张唯

摘要：现代工业生产的飞速发展，对特种设备的质量以及性能要求越来越高。以工业风机设备为例，常规风机设备已经不能够满足工业生产需求，高温风机技术应运而生，但在使用中仍旧存在一些安全隐患问题。其中高温风机的密封性装置系统的设计与应用，成为当前技术焦点。基于此，本文阐述了高温风机用机械密封装置的现状，探讨了机械密封系统的设计原则，根据高温风机的实际应用，分析了密封装置系统设计的功能需求，指出在工业生产中如何有效利用和发挥系统的实际效应。

关键词：高温风机;机械密封装置;密封装置系统;设计及应用

0  引言

风机技术也由此从常规的空气介质输送的发展为高温的各种气体介质的传输，如易燃易爆气体等。而受到所传输的介质的性能以及特点等影响，更是要求风机设备具有较好的密封性，确保风机所有的操作工序都是在机械内部实现的。当前可以采用硬件装置设置以及设计相关的密封装置安全系统方式，以此确保高温风机的稳定运行，延长其使用寿命，创造更高的经济效益。

1  高温风机用机械密封装置及系统设计的功能需求

1.1 高温风机用机械密封装置及系统的功能需求

在工业生产中，高温风机主要应用的场景有两种。第一种是在一些的工业制造生产中，生产工艺要求高温风机能够为整个生产线输送一定稳定的风力，促使整个工序的有序展开。在此种生产线种，要求高温风机所输送的介质在进入到鼓风机之前不能够发生冷却现象。如，在煤矿加工生产中，硫磺回收装置中的高温风发挥着至关重要的作用。第二种是工业生产制造中，其后续生产工艺需要高温介质的辅助完成。

1.2 高温风机用机械密封装置及系统设计原则分析

1.2.1 高温风机的材料和结构设计要双管齐下

一些新型材料的研发创新对于高温风机的的材料应用和结构设计提供了更多的参考和借鑒。当前在实现对高温风机用机械密封装置及系统的设计中，需要实现密封材料和密封结构设计双管齐下的措施。如，以石墨材料为原材料，生产出高温风机的隔热垫片，从而降低风机隔板同墙板之间的热传递，减少因为长期高速运行下的风机热传导现象带来的风机外部损坏，影响密封性的情况出现。另外一方面还要求能够设计具有较高密封性的机械装置。如，参照其他的机械密封装置可知，高温风机的密封可以采用双端面机械密封，其能够通过内部循环流动的机封封液带都风机内部隔板的热度和自身的热量，从而使得整个风机的各个零部件都能够在一个适宜的温度中运行，各个传动部位能够处于良好状态。

1.2.2 高温风机用机械密封装置及系统设计需要做好整体和个别的详细计算

虽然高温风机用机械密封装置及系统的设计可以直接从密封性入手，但是不可忽视的是，高温风机中的内部温度和介质温度差也会带来整个风机内部的参数标准发生变化，从而影响其密封程度。另外还有高温风机运行的环境温度、工作的时长等都会影响到其既定的结构的密封性。因此在设计中要求能够充分考虑到温度场的设计计算、做好边界控制，实现对这些影响因素的补偿设计。

2  高温风机用机械密封装置及系统的框架设计

一般情况下，通过双端面机械密封的机械装置设计方式。该方式具有较高的密封性，满足风机所输送的介质的密封性要求。

2.1 高温风机用机械密封装置的结构设计

2.1.1 高温风机的使用工况参数分析

由于不同工业生产中的高温风机的使用工况参数具有一定的差异性，也由此会导致风机的密封装置系统设计会出现一定的误差情况。对此在展开高温风机用机械密封装置系统设计应用中，需要基于一定的使用工况出发。本文主要是基于风机对压缩空气的运输为例，参数设定详见表1。

