陈玉民，齐兆军，王玉亮，徐世群，李广波，王增加

1山东黄金集团有限公司 山东济南 250101

2山东黄金矿业科技有限公司充填工程实验室分公司 山东莱州 261441

3山金重工有限公司 山东莱州 261417

卧式搅拌机是一种浆体制备设备，因其适应性强、搅拌均匀被广泛应用于矿山充填、市政建筑及生活污泥输送。在矿山尾矿膏体充填系统中，卧式搅拌机因其搅拌能力大，搅拌时间可控，能够实现浆体制备能力大、浆体均匀的要求而成为不可或缺的浆体制备设备。

目前市场上卧式搅拌机均为单箱体结构设计，此结构是源于路政建设中的砂石灰搅拌，结构如图 1 所示，其特点是轴端轴承部位直接与搅拌槽内的料浆接触。在制浆过程中，料浆通过轴间间隙进入转动密封组内部，在搅拌过程中砂浆起到研磨砂的作用[1]，对轴套及轴端密封产生了严重磨损、泄漏。由于轴套及轴端密封磨损，造成后果为：①浆体大量泄漏，污染环境；② 轴承间隙大，造成搅拌轴转动失衡，严重影响设备运行安全，降低完好率；③轴套及密封件更换维修困难，更换轴套或密封件时往往需要拆卸搅拌轴、电动机减速器等大型部件，维修工作量大，占用时间长，生产运营成本高，劳动强度大。

图1 单箱体结构卧式搅拌机Fig.1 Horizontal mixer with single box

1 密封试验分析

1.1 试验条件

试验用物料采自某金矿分级后的细粒级尾砂，其真密度为 2.49 t/m3，堆积密度为 1.26 t/m3，孔隙率为 49.4%，粒级分布如表 1 所列。浆体由尾砂、胶凝材料和絮凝剂构成，尾砂与胶凝材料质量比为1∶6[2]，絮凝剂添加量为 40 g/t，搅拌质量分数为 60%～65%。

表1 细粒级尾砂粒径分布Tab.1 Distribution of particle size of fine sand tailings

1.2 试验设备

试验设备采用 GSJ500-3200 双轴卧式搅拌机，制备能力为 80 m3/h，回转直径为 500 mm，搅拌轴转速为 45～60 r/min，密封轴直径为 112 mm。

1.3 试验地点

试验在某黄金矿山充填车间，结合矿山充填作业、在实际生产环境中进行。

1.4 填料式密封试验

填料密封如图 2 所示。试验采用 10×10 方形浸油盘根，布置了 5 道填料式密封作为卧式搅拌机轴端密封。由于填料式密封更换简便、不用拆卸主轴，可以接受其较短的更换周期和少量泄漏。试验发现，设备运行当班即出现泄漏，运行 30 h 左右出现严重的浆液泄漏，密封完全失效。原因是单箱体卧式搅拌结构满足不了盘根密封冷却条件的需要[3]，浆体进入密封腔，盘根在砂浆中迅速磨损硬化失去密封性能。

图2 填料密封Fig.2 Packing sealing

1.5 组合式密封试验

V 形组合密封如图 3 所示，具有重载、耐磨性强的特点。在相同工况条件下，V 形组合密封的密封性能优于填料式密封[4]，在前 200 h 内没有明显的浆体泄漏现象出现，但是随着运行时间的延长，泄漏现象明显。原因主要是渗漏到密封组间隙内的料浆板结硬化，密封件不能紧密贴合在搅拌轴上，随着密封磨损加大，间隙增加，密封功能丧失[5]。

图3 V 形组合密封Fig.3 V-shaped combined sealing

1.6 浮动动压密封试验

浮动动压密封如图 4 所示。浮动动压式密封在使用中获得了较长的寿命周期，但从密封件运行来看，其完好周期达半年以上 (充填作业时间为 10 h/d 左右)，使用效果最佳。其缺点：一是密封油液消耗量大，运行成本高[6]；二是部分密封油液进入搅拌箱污染料浆、影响料浆固化效果。

图4 浮动动压密封Fig.4 Dynamic pressure sealing

1.7 3 种密封形式对比

在相同工况下，分别对 3 种密封件进行试验，分别记录其寿命，其试验结果如表 2 所列。

表2 相同工况下 3 种密封件的平均寿命Tab.2 Average life cycle of three kinds of sealing parts in same operation mode

