新型环冷机密封装置的设计与应用

李 伟，秦 兴，刘 霞

（山东莱芜煤矿机械有限公司，山东 莱芜 271100）

1 缺陷分析

经过一定区域范围内的实地调查，并基于此前相关的研究数据资料，环冷机装置的基础设计问题是造成传统环冷机密封性不强的直接与根本原因。在传统环冷机的设计中，常常采用橡胶材质的零部件在环冷机密封板与台车底端皮层之间进行机械式的密封处理，共有两层密封屏障。第一层装置密封形成于环冷机基本骨架上锥形板和台车底端接触、相互挤压之时；第二层装置密封形成于环冷机骨架静态的密封皮层和台车表面动态的密封板相互接触挤压过程中[1]。

在实际生产与设备使用过程中，这样的装置设计方式会具有以下几方面的问题。

（1）传统的环冷机基于两种不同形状封皮或封板相互咬合而形成的第一层密封设计存在一定的设计缺陷，直接决定了传统环冷机较差的气密性。大部分传统鼓风环冷机装置中的骨架均为圆心结构，且其多个骨架均有相同的圆心，因此固定于骨架上的静态密封板也为弧形；传统环冷机装置中的台车部分外侧为直线型结构。基于这一设计方式进行生产的环冷机的难以进行严格挤压而产生良好的气密效果，且通过挤压方式而实现的密封方式会因为挤压程度与频率不均匀而导致设备的变形等损伤。

（2）由于台车持续性的径向活动，台车表面覆盖的动态与静态密封板之间的贴合性不强，直接影响了环冷机气密性良好的控制。许多钢厂及其他环冷机使用单位普遍存在，由于设计施工过程中追求较快速度而导致设备建造与安装精确度不高的现象。环冷机内部装置运动轨道、台车安装位置以及回转结构等安装精度不高将直接导致回转框架在正常运动过程中轨迹不正。受到这一现实设备条件的影响，台车部件的运行会呈现椭圆形的不定向运动，并伴随有持续性不规律的径向运动，最终使得台车表面动态及静态两层密封板出现挤压过度及挤压不足的情况的经常性发生，不仅使得设备磨损加剧，也造成了环冷机设备较差的密封条件。

上述两点装置设计不足之处使得传统鼓风式环冷机在生产、安装以及使用过程中对环境条件、使用方式以及设备制作材料均具有较为严苛的要求。一方面，由于传统环冷机设计方式的先天缺陷，该环冷机装置的整体的气密性并不能达到较好的效果；另一方面，传统环冷机在安装过程中存在的精度误差，会在接下来的设备使用阶段层级放大，最终导致设备的大程度磨损，并加剧设备漏风漏气的问题。有研究人员针对我国现阶段钢铁生产行业的鼓风式环冷机的使用情况进行了大范围的调查，研究调查表明我国目前所使用的环冷机设备均存在一定程度的密封性问题，问题暴露和影响的程度因设备部件制作工艺、装置安装精度以及设备运行时的外界环境条件的不同而呈现显著的差异性。部分设备使用单位对环冷机设备进行改装，这种改装本质上是改良性质的，并不能从源头上解决设备的气密性不佳的问题，随着设备的持续性使用，台车以及回转框架等设备组件一定会出现变形的状况，设备安装的精度也逐渐会偏离原来的设备设计与使用要求[2-4]。

2 设计理念

总结部分生产单位的使用经验以及前期的研究数据资料，传统式环冷机的密封性问题具体表现为以下几点。首先，环冷机设备气密性不强、使用过程中废气泄露问题严重，这一问题产生的原因为设备烟罩处长时间受热而导致的变形、设备径向运动而导致的密封皮层及密封板接触松散等。其次，由于设备内部组件磨损较为严重，台车与烟罩之间的橡胶材质的密封板的使用周期十分有限，在设备正常运行的条件下，每个季度至少要换一次密封板。此外，环冷机内部装置设计的不合理导致了两个密封面相互挤压过程中产生较为严重的磨损，并加剧了台车运动的负载。最后，橡胶材质的密封板更换流程较为复杂，既浪费了物力人力，又不利于生产单位的持续、高效生产。针对以上几点问题，本新型环冷机的设计重点在于解决环冷机装置的密封性问题，并通过一种拆卸更换便捷的密封方式充分解决了橡胶密封板换装周期短、环冷机整体密封性差、余热利用率不高、装置生产与使用成本较高的问题。

