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轴承知识
挤压造粒机辊轮迷宫密封的改造
2010-10-28作者：王德忠[1]；季玉茹[2]
[1]吉林化工学院机电工程学院； [2]吉林化工学院信息与控制工程学院
[1]吉林化工学院机电工程学院； [2]吉林化工学院信息与控制工程学院
摘 要：本文分析了挤压式造粒机中辊轮迷宫密封的失效原因，介绍了梯形迷宫密封的改造方案与改造后的生产运行结果。
关键词：辊轮；迷宫密封；挤压造粒；失效
挤压造粒机广泛应用于化肥、饲料及化工行业，辊轮是造粒机的关键部件。由于辊轮的轴承经常损坏，不得不经常检修更换，严重影响了企业的正常生产。
1 辊轮的密封
1 辊轮的密封
辊轮的密封如图1所示是一组合密封，即由一次密封的迷宫密封和二次密封的唇形密封共同组合而成。
迷宫密封广泛应用于完成高速运转的具有极大的速度差的汽轮机、离心机等流体机械的密封，但也可应用于造粒机和中速煤机上。其主要作用是利用曲折的直角线及运动的离心力增大阻力阻止粉体颗粒的进入，从而保护唇形密封。唇形密封利用弹簧压力使橡胶与轴紧密接触而形成对份体颗粒的密封。
1.1 大粒径粉体的密封
由密封的动盘与静盘形成狭窄的缝隙，一般为轴向间隙为0.3mm，径向间隙为1.5mm这样可以阻止d>0.3mm粉体颗粒进入迷宫密封室。
1.1 大粒径粉体的密封
由密封的动盘与静盘形成狭窄的缝隙，一般为轴向间隙为0.3mm，径向间隙为1.5mm这样可以阻止d>0.3mm粉体颗粒进入迷宫密封室。
1.2 小粒径粉体的密封
由于动盘以300～400r/min转动，形成α=γω2的离心力场，进入迷宫密封室的d<0.3mm体颗粒物料则会产生离心力f =m·γω2，方向是离心的，所以可以阻止小直径的颗粒进入，这样就形成了对唇形密封的保护，实现迷宫密封的作用。唇形密封则可以阻止进入迷宫密封的小直径的颗粒进入轴承。迷宫密封与唇形密封联合作用实现了辊轮的密封，保护了轴承。
2 轴承失效原因分析
观察失效的轴承图2，可以看到在失效轴承的内外圈之间有大量粉体物料存在。从图3看到唇形密封槽内也有大量粉体物料存在而且唇形密封已完全失效。正是由于唇形密封的失效使得粉体物料进入到轴承的内外圈之间造成轴承的内外圈的磨损并Z终导致轴承失效。
可见引起轴承失效的主要原因是密封失效，密封失效是承担主要密封作用的二次密封即唇形密封的失效，而造成唇形密封失效的根本原因是一次密封的迷宫密封的失效或效果不理想。
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3 迷宫密封失效的原因分析
图4为失效的迷宫密封，在直线形迷宫槽内存有大量的粉体物料且很硬几乎将槽塞满，导致该迷宫密封完全失效。 其原因分析如下：
(1) 粉体具有压力，其表达式可以使用Jans-sen公式求得，
Janssen公式：
Janssen公式：
由此式可知其粉体压力P正比于粉体的深度，由于辊轮浸于粉体物料颗粒之中，这样就会有一些颗粒在粉体的压力作用下克服离心力及缝隙阻力进入迷宫密封室并对唇形密封形成威胁。
(2) 由于布料器为四爪单层的结构，存在着布料缺陷，使得粉体颗粒物料分布不均匀并呈波浪形，由Janssen公式可知其粉体会形成脉动的压力，过大的脉动压力使得一部分颗粒进入密封室，对唇形密封形成威胁。
(3) 开停车的影响。 在正常状态下，颗粒受离心力f=m.γω2的影响很难进入密封室，但在开停车时其离心力场不存在或很小，而粉体静压仍存在，所以使得部分粉体颗粒进入密封室，对唇形密封构成威胁。
(4) 直线形迷宫密封的结构存在缺陷。由于上述原因而进入的粉体颗粒在离心力f=m.γω2的作用下使颗粒作离心运动而实现密封，但由于环形迷宫密封的内环面与离心力f=m.γω2的方向成直角，而粉体颗粒存在安息角则必然形成颗粒的堆积。随时间推移粉体颗粒必然向内侵入，Z终导致唇形密封失效。
4 迷宫密封的改造
4.1 结构改造
4.1 结构改造
由上述分析可知，直角折线型迷宫密封虽可有效地阻止d>0.3e 的粉体颗粒的进入，但只能阻止部分d<0.3e粉体颗粒的进入，而且长期使用会形成颗粒堆积，从而造成密封失效而导致轴承失效。
基于上述原因对迷宫密封的结构进行了改进，如图5所示，即将直角形迷宫密封改为梯形迷宫密封，同时改变迷宫密封内表面的光洁度或加涂层以减少其摩擦力，使物料的脱出更容易。
迷宫密封的梯形角根据物料的不同而不同，也就是依据其安息角加以设计，一般为π/6～π/3.6。粉体细小颗粒的进入，客观上无法完全防止，但通过梯形角的设立改变了安息角，可以使进入的颗粒难以形成堆积，同时离心力f的方向与梯形面形成π/3～π/4.5角，加大了离心力对堆积颗粒的剪切作用，使其堆积更难以形成，从而使密封室内的颗粒在离心力f的作用下向外作离心运动，保证了唇形密封的安全。
将四爪单层的布料器改为四爪双层的结构，减少布料的波动，防止布料不均匀形成过大的粉体静压。
4.2 操作规程的改进
(1) 开车程序： 开车空运转，运转正常后进料；
(2) 停车程序：停止进料，物料挤出干净后停车。
(1) 开车程序： 开车空运转，运转正常后进料；
(2) 停车程序：停止进料，物料挤出干净后停车。
5 改进后的结果
改进(e=0.25mm，f=1.0mm梯型角为π/4)的迷宫密封应用于辊轮后，其检修周期由2～3周延长为5～6周，即延长寿命2倍以上。