解讀骨架油封的密封原理及安裝技術(shù)

于勇，呂文東

（中交上航局中港疏浚有限公司，上海 200136）

骨架密封是船舶設(shè)備密封的主要型式之一，尤其是輸入輸出軸的密封。為了保證密封的正確安裝，可靠使用，壽命延長(zhǎng)，因此需要深入了解骨架密封的原理，結(jié)構(gòu)形狀，安裝方法，維護(hù)技巧。作為船舶機(jī)匠長(zhǎng)，需要經(jīng)常拆裝骨架密封，筆者在長(zhǎng)期工作中積累了一些知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，與大家分享。

1 骨架密封的結(jié)構(gòu)及制造材質(zhì)

1.1 骨架密封的組成

如圖1 所示，骨架密封主要由密封體、加強(qiáng)骨架、自緊螺旋彈簧組成，其中密封體可分為密封主唇、防塵輔唇、裝配面、端面、密封唇腰部等

圖1 骨架密封的結(jié)構(gòu)剖面圖

骨架密封的制作要求根據(jù)適用場(chǎng)合不同簡(jiǎn)單歸納為：（1）性能穩(wěn)定，溫度適應(yīng)范圍廣；（2）耐油性、不易點(diǎn)燃；（3）壽命適中，拆檢頻次少；（4）密封唇跟隨性好，泄漏少。

1.2 骨架密封的制造材料

根據(jù)以上要求，一般使用丁晴橡膠、氟橡膠、硅橡膠、碳纖維聚氨酯及三元尼龍等與橡膠復(fù)合材料。

（1）丁晴橡膠是骨架密封生產(chǎn)中最廣泛使用的材料。主要由丁二烯與丙烯晴組成，丙烯晴具有較好的耐油性，其耐油性僅比聚硫橡膠、丙烯酸酯和氟橡膠略差，卻比通用橡膠要好。其制造的產(chǎn)品性能穩(wěn)定、高溫適應(yīng)性好。

（2）氟橡膠（四氟、六氟等）的總體性能要優(yōu)于丁晴橡膠。它比丁晴橡膠耐高溫可以達(dá)到300℃，氟橡膠骨架油封的耐酸、耐油性形在各種橡膠種類(lèi)中也是較好的。

（3）硅橡膠的產(chǎn)品性能優(yōu)于丁晴橡膠但比氟橡膠略差。硅橡膠具有很好的耐寒性，最低溫度可達(dá)到零下100℃，在所有骨架密封橡膠體材料中，低溫性能和高溫性能是最好的。

（4）復(fù)合材料為了提高機(jī)械密封某些性能，在制造中使用復(fù)合材料混煉。例如，為了提高拉伸強(qiáng)度、提高骨架密封的抗撕裂性能，使用三元尼龍與橡膠摻合。

2 骨架密封的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、分類(lèi)、型號(hào)命名

船舶使用中骨架密封是安裝在設(shè)備的旋轉(zhuǎn)出軸密封以及一些油缸密封。

2.1 骨架密封的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈設(shè)計(jì)規(guī)范為GBT9877-2008 規(guī)定基本結(jié)構(gòu)類(lèi)型分為6 類(lèi)（如圖2 所示），旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈性能試驗(yàn)方法是GBT 14273-1993 GB/T13871.1-2007。

圖2

2.2 骨架密封的分類(lèi)

根據(jù)結(jié)構(gòu)上劃分可以分為兩種，單唇與雙唇的油封；根據(jù)骨架形式的劃分也有兩種，內(nèi)包骨架與外漏骨架及裝配式油封；根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速劃分，可分為低速型油封和高速型油封；根據(jù)唇口數(shù)量劃分，可分為雙唇型油封和單唇型油封；根據(jù)耐壓程度劃分，可分為耐壓性密封和低壓型密封。

3 骨架密封優(yōu)缺點(diǎn)

骨架密封優(yōu)缺點(diǎn)：（1）可用溫度范圍大（-30～260℃），使用復(fù)合材料可以增強(qiáng)耐低溫性能；（2）對(duì)安裝軸的表面硬度適應(yīng)性廣；（3）除了軸的表面光潔度影響，不同軸的材質(zhì)使用壽命不一樣，普通碳鋼最長(zhǎng)，其次是鉻鐵合金，含鎳合金鋼較差（經(jīng)驗(yàn)積累、沒(méi)有經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證）；（4）彎曲強(qiáng)度好，變形?。唬?）成本低；（6）拆裝方便，更換簡(jiǎn)單。

