軋機軸承機械密封設計及安裝維護初探
2024-10-25
姚建斌
摘 要：在簡要概述了機械密封的技術要求的基礎上，以某札鋼企業(yè)為例，從準備工作、安裝步驟、日常維護和故障處理等方面，詳細分析和研究了該企業(yè)軋機軸承機械密封的安裝維護策略，以促進軋機軸承機械密封取得良好的應用效果。
關鍵詞：軋機軸承；穩(wěn)定運行；機械密封；安裝維護
軋機軸承往往在高溫重載以及頻繁沖擊負荷等一系列較為惡劣的環(huán)境下長期運行，在軋制過程中，需要用到的冷卻水通常無孔不入，很容易對軸承的實際潤滑效果造成影響。為提高軸承方面的密封成效，有必要對機械密封的安裝和維護工作做出深入探討，以此提高軋機軸承密封質(zhì)量，確保軋機可以穩(wěn)定高效運行。
1 機械密封概述
機械密封主要是指由至少一對有效垂直于相應旋轉(zhuǎn)軸線端面，同時在流體壓力以及補償機構彈力的持續(xù)作用下，還有輔助密封的密切配合下長期保持貼合，并且能夠相對滑動所構成的一種可以防止流體泄漏的裝置。1885年，機械密封技術誕生于英國，我國 在該領域發(fā)展相對較晚，現(xiàn)階段機械密封能夠承受的壓力可以達到42MPa以上，實際可承受溫度約為190～450℃，轉(zhuǎn)速接近50000r/min，PV值能夠達到1000MPa·m/s。其本質(zhì)上屬于一種專門用于旋轉(zhuǎn)機械的相應軸封裝置，例如：離心機或壓縮機等設備，由于傳動軸一般貫穿于設備內(nèi)外，軸與設備之間往往會存在一個圓周間隙，這些設備中的介質(zhì)能夠借助該間隙持續(xù)向外泄漏，因此，必須要安裝一個可以阻止泄漏的優(yōu)質(zhì)油封裝置。現(xiàn)階段，油封的種類非常多，而機械密封憑借著泄漏量少及使用壽命長等諸多優(yōu)勢成為各類設備廣泛采用的軸密封方式[1] 。機械密封在實際安裝過程中，有一定的技術要求，如表1所示。
2 軋機軸承機械密封設計分析
國內(nèi)某軋鋼公司成立于1999年，經(jīng)營范圍較為 廣泛，如黑色金屬冶煉及相關壓延加工產(chǎn)品還有副產(chǎn)品的制造、鐵合金、汽車鋼板加工制造以及冶金原燃材料的加工等。該公司2021年營收達到了216.8億元，相較于2020年增長近31％，實際生產(chǎn)加工過程 中用到多種軋鋼機，例如：開坯機、型鋼軋機、板帶軋機和鋼管軋機等，為提高各類軋機軸承的密封效果， 該公司運用了機械密封，對相關的密封件進行改造設計，取得了良好的密封效果。
如圖1所示，機械密封的工作原理主要是對密封件的幾何形狀做出改變，然后對重力及離心力的作用開展科學利用，使流過（可改為冷卻）水可以順著軸承箱順利排出。在軸承機械密封設計方面，靠近軋輥一 側(cè)的密封蓋設計成迷宮式密封蓋，兩側(cè)的密封蓋與軸承座內(nèi)孔接觸面各增設一道O型密封圈，從而有效防止冷卻水流入軸承座。軸承左右兩側(cè)的定位套與唇形密封緊密接觸，在軋輥高速旋轉(zhuǎn)過程中二者發(fā)生相對運動，故定位套材質(zhì)采用42CrMo，表面進行熱處理， 提高其耐磨壽命。靠近軋輥一側(cè)的定位套表面設計一 道凹槽，將經(jīng)過迷宮式密封蓋的冷卻水沿徑向甩出去，減輕對唇形密封的壓力，有效降低冷卻水滲入軸承座的概率。
3 軋機軸承機械密封安裝策略分析
機械密封裝置屬于一種精密度非常高的部件，如圖2所示，在實際安裝過程中，不得對其狠敲猛打，同時還需要輕拿輕放，使密封裝置穩(wěn)定運行，達到理想的密封效果[2] 。
3.1 做好安裝前的準備工作
在實際開展軋鋼機軸承機械密封的安裝作業(yè)前，要切實做好安裝前的準備工作，主要包括以下幾個方面：
1）工作人員對所要安裝的機械密封的規(guī)格及型號進行細致的檢查，確保各項內(nèi)容全部準確無誤，同時嚴格檢查是否存在缺少相關零件的問題。
2）詳細檢查機械密封元件是否存在損壞，特別是靜環(huán)、動環(huán)的相應密封端面，需要嚴格檢查是否存在碰傷問題，如果存在損壞問題，必須對損壞的零件進行返修，或直接更換。除此之外，應借助煤油或汽油對一系列密封元件進行清洗作業(yè)，清洗過程中保證清洗足夠干凈，直至元件表面不存在任何異物或灰塵。
3）針對軸或者軸套表面、密封腔內(nèi)壁和相應的密封端蓋內(nèi)表面開展全面檢查，確保不存在溝痕或毛刺等問題。一旦存在上述問題，必須及時修平、打光處理 工作，完成后，再借助煤油或汽油進行清洗，保證各零件足夠清潔，直至各零件表面不存在任何雜 物及灰塵為止[3] 。
4）在開展動環(huán)、靜環(huán)表面擦洗工作時，嚴禁使用不干凈的棉紗或布，需要借助脫脂棉以及干凈柔軟的紗布進行擦洗，保證清洗徹底、干凈。
