煤气鼓风机迷宫密封结构改造实践

2017-11-15苏喜钦张兴国

中国设备工程 2017年21期

关键词：梳齿轴套鼓风机

苏喜钦,张兴国

(广东华欣环保科技有限公司,广东韶关 512122)

煤气鼓风机迷宫密封结构改造实践

苏喜钦,张兴国

(广东华欣环保科技有限公司,广东韶关 512122)

传统煤气鼓风机的迷宫密封体制作及维护成本较高,并且容易出现鼓风机转子叶轮与迷宫密封体相互损坏的问题,改造迷宫密封结构尤为关键,有助于提升鼓风机工作效率.基于此,本研究以某公司的煤气鼓风机为切入点,围绕鼓风机迷宫密封结构进行改造,以期进一步解决机器运行问题.

煤气鼓风机;迷宫密封;节氮改造技术

以煤气为介质的鼓风机,与普通鼓风机相比存在煤气泄漏问题,源于迷宫密封机构的非接触性,极大程度上耗损了机器内部能源.其中迷宫密封特指转轴周围设立的若干环形密封齿,密封齿之间通过形成截流间隙与膨胀空腔,其被密封介质经由迷宫间隙产生节流效应,从而实现密封阻漏.

在实际生产中,为解决传统煤气泄漏问题,通过堵塞机壳内的泄漏煤气的方法,对每台煤气鼓风机添加氮气,试图缓解鼓风机较强的压力波动带来的安全问题.但由于这种节能方法需要耗损大量氮气能源,与降本增效的设计理念不相符合,并不利于机器高效运转,急需改造内部迷宫密封结构,以缩减煤气泄漏量.

1 传统煤气鼓风机迷宫密封结构的设计

迷宫密封可适用于高温、高压、高转速频率的场合,其转子与机壳间存有间隙,且具有热膨胀特征.煤气鼓风机的轴端与级间密封并无固体接触,主要通过控制迷宫密封间隙降低机器内部气体的泄漏回流量.以某公司的3165A/322型煤气鼓风机为例,阐述机器迷宫密封机构的应用现况.该公司现有该类型鼓风机12台,用以将3~8kPa的低压高炉煤气升压至23±0.5kPa后,供17座150m3高炉煤气活性石灰竖窑作为燃料气焙烧冶金石灰或轻烧白云石.目前,该公司的煤气鼓风机氮气消耗量快速升高,每台机器的氮气耗损总量在100m3/h以上,共有的12台机器年消耗氮气量可达到1000万m3范围,增加了公司能源支出比例.煤气鼓风机由于迷宫密封具有非接触性特点,传统通入氮气的方法虽能一定程度上解决煤气泄漏问题,但氮气量的大幅度增加也会造成能源耗损现象,并不适用于机器大规模投产使用,较易降低机器运转效率.

2 煤气鼓风机迷宫密封结构的改造

结合上述公司煤气鼓风机迷宫密封结构的设计概况,对其提出改造意见,以期降低机器耗损资源.改造计划如下.

2.1 初步改造设想

如图1所示,煤气鼓风机叶轮处的煤气经过轴向梳齿2、径向梳齿3、羊毛毡5处的层层阻挡衰减,最终由轴端逸出.其中,以轴套1、轴向梳齿2与径向梳齿3间隙为代表的衰减量大小控制设计方案,主要包括轴套1与轴向梳齿2的密封间隙量&1、轴套1与径向梳齿3密封间隙量&2的改造.为保证密封间隙量&1的规划目的,通过控制转子总成吊装入轴承箱座的方法,继而确定轴套1与轴向梳齿2的齿间轴向间隙量&3,即可实现控制衰减量大小的设计原理.此外,针对密封间隙量&2的处理,依据轴的轴向窜动量、轴承间隙、装配误差等确定最佳间隙量,从而实现最佳的密封效果.

