三叶罗茨鼓风机机械动作中的泄漏原因及应对

2020-06-30郑刚

设备管理与维修 2020年12期

郑刚

（中核四〇四有限公司，甘肃嘉峪关 732850）

0 引言

随着我国工业的发展，三叶罗茨鼓风机的应用范围越来越广。与此同时，三叶罗茨鼓风机泄漏故障也日益增加。为了有效提高三叶罗茨鼓风机的使用性能，技术人员应深入分析三叶罗茨鼓风机的泄漏故障原因，采取针对性的解决措施，结合风机工作原理，制定可行性的预防措施。

1 工作原理

三叶罗茨鼓风机具有三叶型转子，运行原理与一般的罗茨鼓风机的运行原理相同。其运动动力由腰形转子反向等速旋转提供，吸气、排气腔会在叶轮与叶轮、叶轮与壳体之间间隙的作用下完全隔绝开，气体从风机左侧进入，在上下侧转子运转作用下从右侧排出。上下侧转子的回转频率越高、次数越多，气体的排出速度就会越快，且出风口阻力不会影响到排气量。三叶罗茨鼓风机的结构比较简单，运行效率较大，只要保证工作转子得到足够润滑，就可以保证三叶罗茨鼓风机能正常运行。

2 故障原因研究

以铀纯化转化生产线浓缩脱硝岗位所使用的MBSF-200B型三叶罗茨鼓风机为例（图1），该三叶罗茨鼓风机是应用在脱硝流化床中氮氧化物以及其他不冷凝气体的吸出，并保持流化床内实时微负压状态的关键设备。其轴端密封、油密封采用的是油站强制循环、非接触式方式，最重要的是增加了V 形圈。该三叶罗茨鼓风机具有上侧进气、下侧排气通道，可实现进、排气功能。但是由于该鼓风机结构存在缺陷，有可能导致静环面破裂及崩碎现象，尤其是机内静环不能伸缩，有可能造成机械密封、风机轴之间动环O 形圈的磨损。该鼓风机的机械密封会出现各种泄漏问题，导致装置作业受到影响。

图1 三叶罗茨鼓风机结构

结合该三叶罗茨鼓风机的结构、运行实际状况，造成其机械密封泄漏问题的原因有：①流化床尾气中三叶罗茨鼓风机进口处的过滤元件失效，造成铀化合物粉末透过滤芯随尾气进入罗茨鼓风机中，再加上尾气中的水分，导致铀化合物粉末与水分结合，两者融合造成该三叶罗茨鼓风机出现卡死现象，生产线长期连续运行过程中形成的其他固体颗粒也容易造成机械密封颈环内表面积渣；②机械密封结构不合理，机械密封的压缩量过大，静环O 形圈过粗，两者配合不紧密，可能导致泄漏问题；③动环装配方式不合理，若无法将动环定位在风机转子轴上，动环、轴就会发生相对转动，一旦动环密封圈失效或风机转子轴相配合部位磨损，氮氧化物就会出现泄漏问题。

3 风机内泄漏量计算

三叶罗茨鼓风机内泄漏量主要取决于叶轮与机壳、叶轮与叶轮之间的泄漏量。通过有效的计算方法完成内泄漏计算后，可以更准确地制定预防措施。

鼓风机沿长度方向的内泄漏流量计算公式为：

其中δ 是叶轮与机壳、叶轮与叶轮之间的间隙，Δp 是升压值，ps是进气密度。

鼓风机通过断面的内泄漏量计算公式为：

其中δ 是叶轮与墙板之间的间隙，μ 是系数，b 是叶轮端面平均宽度。

不同类型鼓风机的参数并不相同，具体要依据实际情况代入参数进行计算。

4 解决泄漏问题的措施

4.1 安装过滤网

为了减少积渣问题的出现，可尝试安装过滤网隔离杂质。比如在进出口处安装过滤网，尽可能地筛出各种固体颗粒物，保证鼓风机内部不会出现积渣问题。经过长期运行，过滤网可能出现阻塞，所以在安装后要定期维护滤网，以免造成更加严重的积渣。在滤网维护中应做好以下工作：若发现滤网的不锈钢丝出现了变形、损坏问题，要及时更换；若发现滤网表面不脏，则可以选择吹净；若需要清洗滤网，注意不要损坏滤网。之外，还应严格控制氮氧化物中的水含量，有效防止腐蚀、积渣问题的发生。

