高溫低壓高速旋轉軸的密封

高溫低壓高速旋轉軸的密封王忠新1安徽六安江淮永達機械制造有限公司 技術部 六安 237010摘要本文介紹了高溫低壓高速旋轉軸的密封問題，并從密封的結構設計和材料選型方面進行了綜合考慮，組成了不磨損型的密封結構，解決了這一難題。關鍵詞：高溫，低壓，高速攪拌軸，高溫潤滑脂，離心力 The Sealing Problem of High Temperature& Low Pressure Rotation AxisWang Zhongxin1Department of Technology, JAC Yongda Manufacturing Co. Ltd, Luan, Anhui Province, 237010Abstract In this essay, the sealing problem of high temperature& low pressure rotation axis is introduced, analyzed and solved. Taking structural design and material selection into consideration, we use wear proof sealing structure.Key words: High Temperature, Low Pressure, High-speed Stirring Shaft, High Temperature Grease, Centrifugal Force概述加熱溫度在500C1000C之間的熱加工設備中，有很多設備都是通過攪拌的方式來保證加熱區(qū)溫度或爐內添加介質的均勻，而攪拌的動力都是通過外部的電機驅動，電機轉速大都在1400轉/分鐘，而設備內部由于加熱后空氣膨脹或者設備內要增添其他成分的介質，所以爐膛一般帶有0.005Mpa的正壓力。因此，高速攪拌軸的軸頸密封，相對其他條件下來說難度就大得多。而且一般密封方法容易磨損失效，不容易發(fā)現(xiàn)。一旦密封不可靠，就會影響爐內產品的質量。1 密封的失效模式目前高溫、低壓狀態(tài)下的高速攪拌軸采用的密封方式主要有兩種，一種比較老的是采用耐高溫材料（如石棉、石墨等）進行填料式密封（見圖1）；另一種是采用一組活塞環(huán)進行機械式密封（見圖2）。這兩種都是接觸式密封，第二種相對于第一種來說壽命長一點，但更換麻煩。對各種接觸式密封的失效方式進行分析，可歸納為：一是磨損引起失效；二是磨損后不能長期有效的補償；三是磨損后更換不方便。1 螺栓 2 進水口 3 密封座 4 軸承 1 螺栓 2 進水口 3 密封座 4 軸承5 攪拌軸 6 O型密封圈 7冷卻水 5 攪拌軸 6 O型密封圈 7冷卻水8 出水口 9 耐高溫密封材料 10 調整螺母 8 出水口 9 活塞環(huán) 10 活塞 圖 1 圖 2 2 解決方案針對上述問題，要想徹底解決密封失效模式，只有從密封結構原理上重新設計，針對密封結構的磨損不斷進行有效的補償，才能根本解決問題。2.1 失效原理分析從資料中我們都可查到，密封作用好的零件材料的材質是比較軟的、有彈性的，一般是用橡膠，但只能只用于200C1場所。熱加工設備的工作條件惡劣：溫度500C1000C、壓力0.005Mpa、軸轉速1400轉/分鐘。這種底壓力不允許有輕微的密封失效。適合這種條件的目前只有填料式和機械式。對于旋轉部位，這兩種方式主要的缺陷就是磨損后補償性能非常有限，造成密封性能失效。改進主要從這兩個方面入手。2.2 改進密封材料由于傳統(tǒng)的橡膠密封圈只能在彈性限度內起到密封作用，它也是接觸式密封，也有磨損問題，在高溫場合也不適合使用。所以，必須尋找一種有同樣效果的替代材料。因為壓力較低，所以我們將替代材料的主要作用確定在耐高溫和柔軟性較好兩點上。在日常靜態(tài)機械密封中，我們經常在石棉等密封材料的表面涂上一層潤滑脂來加強密封效果，而市場上二硫化鎢類高溫潤滑脂有使用溫度在600C800C的產品。這一點符合此種場合要求，可以借用。2.3 改進密封結構機械類所有接觸式的密封都會有磨損，解決磨損辦法最好是非接觸式的。非接觸式的又存在著不能密封高溫氣體的問題。因此需要另尋路徑，先從這方面入手，尋求一種新的結構來解決這種矛盾。要想密封性能好，就必須用軟性材料作密封介質，并結合使用連續(xù)不斷自動補償密封材料磨損的結構。要將這兩者有效地結合起來，利用各自的長處來解決密封問題。因此，我們考慮了借用旋轉軸的動力來實現(xiàn)補償。經過反復試驗我們采用了如圖3的結構，徹底解決了這個問題。1 螺栓 2 進水口 3 密封座 4 軸承 5 離心甩油盤 6 上蓋 7裝潤滑脂螺母 8 攪拌軸 9 O型密封圈 10 高溫潤滑脂 11 冷卻水 12 出水口 13耐高溫材料 14調整螺母 圖 32.4 結構說明新的密封結構（見圖3）中，接觸式填料密封仍然被采用，只是當做粗密封來用，在此基礎上增加了上述“二硫化鎢類高溫潤滑脂+離心甩油盤”的新密封結構，工作原理是：工作前離心甩油盤5周圍裝滿二硫化鎢類高溫潤滑脂10，工作時攪拌軸8旋轉的摩擦力帶動裝潤滑脂螺母7（螺紋旋向與攪拌軸8旋轉方向相同）產生向下的壓力，將二硫化鎢類高溫潤滑脂不斷向下推，壓在離心甩油盤5上。為防止裝潤滑脂螺母7在將潤滑脂向下擠壓的過程中，潤滑脂從裝潤滑脂螺母7和攪拌軸8之間的縫隙中泄漏，特在裝潤滑脂螺母7和攪拌軸8結合處增加一O型密封圈9。攪拌軸8帶動離心甩油盤5高速旋轉，由于離心力的作用，二硫化鎢類高溫潤滑脂10順著離心甩油盤5將周圍填滿，并帶有一定的壓力，將從耐高溫材料13 處泄漏上來的部分氣體封閉。同時，由于冷卻水的作用，高溫氣體流到二硫化鎢類高溫潤滑脂處時溫度已經降低很多，二硫化鎢類高溫潤滑脂已經能承受流到此處的氣體溫度。為了增強冷卻效果，特將密封座3靠近耐高溫材料13的位置內側加工成三角槽，增加熱交換面積。補充潤滑脂的方法：旋開裝潤滑脂螺母，加入二硫化鎢類高溫潤滑脂，旋上裝潤滑脂螺母，向離心甩油盤上壓入二硫化鎢類高溫潤滑脂，壓滿為止。從新的密封結構的工作原理可以看出，它仍然屬于接觸式密封，但它的密封材料選用了軟性材料高溫潤滑脂，并結合高速旋轉軸的動力產生的離心力，來自動補償接觸式密封產生的磨損，徹底解決了高溫、低壓、高速旋轉軸的密封問題。經過改進后的密封機構已經在我公司多臺熱處理設備電阻爐上使用十多年，并且從未更換過。3 結束語綜上所述，高速攪拌軸的密封是熱加工設備中重要功能之一，該功能的好壞直接影響熱到加工設備所加工產品的質量。經實際生產數據表明，根據該類設備的實