填料式密封因其盘根无法实现良好的冷却，很快出现硬化而丧失密封功能；组合式密封初期密封效果尚可，但是在浆液中细颗粒作用下，密封圈唇部与回转轴贴合部位很快出现磨损，从而失去密封效果；浮动式动压密封使用寿命相对于填料式密封和组合式密封要长，但砂浆自浮动座间隙侵入内部后，板结固化引起密封圈磨损撕裂[7]，一方面导致密封失效和密封油污染，另一方面密封油液容易泄漏到砂浆中，影响砂浆固化强度。总之，上述 3 种形式的密封在卧式浆体搅拌机上使用效果都不够理想。

2 隔离式箱体联合导流技术

为了寻找一种适合于卧式浆体搅拌机的轴端密封，解决卧式浆体搅拌机轴端密封磨损，改善作业环境，降低设备故障率，提高设备利用率，实现卧式浆体搅拌机经济高效运行、降低作业人员劳动强度。在对卧式搅拌机轴端密封进行了多次密封试验均未取得理想效果的情况下，创造性的引用隔离式箱体联合导流技术。

2.1 卧式搅拌机轴端密封构造原理

隔离式箱体联合导流技术实现卧式搅拌机轴端密封，结构上是将搅拌机的单箱体结构利用隔断将其分隔成 3 个独立的隔离式箱体。隔离式箱体联合导流卧式搅拌机如图 5 所示，利用两端箱体为导流箱，中间箱体为浆体搅拌制备箱，通过隔离式箱体将料浆与箱体两端搅拌轴密封实现隔断，使浆体接触不到轴套及密封件；同时搅拌轴上设计安装了蝶形橡胶挡圈[8]，减少了经搅拌轴与隔板之间的间隙泄漏到导流箱的浆料量；在导流箱内接入冲洗水管，利用冲洗水将泄漏到导流箱内的少量浆料导入地面污水池，收集后集中排放。

图5 隔离式箱体联合导流卧式搅拌机Fig.5 Horizontal mixer with isolated box combined diversion

2.2 实践应用

采用隔离式箱体联合导流技术改进的卧式浆体搅拌机自 2020 年 3 月份在某黄金矿山正式投入运行，到目前为止已经超过 1 a 时间，期间因导流管堵塞出现 2 次轴端漏水，堵塞原因是在冲洗水阀门处于关闭状态下长期运行，泄漏到导流箱内的浆液不能及时排进污水池使导流管堵塞，除此以外设备在运行过程中无漏浆现象，生产环境良好。

2.3 运行中暴露出的问题与改进

通过对隔离式箱体联合导流技术的卧式搅拌机轴端密封性能生产现场实际应用，总结发现其在制造和使用管理需要注意以下几点：

（1) 导流箱底部要有一定坡度，其坡度应满足料浆自流要求。推荐底板坡度值大于 7° 。

（2) 设备运行中要保持冲洗水开启状态，水量水压应满足要求。

（3) 定期检查搅拌轴上蝶形橡胶挡圈的磨损情况，及时调整更换，减少砂浆泄漏。

隔离式箱体联合导流结构隔离了搅拌轴轴端密封与砂浆的直接接触，所以大大降低了轴套及密封件的磨损，达到了降低轴端密封磨损、改善作业环境、提高设备利用率，实现了卧式浆体搅拌机经济高效运行、降低作业人员劳动强度的目的，总体效果较好。

3 结语

由于常规单箱体卧式搅拌机在运行过程中浆体直接与密封件接触，冷却条件差等因素，致使填料式密封，组合式密封及浮动式密封等密封形式均不能实现理想的密封效果。隔离式箱体联合导流技术能够有效地解决上述问题。试验结果证明：

（1) 隔离式箱体联合导流技术的应用可以降低对轴端密封性能的要求，简化轴端密封结构，降低设备的加工制造成本。

（2) 隔离式箱体联合导流技术工艺结构简单，便于加工制造。

（3) 隔离式箱体联合导流技术能够阻断浆体同轴端密封的接触，避免了料浆细粒径颗粒对轴承及密封件的磨损，延长了轴承与密封件的使用寿命，降低了搅拌机的检修强度，具有一定的推广应用价值。