在醇制油行業(yè)，由于輸送的介質(zhì)有毒，而羅茨鼓風(fēng)機(jī)原有的迷宮密封不能實現(xiàn)零泄漏，作者對鼓風(fēng)機(jī)的密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，用磁性液體密封替換原有的迷宮密封，設(shè)計了極靴、永磁鐵等密封零件，運用仿真軟件對密封件間隙處進(jìn)行了靜態(tài)磁場的模擬分析；測量了實驗所用的磁性液體的磁化曲線，從而在理論上得出裝置的耐壓值是0.327 MPa。對該密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜密封實驗，得到其耐壓最大值是0.320 MPa。將密封件裝在實際生產(chǎn)線上的羅茨鼓風(fēng)機(jī)上，實驗正在進(jìn)行中。

　　羅茨鼓風(fēng)機(jī)與齒輪泵的結(jié)構(gòu)類似，是一種通過兩轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)來壓縮氣體的裝置。轉(zhuǎn)子部分的葉輪和軸是一體的，一般通過鍵配合或熱裝等安裝方式組裝在一起，其中轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與機(jī)體之間都有微小的間隙，而葉輪和墻板之間的間隙一般為0.2 mm。兩轉(zhuǎn)子沿軸的中心線平行，通過電動機(jī)與羅茨鼓風(fēng)機(jī)驅(qū)動端的皮帶輪或齒輪鏈聯(lián)接驅(qū)動，通過齒輪端的一對同步齒輪傳動，實現(xiàn)對兩葉輪做等速的反向的旋轉(zhuǎn)，兩葉輪擠壓的空間形成排氣端，與之對稱的另一區(qū)域就是吸氣端。鼓風(fēng)機(jī)工作時從吸氣端吸進(jìn)輸送介質(zhì)后，從排氣端排出，達(dá)到進(jìn)排氣的目的。

　　密封是保證很多機(jī)械設(shè)備正常工作、運行可靠的關(guān)鍵設(shè)備。絕大多數(shù)鼓風(fēng)機(jī)采用的密封方法為：用有迷宮槽的迷宮密封( 軸上套迷宮環(huán)) 或者是填料密封安裝在墻板軸孔和機(jī)殼之間，軸伸出端靠近油箱的部分采用骨架油封。迷宮密封的工作原理是：在通過不規(guī)則迷宮的間隙時使得被密封的介質(zhì)產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)，將壓力轉(zhuǎn)化為熱能而達(dá)到阻漏和節(jié)流的目的，無法做到零泄漏。而在輸送特殊氣體，尤其是易燃、易爆氣體( 如醇制油中分離出的混合氣體) ，一旦發(fā)生泄漏，將造成火災(zāi)、爆炸及人身傷亡等重大事故。

　　一步法甲醇轉(zhuǎn)化制汽油技術(shù)流程中，運用設(shè)備產(chǎn)品分離器將氣體、液態(tài)的烴和水一一分離出來，其中氣體( 大多為輕質(zhì)烴類、氫氣) 再返回返氣鼓風(fēng)機(jī)。醇制油現(xiàn)場運行中的鼓風(fēng)機(jī)的具體要求為:進(jìn)口壓力達(dá)到9.1 × 10⁴ Pa( 表壓) ，升壓4.1 × 10⁴ Pa，即排出的氣體要達(dá)到1.3 × 10⁴ Pa( 表壓) ，電機(jī)轉(zhuǎn)速2000 r /min，溫度在35 ～75℃范圍內(nèi)，輸送的介質(zhì)要求零泄漏。在這種情況下使用原有的迷宮密封就不能滿足零泄漏的設(shè)計要求。

