螺紋式密封在垃圾焚燒項目上的應(yīng)用

姚宏威

摘 要：本文對螺紋式密封的原理進(jìn)行了介紹，并對螺紋式密封在垃圾焚燒項目應(yīng)用的技術(shù)特點進(jìn)行討論，由此建議相關(guān)飛灰輸送設(shè)備可以將這種密封方式直接應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計上。

關(guān)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(zhuǎn)軸需要密封的位置，加工出螺紋來，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動起來，螺紋槽的作用將工作介質(zhì)推回密封腔內(nèi)，形成阻流密封效應(yīng)，實現(xiàn)對該腔室內(nèi)介質(zhì)的密封。

螺紋軸的旋向與螺紋推力方向相關(guān)，原理圖圖1（為了簡潔直觀，未顯示靜態(tài)密封結(jié)構(gòu)）中，旋轉(zhuǎn)軸（1）按照圖示方向做順時針旋轉(zhuǎn)時，螺紋槽（2）形成向右側(cè)泵料的效應(yīng)，在螺紋兩端形成由左側(cè)向右側(cè)漸高的壓力梯度，當(dāng)螺紋旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的泵料壓力大于右側(cè)的液體自身壓力時，就實現(xiàn)對相應(yīng)壓力的液體密封。所以在應(yīng)用于低壓液體介質(zhì)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(zhuǎn)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(shè)備的密封效果非常良好。

螺紋密封，也可以應(yīng)用于細(xì)顆粒的粉體介質(zhì)。我們最早是在鑄造工廠，在給砂處理設(shè)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(shè)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(fēng)設(shè)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(dǎo)致其的下軸幾乎是埋在沙塵內(nèi)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(yán)重，為此我們利用軸承內(nèi)側(cè)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(jìn)行了改進(jìn)，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(yīng)用

2.1 螺紋密封可以用在低壓液態(tài)介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)軸伸出端

在垃圾焚燒項目，螺紋密封可以應(yīng)用在液體槽罐與外接旋轉(zhuǎn)部件間的密封，例如側(cè)裝式攪拌器的軸承內(nèi)側(cè)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(zhì)中應(yīng)用時，螺紋密封不宜應(yīng)用高壓差或者高轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)就已經(jīng)和復(fù)雜了，螺紋密封會導(dǎo)致密封位置尺寸很大，高速轉(zhuǎn)軸又會導(dǎo)致局部發(fā)熱嚴(yán)重。

2.2 螺紋密封可以應(yīng)用在粉塵類介質(zhì)輸送設(shè)備上

螺紋密封在垃圾焚燒項目上，最具有應(yīng)用意義的是在粉塵類介質(zhì)中的應(yīng)用，在飛灰、消石灰、活性炭等粉體給料設(shè)備（包括螺旋機、刮板機、斗提機等）上的應(yīng)用，具有良好的動態(tài)密封保護(hù)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(shè)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(zhuǎn)卸料器都是半埋或者全埋在粉料介質(zhì)內(nèi)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(zhuǎn)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(shè)備外側(cè)溢灰現(xiàn)象明顯；（2）運行維護(hù)繁瑣，極端狀態(tài)下，每班巡檢都需要對填料函的盤根進(jìn)行調(diào)節(jié)；（3）軸和軸承損壞嚴(yán)重，往往運行幾個班次，防塵軸承內(nèi)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(jié)構(gòu)的間隙中，導(dǎo)致軸承滾珠架很快就會磨爛，填料函內(nèi)盤根的潤滑油和上粉塵之后，對主軸的磨損也非常嚴(yán)重。

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

螺紋密封的工程實踐結(jié)構(gòu)，示意如下圖：

輸送機軸承端螺紋密封裝配示意圖2，右側(cè)為機器內(nèi)腔，左側(cè)為主軸的輸出端，密封件的任務(wù)，是保證右側(cè)的粉體不能泄漏到左側(cè)，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(shè)備的原始安裝結(jié)構(gòu)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(shè)備的密封結(jié)構(gòu)，從左向右依次由O型圈（5）、螺紋段（3）、毛氈（在內(nèi)腔端蓋2上）組成，其中O型圈和毛氈為靜密封結(jié)構(gòu)，螺紋段和O型圈為動密封結(jié)構(gòu)。

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(guān)，在干態(tài)環(huán)境應(yīng)用時還需要適當(dāng)?shù)臐櫥?，?dǎo)致O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(jìn)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(yīng)該是第一級密封，其向腔體那一側(cè)一般不應(yīng)該再設(shè)置接觸式密封。這里保留毛氈，是因為毛氈密封對右側(cè)（腔體內(nèi)）無外力的自然流動的粉塵，阻攔效果強于螺紋（3）在旋轉(zhuǎn)起來后推動粉塵往回的運動，具有單向防護(hù)特點，有助于螺紋段內(nèi)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(yīng)用特點：（1）螺紋密封結(jié)構(gòu)簡單，密封部位加工與安裝精度要求不高；（2）螺紋和相應(yīng)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(yù)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(yīng)用的技術(shù)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(shè)備軸承位置的密封保護(hù)，但是，螺紋密封也因此有其獨特的技術(shù)要求，需要在實際應(yīng)用中給予足夠注意，否則不容易達(dá)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(jié)構(gòu)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(yīng)用，必須與靜態(tài)密封聯(lián)合應(yīng)用；

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

（3）螺紋密封應(yīng)用在液體介質(zhì)時，螺紋牙頂與軸轂的間隙宜小，應(yīng)用在粉體介質(zhì)時，螺紋牙頂與軸轂的間隙可以適當(dāng)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(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向相關(guān)。密封螺紋的旋向應(yīng)該保證在軸旋轉(zhuǎn)起來后，具有向需要密封的腔體內(nèi)側(cè)推料的效應(yīng)；

（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(dāng)然，對于細(xì)顆粒料和粉料，一般螺紋均能夠滿足）；

（6）在粉體類介質(zhì)條件下，除了內(nèi)側(cè)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(yīng)，使得這些泄漏點的泄漏效應(yīng)會放大；

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

3 結(jié)論

螺紋密封應(yīng)用在粉塵介質(zhì)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(hù)作用，比起傳統(tǒng)密封方式具有良好的改進(jìn)效果。但是我們是在已經(jīng)制成機器設(shè)備進(jìn)行維修，往往不同廠家的相應(yīng)軸頸結(jié)構(gòu)不一樣，不是每個設(shè)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(xiàn)出來，建議這類輸灰設(shè)備可以在設(shè)計制造時，直接加工出密封用螺紋，這是對設(shè)備的一種優(yōu)化設(shè)計。

參考文獻(xiàn)：

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