立盘过滤机中心轴密封的结构优化

张晓峰，曾伟兵，刘志广

（洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司，河南 洛阳471039）

1 引 言

立盘过滤机，又叫圆盘真空过滤机，是一种连续工作的固液分离设备，具有处理量大、能耗少、结构紧凑的特点，广泛应用于煤炭、钢铁、化工、电力等行业。立盘过滤机结构如图1 所示，由传动系统、分配头、扇形板、中心轴、吹风装置、槽体等几部分组成[1]。它的原理是利用多孔透气的滤布作为过滤介质，以滤布两侧的压力差作为推动力，使被过滤的液体通过小孔获取清液（滤液），而将固体颗粒截留在过滤介质上逐渐堆积得到滤饼的过程[2]。

图1 立盘过滤机结构

立盘过滤机包括四个工作区：吸液区、脱水区、卸料区、盲区，如图2 所示。立盘过滤机的工作流程如下：①在吸液区Ⅰ料浆中少部分滤液在真空的作用下进入流道，滤饼逐渐形成吸附在包裹滤布的扇形板上；②扇形板进入脱水区Ⅱ，滤饼中水分在真空的作用下被逐渐吸干，形成的滤液也进入流道被抽走；③扇形板进入卸料区Ⅲ，滤饼在反吹风的作用下与滤布分离，滤饼掉落进槽体卸料斗；④最终扇形板经盲区Ⅳ进入吸液区Ⅰ，开始下一个工作循环。随着中心轴旋转，每回转一周，扇形板相继通过以上四个工作区，完成一个过滤作业循环，从而实现立盘过滤机的连续作业[3]。

图2 工作原理示意图

立盘过滤机中心轴密封（后简称轴密封）是槽体和中心轴的连接部分，槽体固定在基础上，而中心轴可以自由回转。轴密封既要阻止槽体内料浆泄露，又要保证中心轴的旋转不受阻碍，起到了动静密封的作用。轴密封装置结构如图3 所示，内环与中心轴固定，外圈与槽体固定，内外环之间为迷宫式的机械密封。在设备运行时通过风管持续由设备外侧向内侧吹入低压风，阻挡料浆沿机械密封向外渗漏，同时通过润滑泵注入润滑脂对机械密封进行润滑。由于轴密封的存在，大大提高了槽体液位，可使扇形板在吸液区的浸没率达到50%以上而不产生溢流，是提高立盘过滤机处理量的关键部件[4]。

图3 轴密封

本文以一次故障处理为例，探讨轴密封的结构优化。山东滨州某氧化铝厂分解车间2#立盘过滤机停车后再次启动出现主电机电流过高跳停的情况。经检查发现轴密封内外环之间有积料，积料清理后再次启动，设备运转一切正常。一段时间后，用户反馈停车后设备无法启动的状况依然存在，检查发现轴密封内外环之间再次出现积料。

2 原因分析

对立盘过滤机进行全面检查后，发现轴密封油管和风管堵塞，如图4 所示。轴密封内外环之间如果没有润滑脂的润滑作用，会造成机械密封干磨。而没有反吹风的情况下料浆会缓慢渗入机械密封，料浆固体颗粒的进入也会加剧机械密封面之间的磨损。随着不断的磨损，机械密封内外环之间的间隙会越来越大，此时轴密封在工作时会出现料浆渗漏，并且每次停车后轴密封内外环之间都会出现积料。停车后如不及时清理，积料会逐渐干燥板结导致大轴被抱死，再次启动就会出现主电机过载跳停的情况。

图4 优化前机械密封示意图

由于机械密封本身就有间隙存在，即使进入少量料浆，停车后也会出现轻微结疤的情况，结疤经过长时间积累逐渐增多，不可避免的加速了磨损。另外，观察轴密封现有结构发现，设备运行时，反吹风和润滑脂同时均匀进入机械密封各沟槽，反吹风阻挡料浆向外渗漏的同时也吹走了相当部分的润滑脂，影响了润滑效果。还有位于轴密封底部的反吹风管容易进入料浆，增加了堵塞的风险，造成反吹风失效。

3 解决方案

轴密封原结构在反吹风和润滑脂进入机械密封后产生冲突，润滑效果受到影响。针对现场出现的问题，分别对机械密封和反吹风风管进行了结构优化，如图5 所示。

图5 优化后机械密封示意图

（1）反吹风由进入所有沟槽更改为仅反吹靠近内侧的一列沟槽。在实际使用中发现反吹风起到的密封作用由内侧向外侧是依次递减的，而且塞焊靠近外侧沟槽的反吹风出口后观察密封效果基本不受影响。更改后降低了进入机械密封的反吹风量，大大减缓了润滑脂流失，增强了润滑效果。

（2）轴密封外环底部反吹风入口，由最低点逆时针旋转30°，调整至右下角。顶部进风口取消改为通工艺水。调整以后反吹风入口在圆周方向上远离了润滑点，减轻了反吹风对润滑脂的影响。而最低点反吹风口的上移，可以有效降低在运行以及停车过程中料浆进入风管造成堵塞的风险。顶部工艺水则可在每次停车后对机械密封部分进行冲洗，保证机械密封在运行时的清洁。

底部反吹风口位置的变动，现场很难实现，可以在新产品中采用。而减少反吹风口和引入工艺水清洗在项目现场很容易实现，且简单易操作。轴密封结构优化以后，用户反馈良好，现场问题得到解决，再未出现轴密封抱死造成停车的状况。

4 优势分析

轴密封结构优化主要有以下优点：增强了轴密封的润滑效果；降低了润滑脂和风的消耗；清洗轴密封方便快捷，解决了积料板结造成的卡车问题；旧轴密封改造成本低并具有良好的可实施性。

5 结 语

本文经过对轴密封的结构优化，减缓了磨损速度，解决了轴密封在磨损后无法使用的问题，提高了轴密封使用寿命。该结构优化主要是提高了润滑脂的利用率，引入工艺水对轴密封进行冲洗，轴密封的运行可靠性和使用寿命都大大提高。该结构优化简单易行，提高了生产效率，降低了维修成本。可以在以后的设计工作中予以借鉴，具有较好的推广价值和应用前景。