淺談軸承水平箱密封結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

黃永剛 楊有新 于嘉偉

摘 要 本文分析了265㎡燒結(jié)環(huán)冷機鼓風(fēng)機軸承箱的潤滑油泄漏的現(xiàn)狀、原因和密封結(jié)構(gòu)，嘗試改進(jìn)原有密封結(jié)構(gòu)，通過理論計算驗證了密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)的可行性，達(dá)到了軸承箱密封無泄漏的效果。

關(guān)鍵詞 軸承箱 泄漏 密封

一、引言

265 m2燒結(jié)環(huán)冷機鼓風(fēng)機水平箱壓蓋和轉(zhuǎn)軸之間的密封結(jié)構(gòu)為迷宮式外加羊毛氈密封，密封性能較差。由于水平軸的轉(zhuǎn)速較高，羊毛氈磨損快，在離心力的作用下，軸承箱內(nèi)的潤滑油沿軸從端蓋甩出，地面沾滿油污，不僅造成潤滑油浪費，又嚴(yán)重污染生產(chǎn)環(huán)境。如果操作人員不能及時發(fā)現(xiàn)，還有可能造成環(huán)冷鼓風(fēng)機軸承的損壞。因此，改進(jìn)原油封結(jié)構(gòu)，研制一種密封性能優(yōu)良、使用壽命長的新型油封結(jié)構(gòu)以取代原油封是非常必要的。

二、環(huán)冷鼓風(fēng)機水平箱的現(xiàn)狀

環(huán)冷鼓風(fēng)機水平軸運行中，齒輪下端侵入油池中把潤滑油攪起沿箱體內(nèi)表面淌下，直接滴到旋轉(zhuǎn)軸上，軸上積油被旋轉(zhuǎn)軸帶動沿軸爬行進(jìn)入壓蓋與軸迷宮密封間隙。由于迷宮密封間隙較大，而且密封阻力較小，油一旦進(jìn)入迷宮難以打回，因而不斷沿軸甩出，在軸端處形成積油，迷宮和羊毛氈起不到密封作用即發(fā)生漏油。從以上分析可以看出，原油封結(jié)構(gòu)存在的主要問題是迷宮密封間隙太大起不到有效的密封作用。

三、水平箱密封結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

1.改進(jìn)方案的論證及初步選擇。新型防漏結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足以下要求，首先要保證結(jié)合部分的密閉性。同時，結(jié)構(gòu)緊湊系統(tǒng)簡單、制造維修使用方便、成本低廉、使用壽命長。針對漏油的主要原因進(jìn)行改進(jìn)。（1）減少加油量。低速齒輪浸油深度（液面與低速齒輪的相對距離）是影響甩油量大小的一個重要因素。減少加油量，可以減小浸油深度，減小攪油，從而減少落到軸上的油量，間接減少漏油量。（2）為減少水平箱透蓋漏油，可在水平箱下箱體開一回油槽，將軸承與透蓋之間的潤滑油送回水平箱箱體內(nèi)，避免油滿漏出透蓋外。

2.改進(jìn)原油封結(jié)構(gòu)。對其結(jié)構(gòu)分析，從密封原理角度講可考慮填塞或阻塞、分隔、引出或注入、流阻和反輸，以及這些方案組合等方法。（1）分隔?？刹扇C械密封，根據(jù)機械密封性能，適用范圍、壽命來看，機械密封都能適用，但機械密封價格高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所需空間較大，拆裝不便，不適于這種小空間結(jié)構(gòu)。（2）引出或注入。 能夠達(dá)到密封要求，但需要輔助裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而也不可取。（3）填塞和阻塞。由于要求較長的壽命，一些接觸型密封如氈圈、擋圈、密封圈和油封等與軸接觸磨損，壽命有限，不適合高速長周期運轉(zhuǎn)，而且易發(fā)生抱軸，因而排除。（4）流阻或反輸（或采用綜合方案）。流阻是利用密封件狹窄間隙或曲折途徑造成密封所需的流體阻力。反輸是利用密封件對泄漏流體造成反壓，使之部分平衡或完全平衡，將流體反輸?shù)缴嫌危赃_(dá)到密封的目的。其特點是無機械摩擦、結(jié)構(gòu)緊湊。流體反輸（也稱動壓）包括迷宮螺旋密封、動密封、螺旋密封?？紤]空間狹小、壽命長、功耗小、結(jié)構(gòu)簡單、拆除方便及價格低等要求，采用流阻或反輸及其綜合方案最優(yōu)。在流阻或反輸方案中，螺旋密封最能綜合滿足上述要求，因此優(yōu)先考慮螺旋密封。

3.水平箱密封的設(shè)計計算。根據(jù)理論分析，螺旋密封螺旋角α在5°6′時功率最小，而15°39′時取同樣長度密封壓力最大，結(jié)合一些資料與實際經(jīng)驗，兼顧密封壓力、功率消耗及結(jié)構(gòu)長度，并留一定安全裕度。

