李 锋

（山东东岳高分子材料有限公司，山东淄博 256401）

0 引言

山东东岳高分子材料有限公司于2003 年引进一台意大利产反击锤式粉碎机（以下简称“粉碎机”），主要用于对聚四氟乙烯造粒料进行粉碎，在生产工艺流程中发挥着重要作用。但是随着客户对产品清洁度的要求越来越高，物料的污染问题成了一个棘手的难题。由于无法和原生产企业取得联系，2014 年在相关厂家的指导下，将粉碎机轴承骨架油封改为单端面机械密封，起到了一定的效果，但没有从根本上解决污染问题。结合设备使用情况和多年的实践经验，将改造后的单端面机械密封改为无接触式气封装置，于2018 年改造完成并投入使用后，再未出现物料污染问题，同时大大减小了维修操作的劳动强度。

1 粉碎机的设备概况、工作原理及故障现象

1.1 设备概况

粉碎机的作用是将大尺寸的固体原料粉碎至工艺要求的尺寸。粉碎机由粗碎、细碎、风力输送等装置组成，以高速撞击的形式达到粉碎物料的目的，利用风能一次成粉，取消了传统的筛选程序。粉碎机主要用于矿石、建材、塑料回收粉碎等多种行业（图1）。

图1 反击锤式粉碎机结构

1.2 工作原理

粉碎机内部配置6 组刀盘54 把刀片，转子在左右端盖的轴承座上高速旋转，固体物料颗粒在内腔的齿形衬板与刀片之间受到挤压、撕裂、碰撞、剪切等多种作用，达到粉碎的目的。同时，转子两端的大、小叶轮高速运转，在进口和出口间通过腔体形成涡流效应，使被粉碎颗粒从间隙大到间隙小实现粉碎细化。为提高粉碎效率，防止颗粒粘腔、粘刀、堵齿、结团，在腔体表面的宽腔体水夹套中通入循环水冷却，使腔内温度控制在合适的范围内。

1.3 故障现象

粉碎机设备运行时，由于轴承端盖内的润滑脂随着骨架式油封唇口处泄漏到机腔内，会对生产的高端聚四氟乙烯造成污染，影响出料质量。由于原生产厂家无法联系，该部位由国内相关厂家将骨架式密封改为径向单端面机械密封，虽然较改造前有所改善，但没有从根本上解决问题，产品质量不稳定，无法满足客户的要求。

2 原因分析

首先分析污染物进入机腔的路径，通过分析设备构造及工作原理，结合设备的实际运行情况，认为析污染物进入机腔的途径有2 个：①轴承的润滑脂在旋转过程中，在负压的作用下，通过骨架式油封的唇口进入机腔内；②空气中的微尘在粉碎机旋转负压的作用下，通过端盖进入机腔内。

将骨架式密封改为径向单端面机械密封只改善了一个部位，还需要改进端盖部位的密封。对此，在端盖上加工一圈5.2 mm×4.5 mm 的环形槽，放入一个直径5 mm 的O 形圈进行密封，解决粉尘污染问题。

阻止污染源进入粉碎机机腔最主要的装置是旋转部位的密封，虽然经过单端面机封改造问题有所缓解，但实际生产中仍然会有杂质进入机腔内，因此对机械密封在运转中是否造成污染展开排查。粉碎机改造机械密封时，由于是在原骨架油封的空间位置上安装机械密封，空间比较狭小，而且无辅助密封和弹性元件，设备运行一段时间后，动静环的摩擦得不到及行补偿，起不到密封作用，原密封动环采用的材料是316L 不锈钢，静环材料是碳化硅。

由于机械密封改造缺少辅助密封及弹性补偿机构，因此该密封的后续补偿能力存在缺陷，密封的改造工作不彻底，因此并没有从根本上解决物料被污染的问题。

3 改造实施效果

3.1 改造方案

通过密封缺陷分析得出，现有的机械密封还会有因摩擦导致的污染，改为非接触式干气密封可以既起到密封作用，又能解决物料污染问题。

干气密封是20 世纪60 年代末期从气体动压轴承的基础上发展起来的一种新型非接触式密封。该密封利用流体力学原理，通过在密封端面开设动压槽而实现密封端面的非接触运行。由于密封非接触运行，因此密封摩擦副材料基本不受PV 值的限制，适合作为离心式设备的轴封使用。

根据对现有密封结构尺寸的测量，发现在轴承端盖（左右两个分别为驱动端和非驱动端）中原骨架式油封到机腔的位置可以加工一个30 mm 的空腔安装气封。气封组件明细见表1。

表1 气封组件明细

气封组件安装完成后后通入洁净的压缩空气，压缩空气工作路线分为两路，一路密封机腔与气封，保证机腔内的粉末不会进入气封造成堵塞影响效果，另一路密封轴承与气封，保证轴承研磨的杂质无法进入气封里。杂质无法通过气封进入机腔内，从而彻底解决污染问题。

3.2 改造实施

（1）轴封改造。轴封改造如图2 所示，气封组件：①六角头螺栓；②轴承座；③压紧环；④梳齿环；⑤卡圈；⑥唇封；⑦O 形圈；⑧轴承；⑨轴承压盖；⑩六角头螺栓；内六角螺栓定位环；O 形圈。

图2 轴封改造

（2）组装装配根据改造方案按要求进行零部件的加工，加工后对零部件进行清洗、擦拭、组装。组装后，通过Φ8 mm 管路通入0.2～0.3 MPa 的洁净压缩气，开启粉碎机，密封效果非常好。

3.3 改造效果及推广

粉碎机非接触式干气密封改造后，经过半年的运行验证，产品中未出现杂质，产品合格率100%，改造效果显著。随后对另外一台粉碎机实施改造，设备改造后已运行两年，产品质量稳定，物料污染问题得到彻底解决。