粉体加工设备与轴向密封设计改造
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【摘 要】随着现代工业材料多样化、多功能化的趋势，许多新型材料制品或其原料都向超微化、多功能化方向发展。粉体加工设备是主要用于解决工业生产过程中诸多以物理变化为主的粉（粒）状物料单元操作问题，粉体工程（技术）是过程工业重要的支撑技术之一。
随着现代工业材料多样化、多功能化的趋势，许多新型材料制品或其原料都向超微化、多功能化方向发展，从微米级到亚微米级粉体的制造和应用日益受到人们的重视。现代高新技术产业要求粉体材料应具有极细的粒径、极高的纯度、严格的粒度分布、一定的晶形。
那么怎样获得符合现代工业生产要求的粉体材料就成为当下一门课题。目前通常采用的有化学法生产或物理法加工两种途径。而引用空气动力学、机械学、超微粉体学设计产生的粉体加工设备，主要用于解决工业生产过程中诸多以物理变化为主的粉（粒）状物料单元操作问题的装置，粉体工程（技术）是过程工业重要的支撑技术之一。粉体加工设备自诞到本世纪初进入快速发展时期，这一时期由于大多以引进国外先进工装粉体设备为主，粉体设备行业缺乏标准化、设计人员投入不足，引进技术后企业大多简单引用或随机放大，造成系列化产品存在较多缺陷等技术问题突出。
任何一台设备都是有机座部分、工作部分、传动部分、控制部分构成的。机座部分是设备的基础、工作部分是设备的关键、传动部分是设备的核心、控制部分是设备的大脑，任何一个环节出问题都会影响设备的正常使用。本文根据我公司购进的一台中型粉碎分级一体机（总装机功率128kW）存在的与轴向密封问题以及经过改进设计、改造完成后达到的效果展开论述。
1 改造前的设备与密封构造
本机自2011年9月份购进安装调试好后，正常使用了2个月多的时间。顶部安装的分级机轴承即出现故障，在维修过程中发现轴承油封内充满了被加工的粉体，脂早已处于干焦的状态。维修更换轴承后本机累计使用到3个多月时间时，底部安装的粉碎盘转轴传动轴承又因同样的原因造成损坏。两次维修均因设备复杂、笨重，拆卸工作量大而费时费力。
原厂设计的传动（顶部分级机轴及底部粉碎磨盘轴）轴承与密封与粉体过流接触段均采用较为简单密封结构――一个骨架油封。骨架油封的安装唇口向内，只能防止到内部的油不向外泄了，起的防止脂漏出污染产品的作用；但是在设备运行时粉体由外向内不断渗漏的问题却没有任何防范装置设计；另外本机设计完全没有考虑轴承脂补充的问题，要知道设备在运行过程中由于粉体与机体磨件的摩擦粉碎了物料，同时机械能有部分转化为热能，机内有较高的温度，轴承脂容易老化。经过以上分析我认为是这几点问题的存在，导致了本机开机后发生的轴承寿命短故障现象。
2 改造后的设备与密封构造及达到的效果
1.轴头压盖；2.迷宫密封静环（轴承盖封盖）；3.防尘圈；
4.迷宫密封动环；5.轴承；6.加油嘴
经过查询相关设计资料，后续对本机的及密封结构进行了改进设计，2012年4月组织实施完成至今，设备一直处于良好的运行状态，取得了良好的效果。
改进设计主要是从两个方面进行的。一方面解决了脂及时补给的问题；另一方面解决了传动轴轴向密封的问题。如图1所示，增加设计了5、6两项，完成了脂补给问题的改进；增加了1、2、3、4四个零部件，采用迷宫密封与接触式密封（使用防尘圈隔尘）相结合的方法，彻底解决了设备运行时粉尘沿轴向渗漏入轴承的轴向密封问题。
设计增加了加油嘴5，与加油槽6保证在设备累计运行72小时以上时及时补给脂，使得轴承始终保持有良好的。在设备管理上，要求每年对该设备检修一次，彻底清理轴承座内集留的脂，并对轴承使用情况检查。
通过设计增加迷宫密封动环4、静环2两个零件，设备在高速旋转运行时，动环4随主轴高速旋转，动环外缘与静环2形成了迷宫密封的第一级密封室；静环2的边缘与动环中心凸缘形成第二级密封室。设备工作时冷气流受设备后工序引风机的作用，沿图中箭头方向进入第一级密封室，形成高速旋转的涡流，沿动环4侧缘的矩形齿缝旋转上升流出；第二级密封室又防止了机体外界气流带入的灰尘进入轴承座的可能性。另外再加上接触式密封使用了防尘圈3设计，使得该密封系统趋于完美；原使用的油封设计防止内部脂外泄继续采用。
因增加了迷宫密封设计，轴向尺寸有所变动，在不更换传动轴的前提下，本设计改用了轴端盖设计，在轴头加工两个螺纹孔，用螺栓压紧。另外螺栓头采用点焊方式防松脱，在检修时根据需要可以使用打磨机将焊点磨开。经过检验本设计改动与原来的双螺母固定在使用上没有任何区别。
本文提供的轴向密封设计方案，经过近两年的实际运行检验，是符合该机型密封要求的、行之有效的。在该方案推广或借鉴使用时，设计者应根据机型的具体实际对迷宫密封设计进行设计，否则可能难以达到预期的要求。
总之，粉体工业作为国民经济基础之一，将是21世纪具有强大生命力的工业。顺应世界各国超细粉碎技术研究正处于活跃阶段的潮流，抓紧提高我国粉体加工设备行业的设计能力，必将是今后粉体加工设备研发技术的工作重心。粉体加工设备逐步向大型化、系列化、成套化和标准化方向发展，这样才有能力满足日后我国在新材料、化工、日化、保健、军工、电子、航天、医药等领域内对粉体材料加工提出的更高的发展要求。
【参考文献】
[1]机械设计手册：与密封装置[S].化学工业出版社，2008.
[2]盖国胜，等.超细粉体分级技术[M].中国轻工业出版社，2000（3）.