高溫低壓高速旋轉(zhuǎn)軸的密封

高溫低壓高速旋轉(zhuǎn)軸的密封王忠新1安徽六安江淮永達(dá)機(jī)械制造有限公司 技術(shù)部 六安 237010摘要本文介紹了高溫低壓高速旋轉(zhuǎn)軸的密封問題，并從密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選型方面進(jìn)行了綜合考慮，組成了不磨損型的密封結(jié)構(gòu)，解決了這一難題。關(guān)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(shè)備中，有很多設(shè)備都是通過攪拌的方式來保證加熱區(qū)溫度或爐內(nèi)添加介質(zhì)的均勻，而攪拌的動力都是通過外部的電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)轉(zhuǎn)速大都在1400轉(zhuǎn)/分鐘，而設(shè)備內(nèi)部由于加熱后空氣膨脹或者設(shè)備內(nèi)要增添其他成分的介質(zhì)，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(nèi)產(chǎn)品的質(zhì)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(jìn)行填料式密封（見圖1）；另一種是采用一組活塞環(huán)進(jìn)行機(jī)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(jìn)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(bǔ)償；三是磨損后更換不方便。1 螺栓 2 進(jìn)水口 3 密封座 4 軸承 1 螺栓 2 進(jìn)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(diào)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(jié)構(gòu)原理上重新設(shè)計，針對密封結(jié)構(gòu)的磨損不斷進(jìn)行有效的補(bǔ)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(zhì)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(shè)備的工作條件惡劣：溫度500C1000C、壓力0.005Mpa、軸轉(zhuǎn)速1400轉(zhuǎn)/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(jī)械式。對于旋轉(zhuǎn)部位，這兩種方式主要的缺陷就是磨損后補(bǔ)償性能非常有限，造成密封性能失效。改進(jìn)主要從這兩個方面入手。2.2 改進(jìn)密封材料由于傳統(tǒng)的橡膠密封圈只能在彈性限度內(nèi)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(jī)械密封中，我們經(jīng)常在石棉等密封材料的表面涂上一層潤滑脂來加強(qiáng)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(chǎn)品。這一點符合此種場合要求，可以借用。2.3 改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)機(jī)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(jié)構(gòu)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(zhì)，并結(jié)合使用連續(xù)不斷自動補(bǔ)償密封材料磨損的結(jié)構(gòu)。要將這兩者有效地結(jié)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(zhuǎn)軸的動力來實現(xiàn)補(bǔ)償。經(jīng)過反復(fù)試驗我們采用了如圖3的結(jié)構(gòu)，徹底解決了這個問題。1 螺栓 2 進(jìn)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(diào)整螺母 圖 32.4 結(jié)構(gòu)說明新的密封結(jié)構(gòu)（見圖3）中，接觸式填料密封仍然被采用，只是當(dāng)做粗密封來用，在此基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)的摩擦力帶動裝潤滑脂螺母7（螺紋旋向與攪拌軸8旋轉(zhuǎn)方向相同）產(chǎn)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(jié)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(zhuǎn)，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(jīng)降低很多，二硫化鎢類高溫潤滑脂已經(jīng)能承受流到此處的氣體溫度。為了增強(qiáng)冷卻效果，特將密封座3靠近耐高溫材料13的位置內(nèi)側(cè)加工成三角槽，增加熱交換面積。補(bǔ)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(jié)構(gòu)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(jié)合高速旋轉(zhuǎn)軸的動力產(chǎn)生的離心力，來自動補(bǔ)償接觸式密封產(chǎn)生的磨損，徹底解決了高溫、低壓、高速旋轉(zhuǎn)軸的密封問題。經(jīng)過改進(jìn)后的密封機(jī)構(gòu)已經(jīng)在我公司多臺熱處理設(shè)備電阻爐上使用十多年，并且從未更換過。3 結(jié)束語綜上所述，高速攪拌軸的密封是熱加工設(shè)備中重要功能之一，該功能的好壞直接影響熱到加工設(shè)備所加工產(chǎn)品的質(zhì)量。經(jīng)實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，根據(jù)該類設(shè)備的實