隔離式箱體聯(lián)合導(dǎo)流技術(shù)在臥式漿體攪拌機(jī)上的應(yīng)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(tuán)有限公司 山東濟(jì)南 250101

2山東黃金礦業(yè)科技有限公司充填工程實(shí)驗(yàn)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(jī)是一種漿體制備設(shè)備，因其適應(yīng)性強(qiáng)、攪拌均勻被廣泛應(yīng)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(tǒng)中，臥式攪拌機(jī)因其攪拌能力大，攪拌時間可控，能夠?qū)崿F(xiàn)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(shè)備。

目前市場上臥式攪拌機(jī)均為單箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，此結(jié)構(gòu)是源于路政建設(shè)中的砂石灰攪拌，結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，其特點(diǎn)是軸端軸承部位直接與攪拌槽內(nèi)的料漿接觸。在制漿過程中，料漿通過軸間間隙進(jìn)入轉(zhuǎn)動密封組內(nèi)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(chǎn)生了嚴(yán)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(huán)境；② 軸承間隙大，造成攪拌軸轉(zhuǎn)動失衡，嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)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(jī)減速器等大型部件，維修工作量大，占用時間長，生產(chǎn)運(yùn)營成本高，勞動強(qiáng)度大。

圖1 單箱體結(jié)構(gòu)臥式攪拌機(jī)Fig.1 Horizontal mixer with single box

1 密封試驗(yàn)分析

1.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)用物料采自某金礦分級后的細(xì)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(gòu)成，尾砂與膠凝材料質(zhì)量比為1∶6[2]，絮凝劑添加量為 40 g/t，攪拌質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 60%～65%。

表1 細(xì)粒級尾砂粒徑分布Tab.1 Distribution of particle size of fine sand tailings

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備采用 GSJ500-3200 雙軸臥式攪拌機(jī)，制備能力為 80 m3/h，回轉(zhuǎn)直徑為 500 mm，攪拌軸轉(zhuǎn)速為 45～60 r/min，密封軸直徑為 112 mm。

1.3 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)在某黃金礦山充填車間，結(jié)合礦山充填作業(yè)、在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中進(jìn)行。

1.4 填料式密封試驗(yàn)

填料密封如圖 2 所示。試驗(yàn)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(jī)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(yàn)發(fā)現(xiàn)，設(shè)備運(yùn)行當(dāng)班即出現(xiàn)泄漏，運(yùn)行 30 h 左右出現(xiàn)嚴(yán)重的漿液泄漏，密封完全失效。原因是單箱體臥式攪拌結(jié)構(gòu)滿足不了盤根密封冷卻條件的需要[3]，漿體進(jìn)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(yàn)

V 形組合密封如圖 3 所示，具有重載、耐磨性強(qiáng)的特點(diǎn)。在相同工況條件下，V 形組合密封的密封性能優(yōu)于填料式密封[4]，在前 200 h 內(nèi)沒有明顯的漿體泄漏現(xiàn)象出現(xiàn)，但是隨著運(yùn)行時間的延長，泄漏現(xiàn)象明顯。原因主要是滲漏到密封組間隙內(nèi)的料漿板結(jié)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(yàn)

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(yùn)行來看，其完好周期達(dá)半年以上 (充填作業(yè)時間為 10 h/d 左右)，使用效果最佳。其缺點(diǎn)：一是密封油液消耗量大，運(yùn)行成本高[6]；二是部分密封油液進(jìn)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(jìn)行試驗(yàn)，分別記錄其壽命，其試驗(yàn)結(jié)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(shí)現(xiàn)良好的冷卻，很快出現(xiàn)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(xì)顆粒作用下，密封圈唇部與回轉(zhuǎn)軸貼合部位很快出現(xiàn)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(nèi)部后，板結(jié)固化引起密封圈磨損撕裂[7]，一方面導(dǎo)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(qiáng)度。總之，上述 3 種形式的密封在臥式漿體攪拌機(jī)上使用效果都不夠理想。

2 隔離式箱體聯(lián)合導(dǎo)流技術(shù)