5）在實際裝配過程中所有環(huán)節(jié)干凈、清潔，同時還要保證靜環(huán)和動環(huán)密封端在實際安裝過程中不會出現(xiàn)劃傷或碰破等相關問題。為了增強安裝便利性，進一步降低安裝難度，還應該在軸或軸套表面涂抹適量的機油，動環(huán)和靜環(huán)端面也應該適量涂抹，避免在實際啟動過程中出現(xiàn)干摩擦，從而有效保護機械性能。
3.2 軋機軸承機械密封安裝步驟
為提高機械密封安裝效率及質(zhì)量，依照相關步驟開展安裝作業(yè)，具體如下：
1）零部件的相應幾何尺寸、實際加工精度均要滿足圖紙要求，尤其是形成水道方面的尺寸必須滿足要求。按照裝配圖要求，明確旋轉(zhuǎn)部件的實際安裝位置， 并做出合理調(diào)節(jié)[4] 。
2）在實際開展裝配工作之前，還應將機械潤滑油涂抹在軋輥上，同時對零部件進行擦洗，避免雜物或灰塵等進入，對機械密封實際質(zhì)量和效果產(chǎn)生不利影響。
3）在實際零部件安裝作業(yè)時，要確保各零部件的相應安裝位置，并對其進行適當合理的調(diào)整，避免因零部件加工尺寸誤差而造成安裝位置變化。
4）機械密封的安裝作業(yè)依照指定順序開展，并且遵循相關規(guī)定進行裝配，過程中嚴禁出現(xiàn)大力敲打及磕碰等。除此之外，軸承箱的密封緊固螺絲應均勻上緊，防止由于螺絲松緊程度不一致或端蓋出現(xiàn)偏斜而引發(fā)泄漏問題。
5）在安裝作業(yè)完成后，應仔細檢查輔助裝置是否處于正常狀態(tài)，避免出現(xiàn)干摩擦，盤車時注意觀察是否存在異常現(xiàn)象，可以跑合一段時間后再交付使用。
4 軋機軸承機械密封日常維護工作分析
為了確保軋機軸承機械密封安全、可靠地運行， 在日常工作中需對密封零件進行科學合理的保養(yǎng)及維護，具體做法如下：
1）在實際開車前，對機械密封的具體安裝順序、所有零部件的配置等進行全面、認真的檢查[5] 。
2）用手指輕輕轉(zhuǎn)動軋輥，正常情況下，能夠感到轉(zhuǎn)動極為輕快，不會存在任何阻力，方可證明機械密封各項零部件安裝正常、運行可靠。
3）在實際轉(zhuǎn)動過程中，仔細檢查軸承是否足夠潤滑、是否存在異常聲音等。
5 做好機械密封常見故障的處理工作
1）實際轉(zhuǎn)動過程中出現(xiàn)了過熱、冒煙問題。導致此類故障問題出現(xiàn)的原因一般包括：加工零件尺寸及形狀精度相對較低；在實際運輸或保養(yǎng)過程中零部件出現(xiàn)了變形問題；在實際安裝過程中零部件遭受敲打， 出現(xiàn)了變形問題；零部件本身安裝順序存在錯誤[6] 。
具體處理辦法主要有：在實際安裝前，結(jié)合圖紙針對所有的零部件開展嚴格的檢查工作，尤其是配合尺寸、零部件自身的幾何形狀精度等，需重點檢查；對密封零部件開展專項管理及保管工作，避免由于存放不合理等導致零部件變形；運輸過程中盡可能地避免與重物碰撞；安裝過程中嚴禁使用大錘對密封件敲擊作業(yè)，一般可借助熱裝方法提前加熱處理，再借助小錘進行敲擊，最終到位即可。
2）完成密封作業(yè)后仍有少量水進入到軸承箱。此類問題產(chǎn)生原因有：在完成安裝作業(yè)后，密封件出現(xiàn)了傾斜或零部件幾何精度問題；軋輥與相應密封件的配合面存在著幾何尺寸不適宜的問題，無法形成良好的過盈配合；軸承箱上的相應密封件存在質(zhì)量問題或已經(jīng)損壞。
具體處理辦法主要有：結(jié)合圖紙要求針對零部件進行嚴格檢查；實際裝配零部件過程中做好清洗工作；仔細檢查軸承箱的密封墊，一旦存在質(zhì)量問題或者是已經(jīng)損壞，及時進行更換。
6 結(jié)語
軋鋼機軸承機械密封屬于保證軋鋼機實現(xiàn)穩(wěn)定高效運行、延長其使用壽命的一個關鍵舉措，切實做好軋機軸承機械密封的安裝及維護工作，可以提高機械密封的安裝水平，減少安全事故發(fā)生。
【參考文獻】
[1]林海波，楊建西.高速球軸承潤滑與密封結(jié)構改進設計與試驗[J].機械傳動，2022，46（5）：139-143.
[2]賈謙，阮琪，劉朝豐，等.渦輪泵機械密封摩擦學性能的計算和試驗研究[J].流體機械，2022，50（2）：1-7.
[3]徐潔，俞樹榮，嚴如奇，等.柔性端面氣膜密封流場分析及密封特性研究[J].中國機械工程，2022，33（6）：656-663.
[4]張付英，高勇新，賀佘燕，等.基于正交試驗的旋轉(zhuǎn)軸唇形密封可靠性影響因素研究[J].潤滑與密封，2022，47（5）：112-120.
[5]張付英，張原浩，高勇新.旋轉(zhuǎn)軸唇型密封圈的壽命預測研究[J].潤滑與密封，2022，47（2）：96-101.
[6]繆樹峰，王清發(fā)，郭千里，等.軸類密封技術研究現(xiàn)狀[J].南方農(nóng)機，2022，53（4）：38-43.
來源：《山西冶金》
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