砼攪拌機軸端密封裝置
2012-11-20
作者：唐建新 袁為新
（煤炭科學研究總院南京研究所）
（煤炭科學研究總院南京研究所）
在研制HZL—30型連續式砼攪拌站時，對攪拌機軸端密封裝置進行了較為深入的研究。在吸收國內外先進技術的基礎上設計了新型組合式軸端密封裝置。
圖1是軸端密封裝置結構示意圖。
砼攪拌機的工作介質是含有固體顆粒的砂漿，當攪拌機工作時，它極易順著攪拌軸侵入軸端密封，使密封面產生劇烈磨損并導致Z終失效，進而使攪拌軸及軸承等零件損壞。因此，軸端密封裝置的設計對整個攪拌機的性能都是至關重要的。
圖1是軸端密封裝置結構示意圖。
砼攪拌機的工作介質是含有固體顆粒的砂漿，當攪拌機工作時，它極易順著攪拌軸侵入軸端密封，使密封面產生劇烈磨損并導致Z終失效，進而使攪拌軸及軸承等零件損壞。因此，軸端密封裝置的設計對整個攪拌機的性能都是至關重要的。
圖1
1.軸承；2.油封；3.支承座；4.油封；5.O形圈；6.攪拌機側板；7.調節螺釘；8.浮封環；9.軸；10、11.浮封座
1.軸承；2.油封；3.支承座；4.油封；5.O形圈；6.攪拌機側板；7.調節螺釘；8.浮封環；9.軸；10、11.浮封座
設計的軸端密封裝置由四道密封組成：
道是由浮封座10，軸端法蘭9及支承座殼體3之間的縫隙構成的間隙密封，該密封和由注油口A注入的油脂將阻擋住大部分砂漿進入到密封裝置中來。
第二道是由一對浮封環8和與之相配的O型圈5組成的浮環密封，這是Z主要的一道密封，也是整個軸端密封的關鍵。浮環密封的工作原理是：O型橡膠圈5在裝配時將受軸向壓縮產生變形，使它一方面在浮封座10、11和浮封環8之間起密封作用，另一方面使它能對兩個浮封環8加壓，使兩環端面之間產生一定的壓力，在這個壓力作用下，兩環端面緊密貼合形成密封。當軸轉動時，其中一個浮封環(動環)將隨其轉動，而另一個環(靜環)則靜止不動。當密封面產生磨損之后，由于O型圈5的作用，兩環將自動作軸向移動進行補償，使密封繼續保持作用。
通過油口B可以往浮環密封內腔注入潤滑油(脂)，以潤滑和冷卻密封面。
第三道和第四道密封分別由油封4和油封2組成，油封4的作用主要是用來防止浮環密封內腔中的潤滑油(脂)向外泄漏，同時也可以用來阻擋砂漿。但是如果前兩道密封失效，在砂漿源源不斷地進入內腔的情況下，油封4的密封作用是很難保持長久的。為此我們在油封4和2之間的支承座殼體3上設計了一個漏漿孔，利用疏導的方法，將前三道密封失效后滲漏的絕大部分砂漿，通過漏漿孔排泄到支承座殼體之外，這樣即使發生漏漿，在第四道密封的保護下，滾動軸承1也可以避免受到砂漿的侵蝕。同時通過對漏漿孔的觀察，可以了解前三道密封的工作情況，以便及時更換和維修，避免發生更大的故障。
上述密封裝置的使用性能很大程度上取決于其裝配質量，特別是浮環密封，其裝配質量更是直接影響該組合密封的使用效果。可以認為在裝配時應注意以下幾點：
(1)除了新的且保管完善的軸承、密封件外，其余零件裝配前均應用煤油清洗干凈，并去除上面的銳棱和毛刺；
(2)浮封環必須成對使用，不允許將新舊兩個半環裝在一起使用，O型密封圈用后應全部報廢；
(3)安裝O型密封圈時，應使其均勻地靠座在浮封環的擋口處，不得扭曲；
(4)將準備好的密封環分別安放到浮封座里時，應確保密封環放置平正，安放時可以用手指按壓密封環，但決不可使用螺絲刀等尖銳工具；
(5)在將兩密封環貼合到一起之前，應先在兩密封接觸面上涂一薄層油，但不要使油接觸除密封面以外的其它部位。涂油時不可使絨布、線頭等污物殘留在密封接觸面上。
除了以上幾點，密封面之間的工作壓力對密封效果的影響也很大。壓力過大，將使密封面磨損加劇。壓力過小，又不足以使密封面緊密貼合和補償磨損量。根據有關技術資料，密封面之間的工作壓力一般控制在0.35MPa～0.70Mpa之間較為適宜。但從目前國內砼攪拌機所用的軸端密封裝置結構來看，對工作壓力的大小都是不能控制和調整的。實際工作壓力受到如攪拌軸、攪拌筒等零件加工尺寸的影響。這樣一來不僅對這些零件的加工精度要求較高，而且裝配后的實際工作壓力仍然無從知道。為了能控制和調整密封面之間的工作壓力，我們在軸端法蘭9上設計了兩個調節螺釘7，用以調節浮封座10的軸向位置，達到控制工作壓力的目的。