為了尋找一種適合于臥式漿體攪拌機(jī)的軸端密封，解決臥式漿體攪拌機(jī)軸端密封磨損，改善作業(yè)環(huán)境，降低設(shè)備故障率，提高設(shè)備利用率，實(shí)現(xiàn)臥式漿體攪拌機(jī)經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行、降低作業(yè)人員勞動強(qiáng)度。在對臥式攪拌機(jī)軸端密封進(jìn)行了多次密封試驗(yàn)均未取得理想效果的情況下，創(chuàng)造性的引用隔離式箱體聯(lián)合導(dǎo)流技術(shù)。

2.1 臥式攪拌機(jī)軸端密封構(gòu)造原理

隔離式箱體聯(lián)合導(dǎo)流技術(shù)實(shí)現(xiàn)臥式攪拌機(jī)軸端密封，結(jié)構(gòu)上是將攪拌機(jī)的單箱體結(jié)構(gòu)利用隔斷將其分隔成 3 個獨(dú)立的隔離式箱體。隔離式箱體聯(lián)合導(dǎo)流臥式攪拌機(jī)如圖 5 所示，利用兩端箱體為導(dǎo)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(shí)現(xiàn)隔斷，使?jié){體接觸不到軸套及密封件；同時攪拌軸上設(shè)計(jì)安裝了蝶形橡膠擋圈[8]，減少了經(jīng)攪拌軸與隔板之間的間隙泄漏到導(dǎo)流箱的漿料量；在導(dǎo)流箱內(nèi)接入沖洗水管，利用沖洗水將泄漏到導(dǎo)流箱內(nèi)的少量漿料導(dǎo)入地面污水池，收集后集中排放。

圖5 隔離式箱體聯(lián)合導(dǎo)流臥式攪拌機(jī)Fig.5 Horizontal mixer with isolated box combined diversion

2.2 實(shí)踐應(yīng)用

采用隔離式箱體聯(lián)合導(dǎo)流技術(shù)改進(jìn)的臥式漿體攪拌機(jī)自 2020 年 3 月份在某黃金礦山正式投入運(yùn)行，到目前為止已經(jīng)超過 1 a 時間，期間因?qū)Я鞴芏氯霈F(xiàn) 2 次軸端漏水，堵塞原因是在沖洗水閥門處于關(guān)閉狀態(tài)下長期運(yùn)行，泄漏到導(dǎo)流箱內(nèi)的漿液不能及時排進(jìn)污水池使導(dǎo)流管堵塞，除此以外設(shè)備在運(yùn)行過程中無漏漿現(xiàn)象，生產(chǎn)環(huán)境良好。

2.3 運(yùn)行中暴露出的問題與改進(jìn)

通過對隔離式箱體聯(lián)合導(dǎo)流技術(shù)的臥式攪拌機(jī)軸端密封性能生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用，總結(jié)發(fā)現(xiàn)其在制造和使用管理需要注意以下幾點(diǎn)：

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

（2) 設(shè)備運(yùn)行中要保持沖洗水開啟狀態(tài)，水量水壓應(yīng)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(diào)整更換，減少砂漿泄漏。

隔離式箱體聯(lián)合導(dǎo)流結(jié)構(gòu)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(dá)到了降低軸端密封磨損、改善作業(yè)環(huán)境、提高設(shè)備利用率，實(shí)現(xiàn)了臥式漿體攪拌機(jī)經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行、降低作業(yè)人員勞動強(qiáng)度的目的，總體效果較好。

3 結(jié)語

由于常規(guī)單箱體臥式攪拌機(jī)在運(yùn)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(shí)現(xiàn)理想的密封效果。隔離式箱體聯(lián)合導(dǎo)流技術(shù)能夠有效地解決上述問題。試驗(yàn)結(jié)果證明：

（1) 隔離式箱體聯(lián)合導(dǎo)流技術(shù)的應(yīng)用可以降低對軸端密封性能的要求，簡化軸端密封結(jié)構(gòu)，降低設(shè)備的加工制造成本。

（2) 隔離式箱體聯(lián)合導(dǎo)流技術(shù)工藝結(jié)構(gòu)簡單，便于加工制造。

（3) 隔離式箱體聯(lián)合導(dǎo)流技術(shù)能夠阻斷漿體同軸端密封的接觸，避免了料漿細(xì)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(jī)的檢修強(qiáng)度，具有一定的推廣應(yīng)用價值。