带有新型机械密封的T9-19-No6.3D钛材风机研制

韩 峰

（中国人民解放军海军驻沈阳导弹专业军事代表室，辽宁 沈阳 110022）

0 引言

钛具有密度小、比强度高和耐腐蚀性好的优点，已应用在化工、造船、冶金、造纸、化纤、航空等行业中。采用钛材结构，可提高设备的使用周期和生产率，减轻结构的质量，在强腐蚀介质中可显著地延长设备的使用寿命，减少停产检修次数。本文介绍了T9-19-No6.3D钛材风机新型机械密封的研制，由于该风机是在HCl介质条件下使用，因此，使用全钛材过流部件，以解决防腐问题。

1 现有风机的密封结构特点及存在的问题

1.1 现有风机的结构特点

风机属于流体介质输送机械。T9-19-No6.3D风机为离心式风机，它依靠叶轮的旋转带动气体介质产生离心力而生成风压和流量。一般标准风机的结构如图1所示。由图1可见，一般标准风机的机壳与传动部分是无定位的，只是靠着三角架连接，这意味着机壳上的任何结构都不能与轴、底座、传动组（包括另加的密封结构）准确定位。同时，风机的电动机也是独立安装的。

1.2 现有风机的密封结构

现有风机的密封特点如下：

（1）由图1可见，一般标准风机的机壳后盖板与轴是间隙状态，无任何密封结构。

（2）一些有密封要求的风机在后盖板处另加了一套填料密封结构，如图2所示。该密封结构适用于对风机介质的泄漏无严格要求的使用条件，其密封结构简单，易于实现。但是，使用过程中填料材料容易过热，轴套磨损快，会产生泄漏。

（3）一些有较严密封要求的风机在后盖板处另加了一套气动密封结构，如图3所示，其密封功能的实现是依靠外加的空气压力大于风机介质气体的泄漏压力，从而将介质气体封在机壳内。但是，高于介质气体泄漏压力的高压空气会进入风机内，造成空气对风机内介质的污染。同时，这种风机的使用需要压缩空气源。

（4）一些有非常严格密封要求的气体压缩机，使用了复杂的密封结构，其中性能好的产品是进口的。这种密封可以保证介质气体无泄漏，但是密封结构非常复杂，需要庞大的油路润滑系统、水冷系统，造成风机整个机构过于复杂，且造价昂贵（单是密封就需约5万元～8万元人民币），不适用于本工艺系统的使用要求。

图1 一般标准风机结构图

图2 风机的填料密封结构

图3 风机的气动密封结构

2 带有新型密封结构的风机研制

由于现有风机的密封结构不能满足实际使用需要，因此风机研制重点是必须设计一套新型的密封系统。值得一提的是，在研制前，与使用方共同对有关密封制造厂进行调研。调研结果显示，目前大多数厂家只是可以提供现有的、用于泵密封的机械密封，而对于使用方所要求的风机使用的密封没有设计和制造经验，这样新型风机的结构设计只能凭借经验。根据本工艺系统的风机性能使用要求（见表1），力求研制一种结构简单、无泄漏、造价合适、安装方便、工作可靠、耐腐蚀的风机密封系统。

表1 T9-19-No6.3D钛材风机性能

2.1 新型风机密封系统材料选择

由于该风机是HCl介质条件下使用，因此，风机材料的耐腐蚀问题必须解决。使用全钛材过流部件能解决介质的防腐问题，为此，选用国家标准的TA2纯钛材料作为风机过流部件的材料。该材料的化学成分、力学性能、耐腐蚀情况分别见表2、表3和表4。

表2 TA2纯钛材料的化学成分（质量分数）%

表3 TA2纯钛板材料的力学性能

由于本风机的过流部件全是采用纯钛材料，因此，立足于密封结构的金属部件必须采用纯钛材料，其他部件不能采用钛材也必须具有与钛材一样或更好的耐腐蚀性能。最后，密封的摩擦副选用SiC-SiC材料。

表4 TA2纯钛板材料的耐腐蚀性能

2.2 新型风机的结构设计

选择机械密封结构就必须重新设计整个风机的结构，使整个风机连成一体，便于密封系统的定位、夹紧。这种结构取消了一般标准风机的三角架连接结构，重新设计了风机轴支撑、传动部分，轴支撑座（传动组）增加了机壳定位支撑结构，保证机壳定位，从而保证了安装在机壳后盖板上的密封系统的准确定位，保证了机械密封的正常使用。新设计的风机结构见图4。

图4 新设计的风机结构

2.3 新型风机的密封件设计

根据多年使用密封的经验，以在钛泵成功使用的性能很好的机械密封为基础，设计了本风机的机械密封。同时，委托密封件制造厂对该结构进行了试验。新型风机的密封件结构如图5所示，采用双端面密封、波纹管弹性件、水冷结构，除摩擦副以外的其他零件一律采用钛材。

2.4 新型风机密封的制造和安装

密封部件由专业制造厂制造。在加工这些部件过程中，请制造厂根据风机使用密封的实际情况，对设计进行了审核和修改，完善了密封的设计。这些密封部件中的钛材波纹管、摩擦副等关键部件采用了标准尺寸，这样做的目的一方面是因为标准的部件接受过其他条件下的使用考验，性能可靠；二是标准的部件易于生产和采购，成本低。

图5 新型风机的密封件结构

由于对整个风机的结构进行了重新设计，使其适用于机械密封的安装，因此，安装过程比较容易。密封部件的定位是确定的，其调整也很方便，使安装工作一次成功。

3 新型风机的测试

风机安装完成后，对风机进行了一系列的测试。

（1）首先对安装好的风机进行运转测试，考察风机运转状况。在2h的运转试验中，风机运行平稳、无杂音，轴承升温小于60℃，机械密封部位运转正常。

（2）在风机静止状态下，将风机内部盛满清水，对风机进行水封试验，检查风机各部位（主要是机械密封部位）的泄漏状况。检查结果表明，风机各部位无泄漏情况发生。

（3）在风机静止状态下，对风机的机械密封部位进行水压试验。在0.3MPa水压条件下，该部位可以保住压力，无泄漏情况发生。

（4）将风机的出口封死，然后启动风机运转，在关死流量状态下（运转时最大压力条件下）检验风机各部位的泄漏情况。检验结果表明，风机在该状态下无泄漏。

（5）在风机专业制造厂进行了两次风机的性能测试。一次是在风机制造后的自检测，另一次是在委托单位验收时的现场验证。两次测试的结果表明，风机性能达到设计要求。

4 结论

研制的T9-19-No6.3D采用了全钛过流部件、机械密封式，无泄漏、耐腐蚀，是一种填补国内空白的新型风机，尤其是该风机的机械密封结构设计新颖、可靠、简洁、实用，适用于有关化工系统的腐蚀性气体介质输送，达到了用户的使用要求。

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