（1）.螺旋密封參數(shù)的設(shè)計計算。螺旋角α：對于水平箱，軸端直徑為d=90 mm透蓋可用螺旋密封，長度L=18 mm，由于長度和直徑都較?。芊鈮毫?）密封壓力較小，故螺旋角選的較大，取為α=5°49′。那么α的正切值t=tanα=0.1019（此值由后面計算得出）。

相對槽寬u：一般取u=0.5～1.0，這里u=a/（a+b）=0.75

相對槽深υ：一般取υ=2～10，取為υ=（c+h）/c=5

密封間隙c：推薦c=（0.6～2.6）/10000 m，取c=0.26 mm。取大間隙是為了防止加工誤差及安裝誤差與軸發(fā)生摩擦。

槽深h：h由公式h=c（υ-1）求得：h=0.26×（5-1）=1.04，取h=1.0mm。

頭數(shù)i：頭數(shù)i由前面所討論的按旋轉(zhuǎn)頭數(shù)的選擇原則：高轉(zhuǎn)速（n>5000 r/min），選單頭，低轉(zhuǎn)速（n<5000 r/min），選多頭，由于本鼓風(fēng)機電機n=1500r/min，根據(jù)有關(guān)資料推薦，取i=4。

螺旋導(dǎo)程s：取s=16（取整便于加工），則由s=πdtanα， α=5°49′。

螺旋槽寬a，齒寬b：由公式得 ：

a=πudtanα/i=3.00 mm

b=π（1-u）dtanα/i=1.0 mm

軸的角速度ω及螺旋圓周速度v的計算：

ω=2πn/60=157 r/s

v=πdn/60=7.06 m/s

螺旋按結(jié)構(gòu)選取長度：L=18 mm。

螺旋密封壓力ΔP：ΔP=μωwdLCp/C2

其中Cp=tu（l-u）（v-1）（v3-1）/[（1+t2）v3+t2u（1-u）（v3-1）2]

把u=0.75，t=0.1019，v=5.0代入得：Cp=0.178。按Cp=0.178，稀油潤滑取黏度系數(shù)偏小μ=0.00223×9.8Pa/s，ω=157r/s， d=0.090 m，L=0.018 m，c=2.6×10-1m代入，計算得△ρ=38829 Pa

螺旋密封功耗計算N： N=πw2d3LCn/Lc

Cn由公式求得：Cn=0.46，則N=14 W。

鼓風(fēng)機電機額定功率為90 kW，軸功率75 kW，螺旋密封功耗14 kW，可見功耗很小，對原機泵運行不構(gòu)成影響。

（2）螺旋密封壓力差。組合密封壓力差ΔP=38829Pa。由于軸承箱內(nèi)基本為常壓，箱內(nèi)壓力與軸承箱外大氣壓相近，因此密封壓力差ΔP就是防止?jié)櫥屯獯拿芊鈮毫?。本密封結(jié)構(gòu)壓力為0.04 MPa，完全符合應(yīng)略高于機內(nèi)壓力的要求。

（3）材料選擇。由于鼓風(fēng)機水平箱透蓋不起承壓作用，可選Q235-A鋼。

4.螺旋密封的實際應(yīng)用情況。經(jīng)過改造的油封，2007年8月環(huán)冷鼓風(fēng)機（型號為2950-S1-BB50）上進(jìn)行了試運行，然后又在ZQ650/ZQ1000/ZQ1150等減速機上進(jìn)行了安裝。經(jīng)過4年多的運行，軸承箱壓蓋密封處無任何泄漏，完全滿足設(shè)計要求。

在此之前，原密封結(jié)構(gòu)由于經(jīng)常發(fā)生泄漏，操作人員的工作量很大，在每天的巡檢中都要對減速機潤滑油進(jìn)行補充，而且還發(fā)生過兩起因漏油造成設(shè)備燒軸承的事故。

改造后，在換油周期內(nèi)的潤滑油基本不需要大量補充，大大減輕了工人的勞動強度，現(xiàn)場狀況明顯改觀，也為生產(chǎn)平穩(wěn)運行創(chuàng)造了有利條件。

四、結(jié)束語

將原水平箱透蓋處迷宮密封改為離心密封結(jié)構(gòu)，利用回油槽作為初步節(jié)流密封，利用螺旋密封作為二次密封，可以保證軸頭處無泄漏。這種改進(jìn)方法只需改造箱體透蓋，對原結(jié)構(gòu)改動很小，即可滿足密封要求，又能適應(yīng)原結(jié)構(gòu)可利用空間小的限制。該種密封結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝方便，消耗動力小。此外，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，將該結(jié)構(gòu)也成功地用于ZQ1000、ZQ850、ZQ1150型減速機高速軸及低速軸上，同樣取得了滿意的效果。因此，該結(jié)構(gòu)也可適用于有類似問題的其他設(shè)備，具有推廣價值。

參考文獻(xiàn)

[1]胡國楨.化工密封技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990.

[2]顧永泉.流體密封.北京：中國石化出版社，1990.