由于浮環密封的性能同裝配質量關系很大，因此裝配后還應對密封情況進行檢驗。但裝配后由于整個密封都處于支承座殼體之中，不便于觀察和測量，所以目前國內許多攪拌機軸端密封在裝配后都不做檢驗，裝配質量的好壞都只是憑裝配人員和檢測人員的經驗來判定，因此難以保證密封的可靠性。
為了檢驗密封的裝配質量和密封效果，我們利用注油口B對密封組件進行氣密性能試驗。即通過注油口B將壓縮空氣通到浮環密封的內腔，當壓力達到0.035MPa～0.07 Mpa時關閉氣閥，然后通過壓力表觀察密封情況。如關閉氣閥后能保持壓力5分鐘以上，則視為合格。否則應重新裝配。
由于在設計、裝配和檢驗等方面我們都做了較為細致的工作，因此在我們進行攪拌機試驗的幾個月中，上述密封裝置使用效果良好，未發生泄漏現象，可以滿足砼攪拌機對密封裝置的要求。
第二道是由一對浮封環8和與之相配的O型圈5組成的浮環密封，這是Z主要的一道密封，也是整個軸端密封的關鍵。浮環密封的工作原理是：O型橡膠圈5在裝配時將受軸向壓縮產生變形，使它一方面在浮封座10、11和浮封環8之間起密封作用，另一方面使它能對兩個浮封環8加壓，使兩環端面之間產生一定的壓力，在這個壓力作用下，兩環端面緊密貼合形成密封。當軸轉動時，其中一個浮封環(動環)將隨其轉動，而另一個環(靜環)則靜止不動。當密封面產生磨損之后，由于O型圈5的作用，兩環將自動作軸向移動進行補償，使密封繼續保持作用。
通過油口B可以往浮環密封內腔注入潤滑油(脂)，以潤滑和冷卻密封面。
第三道和第四道密封分別由油封4和油封2組成，油封4的作用主要是用來防止浮環密封內腔中的潤滑油(脂)向外泄漏，同時也可以用來阻擋砂漿。但是如果前兩道密封失效，在砂漿源源不斷地進入內腔的情況下，油封4的密封作用是很難保持長久的。為此我們在油封4和2之間的支承座殼體3上設計了一個漏漿孔，利用疏導的方法，將前三道密封失效后滲漏的絕大部分砂漿，通過漏漿孔排泄到支承座殼體之外，這樣即使發生漏漿，在第四道密封的保護下，滾動軸承1也可以避免受到砂漿的侵蝕。同時通過對漏漿孔的觀察，可以了解前三道密封的工作情況，以便及時更換和維修，避免發生更大的故障。
上述密封裝置的使用性能很大程度上取決于其裝配質量，特別是浮環密封，其裝配質量更是直接影響該組合密封的使用效果。可以認為在裝配時應注意以下幾點：
(1)除了新的且保管完善的軸承、密封件外，其余零件裝配前均應用煤油清洗干凈，并去除上面的銳棱和毛刺；
(2)浮封環必須成對使用，不允許將新舊兩個半環裝在一起使用，O型密封圈用后應全部報廢；
(3)安裝O型密封圈時，應使其均勻地靠座在浮封環的擋口處，不得扭曲；
(4)將準備好的密封環分別安放到浮封座里時，應確保密封環放置平正，安放時可以用手指按壓密封環，但決不可使用螺絲刀等尖銳工具；
(5)在將兩密封環貼合到一起之前，應先在兩密封接觸面上涂一薄層油，但不要使油接觸除密封面以外的其它部位。涂油時不可使絨布、線頭等污物殘留在密封接觸面上。
除了以上幾點，密封面之間的工作壓力對密封效果的影響也很大。壓力過大，將使密封面磨損加劇。壓力過小，又不足以使密封面緊密貼合和補償磨損量。根據有關技術資料，密封面之間的工作壓力一般控制在0.35MPa～0.70Mpa之間較為適宜。但從目前國內砼攪拌機所用的軸端密封裝置結構來看，對工作壓力的大小都是不能控制和調整的。實際工作壓力受到如攪拌軸、攪拌筒等零件加工尺寸的影響。這樣一來不僅對這些零件的加工精度要求較高，而且裝配后的實際工作壓力仍然無從知道。為了能控制和調整密封面之間的工作壓力，我們在軸端法蘭9上設計了兩個調節螺釘7，用以調節浮封座10的軸向位置，達到控制工作壓力的目的。
由于浮環密封的性能同裝配質量關系很大，因此裝配后還應對密封情況進行檢驗。但裝配后由于整個密封都處于支承座殼體之中，不便于觀察和測量，所以目前國內許多攪拌機軸端密封在裝配后都不做檢驗，裝配質量的好壞都只是憑裝配人員和檢測人員的經驗來判定，因此難以保證密封的可靠性。
為了檢驗密封的裝配質量和密封效果，我們利用注油口B對密封組件進行氣密性能試驗。即通過注油口B將壓縮空氣通到浮環密封的內腔，當壓力達到0.035MPa～0.07 Mpa時關閉氣閥，然后通過壓力表觀察密封情況。如關閉氣閥后能保持壓力5分鐘以上，則視為合格。否則應重新裝配。
由于在設計、裝配和檢驗等方面我們都做了較為細致的工作，因此在我們進行攪拌機試驗的幾個月中，上述密封裝置使用效果良好，未發生泄漏現象，可以滿足砼攪拌機對密封裝置的要求。
來源：《機械設計》1998年第15卷第7期