2.1.2 高温风机用机械密封装置结构设计

根据API682相关规定，当高温风机轴径为159mm时，其密封平衡结构的直径不得超过115mm，需要采用弹簧静止式结构，且避免其密封出现问题带来的安全事故，需要利用双端面机械密封，内外两侧的密封结构可以提高密封的安全性。如，一旦内侧的密封失效，外侧密封可以起到补偿和保护作用。密封腔内需要通入水作为冲洗液，水的压力高于0.1MPa。与此同时需要对两个密封端面都进行润滑和冷区的处理，如，采用碳化硅与浸锑石墨材料。下图2为机械密封装置结构。在该密封结构运行中，在持续不断的高温介质的影响下，内部的温度也会继续发生升高的变化，从而影响到风机的热效率问题。因此为了将密封腔隔冲洗液的温度控制在80℃以下，需要通过一定的系统设计，对密封过程中的热传导热量进行降低控制，还需要隔热热气体介质，这就需要做好密封系统设计。如图1所示。

2.2 高温风机用机械密封装置的系统设计

高温风机已有的密封结构无法完全抵挡住热传导等导致密封效应差的问题的影响。对此需要辅助展开密封系统设计、机械密封温度变化密封变形等计算，提前做好温度变化的补偿措施。

2.2.1 密封系统设计

控制高温风机整体拥有稳定可靠的工作环境，需要控制好密封过程中所产生的热量问题。因此需要展开运行中的风机的密封循环系统的设计。第一，根据高温风机的运行原理可知，在运行中导入水当作冲洗液从而冷却内部的温度情况。那么也需要考虑到这一冲洗液会出现温度升高的情况。因此为了严格控制液体的温度在一定范围。可以采用配置换热器的设备形式。如，在系统内设计一个系统为250w/m2.℃的换热器，其在运行过程中可以控制冲洗液在一个生产循环中温度控制在5℃中，同时根据冷却公式：

NA+NB=KΔtmA

其中运行中的风机的摩擦热功率为NA，介质侧密封的热传导功率为NB。通过计算可以得出高温风机用机械密封装置系统的换热器的参数规格情况。

2.2.2 密封温度场计算分析

风机的机械密封环是用来平衡介质温度和密封腔温度差的重要结构，但是温度场还会受到热源、密封环边界对流换热情况等的影响。因此在系统设计中，必须能够展开对温度场模型的计算和设计。当前可以利用有限元网络模式来表现密封温度场的整体温度情况。如，假设应力场、温度场等变量都是呈现轴对称分布的，忽视其他的变量因素，例如忽视温度对于材料性能的影响，仅仅是对高温风机密封环间的热量分配，稳定变化等进行有限元软件ANSYS进行求解，获得风机的密封温度场的有限元模型图。如图2所示。

3  高温风机用机械密封装置及系统的应用分析

基于上述所设计构造的高温风机用机械密封装置及系统可知，其在运行中，密封端面的温度不会过高，最高控制在106℃左右。密封端面的温度不高于隔离流体温度。将该风机密封装置及系统投入到实际的工况应用中。当风机内的密封隔离液的压力为0.1MPa时，高温风机所传输的介质温度为195℃的时候，不论风机是运行0.5h还是2h，该风机的冲洗压力都不会发生变化，且通过计算得出各种隔离液进入和流出密封端面的实际温度没有发生明显的温度变化，且机械密封泄露量皆有“0”。同时发现密封端面各处设置膜壓远远高于饱和的蒸汽压，因此，密封端面不会发生汽化的泄露现象，影响机械密封的稳定性。

4  结束语

综上所述，高温风机输送的介质不断呈现出危险性、多样性等趋势发展，要求做好高温风机的机械密封性设计工作。

一方面，要求能够选择最佳的密封材料当作是高温风机的各种机械零部件材料，避免因为所传输的介质的温度摩擦等问题带来机械设备腐蚀而影响密封性;

另一方面，是要求能够展开对机械密封循环系统结构进行设置，从机械内部结构中隔绝开可能发生的泄露危险，还要求能够通过其他的密封设计，对于会对密封性产生影响的各种介质、材料等进行计算设计，起到泄露性补偿措施的目标。

参考文献：

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