4 骨架密封的密封潤(rùn)滑原理

首先，我們要建立一個(gè)觀點(diǎn)，任何運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備都是需要潤(rùn)滑的，骨架密封安裝在旋轉(zhuǎn)軸上也不例外。既然需要潤(rùn)滑就一定有它的潤(rùn)滑形式、潤(rùn)滑原理。旋轉(zhuǎn)潤(rùn)滑主要是從潤(rùn)滑油量和潤(rùn)滑動(dòng)力兩方面來(lái)分析。

骨架密封雖然需要潤(rùn)滑，但它是一種密封裝置，不可能像柴油機(jī)的主軸承一樣有充足的供油量、充足的動(dòng)力，保證它的動(dòng)壓潤(rùn)滑。因此，唇形密封是依靠微凸體和周向剪切流聯(lián)合作用形成的油膜進(jìn)行潤(rùn)滑的。從混合潤(rùn)滑狀態(tài)過(guò)度到全體膜潤(rùn)滑狀態(tài)的轉(zhuǎn)軸線速度低到只有10mm/s。油膜向密封面的初始滲透是依靠表面能的作用，如毛細(xì)管作用。

一般來(lái)說(shuō)，如果唇形密封是近似對(duì)稱(chēng)的，或者接觸面不能形成必須的微凸體或棱脊，那沒(méi)唇形密封并不會(huì)產(chǎn)生明顯的回泵送現(xiàn)象，由于泵送的方向與泄漏方向相反，可以認(rèn)為，“回泵送”就是唇形密封的“動(dòng)力密封機(jī)理”，起源于密封接觸界面的流體動(dòng)壓效應(yīng)，為了解釋唇形密封的回泵送效應(yīng)，提出了不同的物理模型。實(shí)際認(rèn)為它更接近一種邊界潤(rùn)。

5 骨架密封的性能參數(shù)

通過(guò)以上的對(duì)橡膠性能的論述，我們了解了骨架密封制造、性能特點(diǎn)，在申請(qǐng)單中，根據(jù)需要、結(jié)合費(fèi)用可以表明材質(zhì)要求供領(lǐng)導(dǎo)抉擇，但在實(shí)際工作中，我們還要知道成型密封更多的參數(shù)。

（1）性能參數(shù)。骨架密封唇口的比壓（唇口單位面積的承受壓力）。唇口比壓q 是在安裝軸單位圓周上的封唇對(duì)軸的抱緊力，它是表示封唇摩擦面上線接觸應(yīng)力大小的重要的特性參數(shù)，對(duì)于油封壽命有直接的影響，低速型密封值為q=150～220n/mm,高速型值為q=95～130n/mm。

（2）骨架密封唇口摩擦扭矩。骨架油封的接觸面摩擦扭矩m 也是一個(gè)重要的特性參數(shù)，它反應(yīng)的是油封唇口的摩擦—潤(rùn)滑狀況，是影響油封壽命的重要因素之一，在保證密封性的前提下，應(yīng)適當(dāng)減小摩擦扭矩，密封摩擦扭矩及摩擦系數(shù)可以延長(zhǎng)骨架密封工作壽命。

（3）唇口安裝過(guò)盈量。唇口過(guò)盈量是指在密封常溫自由狀態(tài)時(shí)唇口直徑與軸頸之差，它反映的是唇口比壓形成的因素之一，也是克服軸偏心的一個(gè)措施，適當(dāng)?shù)倪^(guò)盈量通常為0.2～0.5mm，過(guò)盈量過(guò)小會(huì)降低密封性能，容易造成泄漏，過(guò)大過(guò)盈量會(huì)出現(xiàn)橡膠材料的焦耳效應(yīng)（過(guò)熱），加速唇口老化龜裂。