4.2 调整机械密封结构

为了保证机械结构的科学性、合理性，应优化、调整机械密封结构。该鼓风机的双端面机械密封的固定腔尺寸为33 mm，未压缩前的尺寸为39 mm，计算得出机械密封单边压缩量为3 mm，但其实际压缩量要大于理论值，很容易导致机械密封的损坏。所以，将其端静环进行了结构调整，使大气侧实际压缩量符合实际需求。同时，为了确保静环能自由滑动且能满足使用要求，还需适当缩小O 形圈直径、加大弹簧钢丝直径。经过详细计算发现，只要将端静环座背侧从原来的10 mm 车削到了9.5 mm，大气侧实际压缩量调整到了2.5 mm，就可进一步提升机械密封结构的合理性，减少泄漏问题的出现。

4.3 机械密封装配工艺的优化改进

该三叶罗茨鼓风机采用机械密封结构（图2），动环在轴上的固定方式以非接触式为主。与传统的鼓风机动环结构不同的是，该结构中动环的作用力主要来自于背帽对轴承内圈、密封衬套的轴向预紧力，其优点在于能有效提升动环的稳固性。在鼓风机密封结构的安装中应注意：①必须先加热轴、密封衬套，才能安装，保证最终的安装质量；②一定要确定轴与密封衬套、轴承组件与背帽能完全抱死、锁紧；③一定要保证轴向预紧力符合要求，且密封衬套、机械密封动环能完全紧密地结合在一起，而不会导致动环处于浮动状态下。

针对动环O 形圈、轴相互磨损、叶轮碰撞等问题，可采取以下措施：①加工钢制顶管时可先完成轴套热装，然后再进行顶管安装，及时锁紧背帽避免动环安装出现问题，并在密封衬套冷却后再继续进行安装，以提升机械密封的密封性；②确定叶轮转子装配间隙。三叶罗茨鼓风机的叶片是按照设计图纸加工完成的，单个叶轮尺寸满足间隙设计标准，但在实际运行中仍会出现叶轮相碰的问题，导致叶轮损坏。主要是因为在装配过程中忽略了风机锥面最小间隙及非锥面最小间隙之间的不同，解决此问题需要计算其间隙值，并根据风机制造经验合理控制叶轮的加工精度，如叶轮外径公差、机壳镗孔直径、转子中心距等。

图2 机械密封结构

5 做好鼓风机的日常检查

为了预防泄漏问题的发生，技术部门应当做好鼓风机运行的日常检查和维修，并注意以下问题。

5.1 三叶罗茨鼓风机运转前

技术人员应当做好以下检查工作：①检查基础螺栓的锁紧情况，没有锁紧的要再次锁紧；②检查配管有没有加上不必要的负荷；③检查配管是否正确，阀门是否已开启；④检查逆止阀、螺销是否正常；⑤检查润滑油是否正常；⑥先无负荷运转20 min，检查其中是否存在异常杂音、发热问题；⑦检查皮带轮是否正常运转。

5.2 三叶罗茨鼓风机运转中

在运转检查中要注意：①检查电源、电压、电流值、压力、轴承温度、振动噪声、污垢程度、皮带张力等情况是否正常；②灵活调整风量，可采用变更回转数、排除大气压等方式进行调整；③每日检查压力、噪声、振动，每月定检润滑油、黄油、过滤网，每半年更换一次润滑油、检查一次皮带，每年定期检查过滤网，若有必要一定要更换过滤网，每2 年定期更换轴承、叶轮、齿轮。