　　1、鼓風(fēng)機(jī)上密封件的設(shè)計

　　如圖1，所表示的是羅茨鼓風(fēng)機(jī)的原有結(jié)構(gòu)，從圖中可看出所用的密封形式為迷宮密封，具體結(jié)構(gòu)形式如圖2 所示。而在鼓風(fēng)機(jī)輸送有毒有害氣體時不宜采用迷宮密封，因為有毒有害氣體的泄漏往往乎造成重大事故的發(fā)生，因此放棄原先的羅茨鼓風(fēng)機(jī)上的密封結(jié)構(gòu)，重新改進(jìn)設(shè)計密封結(jié)構(gòu)，以滿足其對被密封介質(zhì)零泄漏的要求。

圖1 鼓風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 原有迷宮密封結(jié)構(gòu)

　　磁性液體密封具有的最有吸引力的特點是：摩擦小、零泄漏( 氦質(zhì)譜檢漏儀檢測泄漏量< 10 ^-12 Pa·m³/s) 、壽命長，因此磁性液體密封在航空、航天、船舶等領(lǐng)域被越來越多的人使用。所以決定對鼓風(fēng)機(jī)原有的密封部位實施改進(jìn)，其中端蓋的加工圖如圖3，對原有的驅(qū)動端端蓋和齒輪端端蓋進(jìn)行修改加工，在修改加工后的驅(qū)端端蓋和齒端端蓋的凹槽處分別裝入磁性液體密封件兩件以達(dá)到羅茨鼓風(fēng)機(jī)的工況要求。

圖3 端蓋加工圖

　　磁性液體密封結(jié)構(gòu)如圖4 所示，將左極靴、第一磁鐵、中極靴、第二磁鐵和右極靴按次序安裝在一起組成磁性液體密封件，其中左、中極靴外徑的凹槽上裝O型密封圈，再將磁性液體密封組件裝入外殼內(nèi)，然后用螺紋壓蓋壓緊密封件，將磁性液體注入到磁鐵的內(nèi)環(huán)上，再將導(dǎo)磁軸套裝入上述組件的內(nèi)孔中，最后導(dǎo)磁軸套安裝在原有羅茨鼓風(fēng)機(jī)的軸上，驅(qū)端墻板和齒端墻板上各有兩件磁性液體密封件，代替了羅茨鼓風(fēng)機(jī)原有的迷宮密封部分。原有的驅(qū)動端沒有密封部分，改進(jìn)后也裝有兩件磁性液體密封件，才能實現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)內(nèi)的介質(zhì)只從出口段排出而不會在軸與端面原有的孔隙中泄漏，最終實現(xiàn)對原始鼓風(fēng)機(jī)的磁性液體密封。四件密封件的結(jié)構(gòu)相同，區(qū)別在于齒端的兩件密封件的外殼和螺紋壓蓋的軸向長度比驅(qū)動端的兩件長1 mm。其中靠近齒端墻板處的磁性液體密封件與滾動軸承之間設(shè)有骨架油封，防止齒輪油箱中的油與磁性液體接觸。

圖4 密封結(jié)構(gòu)方案

　　2、結(jié)論

　　(1) 運用已有的磁性液體密封理論對醇制油用羅茨鼓風(fēng)機(jī)的磁性液體密封進(jìn)行設(shè)計分析，并進(jìn)行了多次現(xiàn)場實驗，其中實驗時羅茨鼓風(fēng)機(jī)的最大耐壓值為0.320 MPa 與理論計算出的0.327 MPa 非常將近，理論與實驗證明密封件的設(shè)計符合鼓風(fēng)機(jī)的耐壓要求。

　　(2) 當(dāng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)輸運的是烴類氣體時，磁性液體密封能夠滿足羅茨鼓風(fēng)機(jī)耐壓和工作溫度條件的要求。

　　(3) 通過磁性液體密封相關(guān)理論的分析和羅茨鼓風(fēng)機(jī)現(xiàn)場試車的實驗結(jié)果表明: 磁性液體密封可以在羅茨鼓風(fēng)機(jī)上使用，其具體壽命有待實驗進(jìn)一步驗證和觀察。