3 设计方案及特点

（1）设计方案。在该新式环冷机密封装置的设计中，装置良好气密性的实现主要依靠两道屏障。三块固定于烟罩末端与台车顶端之间的钢制密封板为保护装置良好气密性的第一道屏障，三块隔热钢制密封板间隔一定间隙，对台车及其他环冷机组件的正常运行不造成影响。在设备的正常运行过程中，热气依次冲击到三块钢板上，具有一定的密封作用，且能够阻隔部分颗粒物以及热气。由耐高温耐磨损特种橡胶制成的密封板与斜插的圆形钢板组成了保护装置良好气密性的第二道屏障，该橡胶密封板具有可以进行位置调整的孔洞，并用活动销锁进行固定，有效缩减了台车与烟罩之间的缝隙，增强了装置的气密性。且在倾斜钢板上焊装圆钢的设计可以将两个密封板之间的弧形接触改变为线型接触，有效降低了因密封板相互挤压而造成的设备损伤，不仅为设备使用单位降低了生产能耗，还极大程度增加了橡胶密封板的使用寿命。此外，橡胶材质密封板上的活动孔隙的设计还能够降低换装密封板的难度与时间，具有经济性强、便捷性强的优势[5]。

（2）密封装置特点。该环冷机的新式密封装置具有以下几点优势。①拆装容易，使用便捷强性。当设备操作人员发现环冷机在使用的过程中存在磨损、漏气等现象时，传统的环冷机只能在停止运转以后才可以进行密封圈的更换，且人员需要进入台车内进行拆卸处理且需要拆除较多的螺母和螺丝等配件。而这一密封设计可以使操作人员在设备运行阶段就能够进行橡胶密封圈的更换。②耐用性强，延长了橡胶密封板的使用寿命。橡胶密封板上的孔洞设计能够使密封板的位置进行一定程度的调整，从而大大提高了其使用寿命。在实际设备使用过程中，操作人员可以在发现密封板部分磨损、破裂后，可以将橡胶板进行位置调整，向下移动使得完整部分的橡胶板移至与圆钢的衔接处，这样就可以继续正常使用。通常，该密封装置的设计能够使得橡胶密封板具有5厘米的位置调节区间。③两层密封结构，对橡胶板形成良好的保护。传统环冷机的工作过程中，橡胶密封板直接受到高温废气的冲击，容易被热气与巨大的颗粒物造成损伤。在新式的环冷机密封装置中，三层钢板的设计阻挡了大部分热气与颗粒物的冲击，有效保护了橡胶密封板，在一定程度上增加了密封板的使用时长，降低了生产成本。④减少摩擦力，降低设备耗能。由于在台车与密封板衔接处增加了圆钢，两密封面之间的接触改变为线型接触，有效减少了设备两组成部件之间的摩擦力，降低了台车的运行负载，减少了设备使用过程中的能耗。

4 设备应用效果

在环冷机使用新式密封装置后，环冷机冷却工作质量有了较为显著的改变，并形成了良好的生产效果。自设备改造后，环冷机漏气现象得到了很大程度的改善，有毒有害气体与颗粒物的泄露率呈直线型下降，有效增强了工厂工作环境的安全性。在企业生产方面，该新式密封装置也产生了较为明显的经济效益。一方面，橡胶密封板的使用寿命得到了很大程度的延长，生产成本下降，设备生产及其人员组织情况也变得更为有序、科学化。另一方面，由于降低了设备荷载，企业设备的耗能问题也得到了一定的缓解[6]。

5 结语

综上所述，传统的环冷机两种不同形状封皮或封板相互咬合不完全的密封设计，以及其有台车持续性径向活动导致的动态与静态密封板之间的贴合性不强，是导致环冷机整体气密性不强的根本设计原因。基于上述几点现实问题，本新型环冷机密封装置通过一种拆卸更换便捷的密封方式解决了环冷机装置的密封性问题。该密封装置具有使用便捷强性，耐用性强，两层密封结构保护橡胶板，减少摩擦力、降低设备耗能等特点。