機械密封在沼氣加壓羅茨風機的應用

機械密封在沼氣加壓羅茨風機的應用

一、前言

沼氣是一種優良的清潔燃料，是有機物在厭氧條件下經微生物發酵作用產生的一種可燃性氣體，是多種氣體的混合物，一般含甲烷50%～70%，其余為二氧化碳和少量的氮、氫和硫化氫等。沼氣最常見用途包括發電、供熱以及汽車燃料等，是一種可以完全取代天然氣的綠色可再生資源。

我國是一個能源需求大國，沼氣作為新能源在中國的規模呈現逐年遞增的趨勢，尤其是戶用沼氣池的數量增加明顯，已經成為沼氣產業的主力，作為綠色能源的應用，發展輸送沼氣機械設備行業的市場前景廣闊，因沼氣用風機的參數通常在10~60kPa，3~60m3/min。通風機升壓一般小于15kPa，廉價但不適用；而壓縮機又過于昂貴，投資成本巨大，投入與回收不成比例，不能滿足市場需求，因此發展沼氣羅茨鼓風機是必然的趨勢。

二、更改方案

1.原有風機設計

羅茨風機是一種兩轉子回轉壓縮機械，轉子是由葉輪和軸通過熱裝或者鍵配合組裝到一起，其中轉子和轉子、轉子和機體（包括葉輪和墻板）之間有適當的微小間隙。兩轉子延軸線互相平行，通過電動機驅動由一對同步齒輪傳動，實現做反方向的等速旋轉，達到進排氣的目的。由于上述特有的送風方式，以TDSR系列羅茨鼓風機的送風壓力一般為單級9.8~58.8kPa，流量1~102m^3/min。

普通羅茨鼓風機的機殼和墻板軸孔密封采用帶有迷宮槽的迷宮密封，軸伸出端采用骨架油封，對于介質泄漏量要求不大的工藝（如曝氣、脫硫、水泥均化等）已完全滿足使用要求。但是在輸送特殊氣體，尤其是易燃、易爆氣體，一旦發生泄漏，將造成火災、爆炸以及人身傷亡等重大事故。因此羅茨風機在原有的密封結構上必須作出改進，以保安全運行。

2.改進后的沼氣風機

在輸送沼氣的羅茨風機項目上，與相關研究所深入合作，查閱大量的國內外相關資料與數據后，就沼氣用羅茨鼓風機設計研發了新型機械密封，并投入工業性運轉，試驗結果風機密封性能良好，使用現場達到零泄漏的效果，完全達到設計目標。

新型機械密封結構如圖3所示，該機械密封為單端面密封。由動環、靜環、輔助O形密封圈和彈性元件組合而成。工作時動環組合隨軸旋轉，靜環與殼體相對靜止，動環和靜環通過彈性元件貼合到一起屬于接觸式密封。

主要性能參數如下

：溫度：0~80℃；

使用壓力：不大于0.1MPa；

需用轉速：2000r/min；

潤滑介質：L－CKC150齒輪油；

安裝參數：主軸安裝密封部位的徑向跳動尺寸不大于0.04mm；軸向竄動量不得大于0.3mm；軸的表面粗糙度不得大于3.2μm。

從以上參數不難發現，機械密封對旋轉軸的精度要求不高，試驗中印證了機械密封對羅茨風機的振動不敏感，該新型羅茨風機機械密封抗震性能好、接觸端面磨損能自動補償，使用壽命長。達到了很好的密封效果。通過這種密封組合在羅茨風機上實現完全集裝化、安裝使用更為簡捷方便，并且氣體完全不泄漏。

3.創新點

普通的機械密封為了防止接觸面的摩擦發熱，通常動靜環直接需要水或者潤滑油作為沖洗介質，故機械密封一般帶有額外的潤滑油站或者水站進行沖洗冷卻，額外增加了產品成本，且一旦潤滑油站或者水站因機械故障造成供液不暢或停止供液，在飛速旋轉的機械密封端面將產生大量的熱，短期內會將機械密封接觸面燒損，從而造成密封失效，產生危險。

經過設計改造，機械密封和風機軸承共用原有驅動端油箱的一個潤滑油系統。風機油箱內的潤滑油通過固定在軸上的甩油盤的飛速旋轉，將飛濺的潤滑油不斷地送入機械密封的接觸端面，保證了潤滑所需的油量。因為機械密封和甩油盤在一根軸上，保證了機械密封和甩油盤的即時同步旋轉，形成了機械密封和潤滑油路的聯動，使即時旋轉的機械密封也會有潤滑油的潤滑冷卻。而且因為取消了額外的潤滑油站，降低了產品的生產和維護成本。

三、結語

輸送沼氣用羅茨鼓風機經過增加上述設施的改進，密封性能良好，使用壽命長，拆裝方便，且附加成本低，適宜在國內沼氣行業使用。

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