浅谈轴承水平箱密封结构的改进
时间：2022-06-14 17:42:01 浏览次数：次
摘 要 本文分析了265㎡烧结环冷机鼓风机轴承箱的润滑油泄漏的现状、原因和密封结构，尝试改进原有密封结构，通过理论计算验证了密封结构改进的可行性，达到了轴承箱密封无泄漏的效果。
关键词 轴承箱 泄漏 密封
一、引言
265 m2烧结环冷机鼓风机水平箱压盖和转轴之间的密封结构为迷宫式外加羊毛毡密封，密封性能较差。由于水平轴的转速较高，羊毛毡磨损快，在离心力的作用下，轴承箱内的润滑油沿轴从端盖甩出，地面沾满油污，不仅造成润滑油浪费，又严重污染生产环境。如果操作人员不能及时发现，还有可能造成环冷鼓风机轴承的损坏。因此，改进原油封结构，研制一种密封性能优良、使用寿命长的新型油封结构以取代原油封是非常必要的。
二、环冷鼓风机水平箱的现状
环冷鼓风机水平轴运行中，齿轮下端侵入油池中把润滑油搅起沿箱体内表面淌下，直接滴到旋转轴上，轴上积油被旋转轴带动沿轴爬行进入压盖与轴迷宫密封间隙。由于迷宫密封间隙较大，而且密封阻力较小，油一旦进入迷宫难以打回，因而不断沿轴甩出，在轴端处形成积油，迷宫和羊毛毡起不到密封作用即发生漏油。从以上分析可以看出，原油封结构存在的主要问题是迷宫密封间隙太大起不到有效的密封作用。
三、水平箱密封结构的改进
1.改进方案的论证及初步选择。新型防漏结构应满足以下要求，首先要保证结合部分的密闭性。同时，结构紧凑系统简单、制造维修使用方便、成本低廉、使用寿命长。针对漏油的主要原因进行改进。（1）减少加油量。低速齿轮浸油深度（液面与低速齿轮的相对距离）是影响甩油量大小的一个重要因素。减少加油量，可以减小浸油深度，减小搅油，从而减少落到轴上的油量，间接减少漏油量。（2）为减少水平箱透盖漏油，可在水平箱下箱体开一回油槽，将轴承与透盖之间的润滑油送回水平箱箱体内，避免油满漏出透盖外。
2.改进原油封结构。对其结构分析，从密封原理角度讲可考虑填塞或阻塞、分隔、引出或注入、流阻和反输，以及这些方案组合等方法。（1）分隔。可采取机械密封，根据机械密封性能，适用范围、寿命来看，机械密封都能适用，但机械密封价格高，结构复杂，所需空间较大，拆装不便，不适于这种小空间结构。（2）引出或注入。 能够达到密封要求，但需要辅助装置，结构复杂，因而也不可取。（3）填塞和阻塞。由于要求较长的寿命，一些接触型密封如毡圈、挡圈、密封圈和油封等与轴接触磨损，寿命有限，不适合高速长周期运转，而且易发生抱轴，因而排除。（4）流阻或反输（或采用综合方案）。流阻是利用密封件狭窄间隙或曲折途径造成密封所需的流体阻力。反输是利用密封件对泄漏流体造成反压，使之部分平衡或完全平衡，将流体反输到上游，以达到密封的目的。其特点是无机械摩擦、结构紧凑。流体反输（也称动压）包括迷宫螺旋密封、动密封、螺旋密封。考虑空间狭小、寿命长、功耗小、结构简单、拆除方便及价格低等要求，采用流阻或反输及其综合方案最优。在流阻或反输方案中，螺旋密封最能综合满足上述要求，因此优先考虑螺旋密封。
3.水平箱密封的设计计算。根据理论分析，螺旋密封螺旋角α在5°6′时功率最小，而15°39′时取同样长度密封压力最大，结合一些资料与实际经验，兼顾密封压力、功率消耗及结构长度，并留一定安全裕度。
（1）.螺旋密封参数的设计计算。螺旋角α：对于水平箱，轴端直径为d=90 mm透盖可用螺旋密封，长度L=18 mm，由于长度和直径都较小（密封压力公式1）密封压力较小，故螺旋角选的较大，取为α=5°49′。那么α的正切值t=tanα=0.1019（此值由后面计算得出）。