6 骨架密封安裝及失效型式

6.1 骨架密封安裝

（1）垂直公差。軸徑＜30mm，公差0.10mm；30mm ≤軸徑＜80mm，公差0.20mm；軸徑≥80，公差0.30mm。在我們安裝中，根據(jù)材質(zhì)、適用場(chǎng)合溫度不同可以略有區(qū)別。

（2）徑向公差。一般在安裝前測(cè)量一下軸徑、密封的內(nèi)徑，略有過(guò)盈量即可。隨著軸徑的增大，公差可以略大。

6.2 密封安裝對(duì)軸的要求

軸的同軸度參照垂直公差；軸表面加工硬度45HRC—55HRC。主要依據(jù)是軸運(yùn)轉(zhuǎn)的線速度，當(dāng)線速度小于4m/S 時(shí)取下限，否則取上限。實(shí)際上，我們?cè)诓鹧b中無(wú)法決定軸的硬度。軸表面粗糙度一般規(guī)定為Ra1.6～3.2 um。

6.3 安裝過(guò)程

（1）清潔檢查安裝座光潔無(wú)缺陷，使用帆布或沙皮背面將清潔后軸拋光；（2）檢查骨架密封并用雜用空氣吹凈。檢查彈簧是否良好無(wú)銹蝕，骨架堅(jiān)硬，唇口無(wú)損傷龜裂，圓度良好。測(cè)量密封唇口與軸的尺寸，安裝面尺寸與安裝座的尺寸都有一定的過(guò)盈量；（3）將密封安裝面及唇口根據(jù)不同材質(zhì)涂抹潤(rùn)滑脂或二硫化鉬，唇口朝壓力面；（4）用外徑比安裝座略小，內(nèi)徑比軸略大的銅套或尼龍?zhí)灼叫袎喝牖蜉p輕敲入；（5）裝好壓蓋后盤(pán)車(chē)一周。

安裝完畢的油封唇口的過(guò)盈壓力和自緊彈簧的抱緊力對(duì)旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生一定的徑向壓力。制造廠分析，工作中的油封在徑向壓力的作用下，會(huì)形成一個(gè)0.10～0.5mm 的密封接觸環(huán)帶，但較為理想的寬度為0.25mm。

密封裝好，初次使用允許微量滲漏，磨合后正常使用中略有濕潤(rùn)，在損害更換前不應(yīng)看到密封的液體。安裝時(shí)保證骨架密封使用壽命及高效的重要環(huán)節(jié)，一定要確保安裝質(zhì)量。例如，在工作中密封使用中的三種情況。正常使用能夠達(dá)到8000h 以上質(zhì)量良好的密封正常安裝，是能夠用到8000h 正常損壞。由于安裝質(zhì)量不良1000h 以下沒(méi)有達(dá)到使用壽命比比皆是，由于其他情況沒(méi)有達(dá)到使用壽命的要占更大比例。

6.4 骨架密封的失效型式及原因

骨架密封失效后最直觀的是密封處泄漏，所以我們找到泄漏原因絕大部分就是密封失效的原因及型式。（1）備件不匹配，軸徑磨損；（2）軸封耐壓等級(jí)過(guò)低，工作壓力過(guò)高，脈動(dòng)過(guò)大，唇口過(guò)盈量過(guò)大或過(guò)??；（3）密封材質(zhì)不合適，與使用場(chǎng)合的液體溶融；（4）軸表面不光潔，粗糙；（5）環(huán)境溫度極端，密封性能變差，脆化；（6）安裝質(zhì)量不良，密封移位，唇口翻轉(zhuǎn)。

6.5 應(yīng)對(duì)措施

既然知道了骨架密封的失效型式及原因，就根據(jù)以上原因找出應(yīng)對(duì)措施。（1）選用材質(zhì)耐壓等級(jí)合的適備件；（2）檢查調(diào)整泵的工作狀況；（3）按規(guī)定程序安裝，提高安裝質(zhì)量。

7 結(jié)語(yǔ)

總之，骨架油封的不斷發(fā)展，已經(jīng)在許多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。在安裝骨架油封過(guò)程中，需要對(duì)其密封原理進(jìn)行分析，并結(jié)合所應(yīng)用的領(lǐng)域制定出行之有效的安裝技術(shù)，為相關(guān)設(shè)備的正常運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。