湿式磨煤机衬板螺栓密封组结构的改进

闫智海，吕本度，吕云福，朱静霞，张斌发

(江苏秋林特能装备股份有限公司，江苏 江阴 214404)

煤炭资源作为中国最重要的基础能源，在能源结构中的占比高达60%以上，远超世界平均水平[1]。近年来，在煤炭大量开采与加工利用过程中，造成的环境污染和生态破坏问题日益突出。随着今后国家对环保的严格控制，煤炭的清洁及高效利用逐渐成为未来我国煤炭行业发展的重要趋势。煤炭清洁综合利用途径之一是将煤炭制备成可供锅炉燃烧的水煤浆或为气化炉气化提供原料的气化水煤浆，而湿式磨煤机是制备水煤浆和气化水煤浆成套装备中的关键核心设备。目前，我国的磨煤机在运转过程中普遍存在筒体螺栓密封组漏浆现象，污染了车间生产环境。因此，对湿式磨煤机的衬板螺栓密封结构进行改进，解决运转过程中产生的漏浆问题，具有非常重要的现实意义。

1 漏浆现象产生的原因

湿式磨煤机筒体内衬板采用铸造耐磨合金[2]，而筒体钢板是卷制的铆焊结构件，在筒体和衬板之间不可避免地存在不同程度的间隙。为了便于安装，衬板螺栓孔和筒体上的螺栓孔均采用过孔联接形式，使得螺栓及螺栓孔之间也存在不同程度的间隙。筒体中的浆液通过衬板与螺栓配合之间的缝隙进入这些间隙中，形成了大小不同的“液腔”。磨煤机在运行过程中，研磨体(钢球或钢棒)对衬板产生一定的冲击力(钢棒的冲击力更大于钢球的冲击力)，衬板在此冲击力的作用下产生瞬间的弹性变形，使“液腔”容积突然缩小。由于液体的非压缩特性，“液腔”中的浆液受压向四周挤压，筒体外密封突然受压收缩，与筒体表面产生缝隙而形成漏浆。

2 传统衬板螺栓密封结构的缺陷

传统衬板螺栓密封结构如图1所示。密封组件在筒体外表面，由橡胶圈和压盖组成，拧紧螺母后，橡胶圈受压产生张力，形成密封作用。

图1 传统衬板螺栓密封结构示意

传统衬板螺栓密封结构的缺陷主要表现在以下几个方面：

(1)“液腔”中浆液受压扩散时，橡胶密封受浆液的压力向外收缩，与筒体之间产生瞬间缝隙，从而产生漏浆现象。

(2)衬板是靠螺栓固定的，螺栓需要有足够的预紧力才能使衬板和筒体表面贴合牢固。而由于密封件为橡胶材料，其所能承受的压力远远小于其预紧力(橡胶的承受压力只有螺栓预紧力的5%～10%)。因此，在此工况下，衬板并未受到足够的拉力将衬板固定在筒体内表面。磨煤机在运行时，衬板受到研磨体的冲击产生了位移，使螺栓产生歪斜。螺栓挤压筒体孔使其产生斜椭圆孔的塑性变形，提高了密封失效率，加剧了漏浆程度。

(3)磨煤机在运行过程中，由于研磨体对衬板的冲击产生的磨体振动，易使螺栓松动。对于任何密封形式，螺栓松动后均会使密封失效。

3 衬板螺栓密封结构的改进

3.1 确保密封不失效的条件

要确保磨煤机密封不会失效，必须满足以下几个条件：

(1)“液腔”中的浆液受压扩散时，橡胶密封不会脱离筒体表面；

(2)衬板螺栓有足够的拉紧力，以减小衬板位移的可能性；

(3)在足够长的时间内，螺栓不因磨体振动而发生松动。

3.2 衬板螺栓密封结构的改进方案

基于以上条件，采用图2所示密封改进方案[3]，张紧组合由2个平垫及数个蝶簧组成，数个蝶簧产生的张力叠加约为螺栓的预紧力，起到拉紧螺栓、有效固定衬板的作用。橡胶密封垫嵌套在筒体与衬板之间，其优点有以下几个方面：

(1)采用内密封方式，衬板受冲击时，密封与筒体表面贴合更紧。

图2 改进后密封方案示意

(2)采用椭圆头衬板螺栓，其头部与衬板凹坑四周接触，受力相对较匀，减少了衬板在受到冲击时产生位移的可能性。

(3)筒体外侧没有橡胶件，采用独特的张紧组合件，既能使螺栓有足够的预紧力，又能保证磨体振动时螺栓一直保持拉紧状态，不易松动。

3.3 改进后存在的问题及解决方法

改进型衬板螺栓密封组结构存在的主要问题：一是内密封方式安装、拆缷不方便，要求内密封有足够长的使用寿命；二是张紧组合件根据衬板螺栓规格特殊定制，其抗压力需满足该处螺栓的预紧力要求。针对这些问题，提出以下解决方法：

(1)密封圈采用三元乙丙硫化橡胶板制作，调整乙烯与丙烯的配比，增大密封圈的耐老化性能、耐腐蚀性能、耐水蒸汽性能、耐过热水性能和弹性[4]。

(2)将普通弹簧垫圈改为多个蝶形垫圈。在磨煤机运行过程中，研磨体对衬板及筒体产生一定的冲击力后易导致螺栓松动，蝶形垫圈能够及时释放，将螺栓牢牢紧固，防止浆液渗出筒体。

4 改进后的效益分析

近两年来，该改进型衬板螺栓密封组结构在万华化学(宁波)有限公司、江苏华宏集团江阴市城东新能源有限公司等企业的应用表明，磨煤机漏浆问题得到了有效解决，因漏浆而停机的几率降低，生产环境得到了有效改善。据用户统计反馈，每年单台磨煤机正常运行率可提高5%，减少衬板螺栓密封组备件维修成本80%，减轻设备维修人员工时200%，得到了用户的高度评价和认可。