壓密封如圖 4 所示。浮動動壓式密封在使用中獲得了較長的壽命周期，但從密封件運行來看，其完好周期達半年以上 (充填作業時間為 10 h/d 左右)，使用效果最佳。其缺點：一是密封油液消耗量大，運行成本高[6]；二是部分密封油液進入攪拌箱污染料漿、影響料漿固化效果。

圖4 浮動動壓密封Fig.4 Dynamic pressure sealing

1.7 3 種密封形式對比

在相同工況下，分別對 3 種密封件進行試驗，分別記錄其壽命，其試驗結果如表 2 所列。

表2 相同工況下 3 種密封件的平均壽命Tab.2 Average life cycle of three kinds of sealing parts in same operation mode

填料式密封因其盤根無法實現良好的冷卻，很快出現硬化而喪失密封功能；組合式密封初期密封效果尚可，但是在漿液中細顆粒作用下，密封圈唇部與回轉軸貼合部位很快出現磨損，從而失去密封效果；浮動式動壓密封使用壽命相對于填料式密封和組合式密封要長，但砂漿自浮動座間隙侵入內部后，板結固化引起密封圈磨損撕裂[7]，一方面導致密封失效和密封油污染，另一方面密封油液容易泄漏到砂漿中，影響砂漿固化強度?？傊?，上述 3 種形式的密封在臥式漿體攪拌機上使用效果都不夠理想。

2 隔離式箱體聯合導流技術

為了尋找一種適合于臥式漿體攪拌機的軸端密封，解決臥式漿體攪拌機軸端密封磨損，改善作業環境，降低設備故障率，提高設備利用率，實現臥式漿體攪拌機經濟高效運行、降低作業人員勞動強度。在對臥式攪拌機軸端密封進行了多次密封試驗均未取得理想效果的情況下，創造性的引用隔離式箱體聯合導流技術。

2.1 臥式攪拌機軸端密封構造原理

隔離式箱體聯合導流技術實現臥式攪拌機軸端密封，結構上是將攪拌機的單箱體結構利用隔斷將其分隔成 3 個獨立的隔離式箱體。隔離式箱體聯合導流臥式攪拌機如圖 5 所示，利用兩端箱體為導流箱，中間箱體為漿體攪拌制備箱，通過隔離式箱體將料漿與箱體兩端攪拌軸密封實現隔斷，使漿體接觸不到軸套及密封件；同時攪拌軸上設計安裝了蝶形橡膠擋圈[8]，減少了經攪拌軸與隔板之間的間隙泄漏到導流箱的漿料量；在導流箱內接入沖洗水管，利用沖洗水將泄漏到導流箱內的少量漿料導入地面污水池，收集后集中排放。

圖5 隔離式箱體聯合導流臥式攪拌機Fig.5 Horizontal mixer with isolated box combined diversion

2.2 實踐應用

采用隔離式箱體聯合導流技術改進的臥式漿體攪拌機自 2020 年 3 月份在某黃金礦山正式投入運行，到目前為止已經超過 1 a 時間，期間因導流管堵塞出現 2 次軸端漏水，堵塞原因是在沖洗水閥門處于關閉狀態下長期運行，泄漏到導流箱內的漿液不能及時排進污水池使導流管堵塞，除此以外設備在運行過程中無漏漿現象，生產環境良好。

2.3 運行中暴露出的問題與改進

通過對隔離式箱體聯合導流技術的臥式攪拌機軸端密封性能生產現場實際應用，總結發現其在制造和使用管理需要注意以下幾點：

（1) 導流箱底部要有一定坡度，其坡度應滿足料漿自流要求。推薦底板坡度值大于 7° 。

（2) 設備運行中要保持沖洗水開啟狀態，水量水壓應滿足要求。

（3) 定期檢查攪拌軸上蝶形橡膠擋圈的磨損情況，及時調整更換，減少砂漿泄漏。

隔離式箱體聯合導流結構隔離了攪拌軸軸端密封與砂漿的直接接觸，所以大大降低了軸套及密封件的磨損，達到了降低軸端密封磨損、改善作業環境、提高設備利用率，實現了臥式漿體攪拌機經濟高效運行、降低作業人員勞動強度的目的，總體效果較好。

3 結語

由于常規單箱體臥式攪拌機在運行過程中漿體直接與密封件接觸，冷卻條件差等因素，致使填料式密封，組合式密封及浮動式密封等密封形式均不能實現理想的密封效果。隔離式箱體聯合導流技術能夠有效地解決上述問題。試驗結果證明：

（1) 隔離式箱體聯合導流技術的應用可以降低對軸端密封性能的要求，簡化軸端密封結構，降低設備的加工制造成本。

（2) 隔離式箱體聯合導流技術工藝結構簡單，便于加工制造。

（3) 隔離式箱體聯合導流技術能夠阻斷漿體同軸端密封的接觸，避免了料漿細粒徑顆粒對軸承及密封件的磨損，延長了軸承與密封件的使用壽命，降低了攪拌機的檢修強度，具有一定的推廣應用價值。