相对槽宽u：一般取u=0.5～1.0，这里u=a/（a+b）=0.75
相对槽深υ：一般取υ=2～10，取为υ=（c+h）/c=5
密封间隙c：推荐c=（0.6～2.6）/10000 m，取c=0.26 mm。取大间隙是为了防止加工误差及安装误差与轴发生摩擦。
槽深h：h由公式h=c（υ-1）求得：h=0.26×（5-1）=1.04，取h=1.0mm。
头数i：头数i由前面所讨论的按旋转头数的选择原则：高转速（n>5000 r/min），选单头，低转速（n<5000 r/min），选多头，由于本鼓风机电机n=1500r/min，根据有关资料推荐，取i=4。
螺旋导程s：取s=16（取整便于加工），则由s=πdtanα， α=5°49′。
螺旋槽宽a，齿宽b：由公式得 ：
a=πudtanα/i=3.00 mm
b=π（1-u）dtanα/i=1.0 mm
轴的角速度ω及螺旋圆周速度v的计算：
ω=2πn/60=157 r/s
v=πdn/60=7.06 m/s
螺旋按结构选取长度：L=18 mm。
螺旋密封压力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，稀油润滑取黏度系数偏小μ=0.00223×9.8Pa/s，ω=157r/s， d=0.090 m，L=0.018 m，c=2.6×10-1m代入，计算得△ρ=38829 Pa
螺旋密封功耗计算N： N=πw2d3LCn/Lc
Cn由公式求得：Cn=0.46，则N=14 W。
鼓风机电机额定功率为90 kW，轴功率75 kW，螺旋密封功耗14 kW，可见功耗很小，对原机泵运行不构成影响。
（2）螺旋密封压力差。组合密封压力差ΔP=38829Pa。由于轴承箱内基本为常压，箱内压力与轴承箱外大气压相近，因此密封压力差ΔP就是防止润滑油外串的密封压力。本密封结构压力为0.04 MPa，完全符合应略高于机内压力的要求。
（3）材料选择。由于鼓风机水平箱透盖不起承压作用，可选Q235-A钢。
4.螺旋密封的实际应用情况。经过改造的油封，2007年8月环冷鼓风机（型号为2950-S1-BB50）上进行了试运行，然后又在ZQ650/ZQ1000/ZQ1150等减速机上进行了安装。经过4年多的运行，轴承箱压盖密封处无任何泄漏，完全满足设计要求。
在此之前，原密封结构由于经常发生泄漏，操作人员的工作量很大，在每天的巡检中都要对减速机润滑油进行补充，而且还发生过两起因漏油造成设备烧轴承的事故。
改造后，在换油周期内的润滑油基本不需要大量补充，大大减轻了工人的劳动强度，现场状况明显改观，也为生产平稳运行创造了有利条件。
四、结束语
将原水平箱透盖处迷宫密封改为离心密封结构，利用回油槽作为初步节流密封，利用螺旋密封作为二次密封，可以保证轴头处无泄漏。这种改进方法只需改造箱体透盖，对原结构改动很小，即可满足密封要求，又能适应原结构可利用空间小的限制。该种密封结构简单，制造、安装方便，消耗动力小。此外，通过调整结构参数，将该结构也成功地用于ZQ1000、ZQ850、ZQ1150型减速机高速轴及低速轴上，同样取得了满意的效果。因此，该结构也可适用于有类似问题的其他设备，具有推广价值。
参考文献
[1]胡国桢.化工密封技术.北京：化学工业出版社，1990.
[2]顾永泉.流体密封.北京：中国石化出版社，1990.