图1 3165A/322型煤气鼓风机迷宫密封结构改造示意图

2.2 具体实施办法

2.2.1 新增轴向间隙控制量

依据3165A/322型煤气鼓风机使用情况,在轴套1与轴向梳齿2的齿间增加轴向间隙控制量&3,起到增强节流效应的目的.基于改造后的煤气鼓风机密封结构设计,通过规划煤气鼓风机的原始设计参数,调整轴向间隙控制量&3,以增加气流通向截流间隙的路程与时间.综合考虑轴承间隙,制造公差与装配误差,部件的变形(如铸件收缩和失圆),转子的挠度,以及通过临界旋转频率时的振幅,热膨胀以及由此引起的变形等,控制&3值处于0.25~0.35mm范围,明显增加节流效能.

2.2.2 创新羊毛毡密封型式

通过改造传统煤气鼓风机的固定式密封槽,将其转变为对半开、可调节式的密封压盖,重新设计径向梳齿的羊毛毡密封型式,起到提升装配精度的目的.在具体应用中,通过将压盖重新配做为两个半圆形,并快速拧紧螺栓,调节羊毛毡压紧力,更好地弥补过去固定式密封槽内羊毛毡不易拆装、不可调节的缺陷.此次改造计划包括抽堵盲板时间,对12台煤气加压机的固定式密封槽重新设计,也可实现狭小受限空间的压紧力调节,存在提高检修速率与改善密封效果的显著优势.

2.2.3 增设电机端的调整垫圈

电机端即是轴承箱固定端处,通过新增调整垫圈的方法,控制轴套1与轴向梳齿2的齿间间隙量&3,提升煤气鼓风机改造性能.在具体应用中,更换较高精度等级的轴承,控制轴承压盖与轴承轴向间隙量达到0.05~0.1mm范围,处于总装状态时,预压轴承箱前端盖与轴承箱后端盖(即是固定端与自由端),维持齿间间隙量&3处于0.25~0.35mm范围,继而利用压铅法,控制轴套1与径向梳齿3的密封间隙量&2处于0.25~0.35mm范围.

2.2.4 维护迷宫密封体

煤气鼓风机包括定转子、主轴、轴承座、迷宫密封体等部件,通过叶轮端口设置的轴套,经由被密封介质转向曲折迷宫间隙,从而形成鼓风机的密封(轴端与级间),在鼓风机定子与转子间隙处设有密封梳齿(环状),与迷宫密封体相匹配,经由转子密封梳齿与迷宫密封体,共同构成类似迷宫的密封结构.通过控制轴套1与轴向梳齿2的齿间轴向间隙量&3和轴套1与径向梳齿3密封间隙量&2实现密封效果.改造后的煤气鼓风机连续运行不停机两个月余,通过在距离轴封20mm处检测CO浓度,氮气封堵处于微量阶段,所检测CO浓度的结果低于12PPM,氮气用量年消耗降低至700万m3(100m3/h→10m3/h),整体节能降耗效果较明显,有利于保障机器运行的安全性能.

2.3 实施效果分析

本次12台3165A/322型煤气鼓风机的改造,在不影响下游用户用灰的基础上,历时1年左右的时间完成,其项目主要包括轴承、轴向疏齿、径向疏齿等内容,总合计投资共25.2万元.

2.3.1 经济效益

煤气鼓风机改造投资回收期为2.23月,公司氮气消耗量逐步降低至440万/m3范围,与改造前的1140万/m3相比更具突出节能优势,节约氮气总量达到700万/m3(氮气价格为0.23元/m3),整体降本增效额度突破135.8万元/年.

2.3.2 技术效益

本次改造项目的技术效益体现在轴向间隙控制量、羊毛毡密封型式的创新,具有降低能效的作用.一方面,增加的轴向间隙控制量&3,一定程度上扩散了气流通向截流间隙渠道,为其提供更多的转设路程,所取得的节流效应最为显著;另一方面,创新的羊毛毡密封型式,既具有持续改善密封效果的作用,也存在拆卸简单、装配迅速(检修)的优势,大大增强了传统固定式封槽内羊毛毡的调节效能.综合来看,新型的煤气鼓风机密封结构改造,只需微开氮气进行封堵,氮气总用量均降低至10m3/h以下,可取得安全、节能、降耗的效果.