重型機械上的密封技術

2008-04-02

  重型大型機械設備投資巨大,為了能Z大(dà)程度(dù)地使用設備,盡快(kuài)盡早收回投資,對設備運行的可靠性有很高的要求(qiú)。重型大(dà)型(xíng)機械設備中密封件無(wú)處不(bú)有(yǒu),雖(suī)然其價值隻占(zhàn)總成本很小的比例,但對保證設備的正常運行至關重要。密封件往往是設備上控製和執行部件的關鍵,又是易損件,如果是因為密封件的過早失效而(ér)造成整套設備的非計(jì)劃停產檢修(xiū)更換密封件,其損失將遠遠高於密封件本身的價值。
  重型大型機械設備上的主(zhǔ)密封(fēng)部位尺寸較大,需要大尺寸的(de)密封件,例如用於隧道(dào)施工設(shè)備中主軸處旋轉油封直徑可達(dá)10m以上,萬噸壓機(jī)上的液壓缸往複密(mì)封直徑能達2m以上。由於加工製造(zào)的原(yuán)因(yīn),即使提(tí)高(gāo)加工的精度等(děng)級(jí),超大尺寸的金屬件(jiàn)也有較大的配合尺寸公差。加上結(jié)構件的受力變形,密封處(chù)往往有較大的縫隙和偏心,要求密封件能在大(dà)間隙高壓工況下可靠地工(gōng)作,並有很好的跟隨性。
  大尺寸密封件的安裝也是重要(yào)的一個方麵(miàn)。特別是設備維修時密封件的(de)現場更換並非易事,需要一定的經驗和技巧。在特定的設備和應(yīng)用場合下,要求使(shǐ)用剖分(fèn)式(開式結構)的密封件,能夠在現場粘接安裝,無需拆卸液壓(yā)缸活(huó)塞杆或傳動(dòng)軸。
  重(chóng)型大型機械(xiè)的(de)應用範圍很廣,工況條(tiáo)件也不盡相同,其關鍵部位的(de)密封(fēng)件尺寸巨大(dà),對密(mì)封件的性能要求又極高,往往需要特殊設計的密封件。以下介紹3個重型大(dà)型機械領域成功的密封案例(lì)。
   隧道掘進(jìn)機上主軸軸承密封係統(tǒng)
  隧道掘(jué)進機(圖1)也稱盾構機,是(shì)一種先進的地下掘進作業設備,結構複雜(zá)龐大,工況條件惡劣。例如在德國漢堡市的易北河過江(jiāng)隧道工地上施工的一台隧道掘進機,刀盤直(zhí)徑14.2m,設(shè)備總長度58m,總重量(liàng)計2500t,價值3千萬歐元。隧道掘進機上的主軸承密封(fēng)係統是設備的一個關鍵部件(jiàn),位於刀盤的(de)驅動主軸和盾殼的鋼結構之間,其作(zuò)用是隔離作業區的土石方和設備的機械傳動及電(diàn)氣控(kòng)製部分,阻止泥漿進入主軸承,重要性可想而知。因(yīn)為是地下作業,該(gāi)密封係統難以在現(xiàn)場更換,其壽(shòu)命(mìng)必須要保證隧道掘進機完成整條隧道的作業。


(圖1)

  圖2是專門為隧道掘(jué)進(jìn)機主軸承密封設計的大尺寸旋轉油封TBM係列(liè),材料為耐油耐水高強度耐磨丁腈橡膠B248,密封件的結構設計保證密封唇口有很好(hǎo)的跟隨(suí)性,保持與旋轉軸有Z佳的接觸角(jiǎo)度;在保證密封效果的(de)同時減小密封件的動接觸麵積,在(zài)Z大程度上(shàng)降(jiàng)低摩擦發熱和密封唇口磨損,使之能用於壓力工況(如土壓(yā)平衡(héng)式作業(yè)工況)。


(圖2)

  根據隧道(dào)掘進機的工況條件,推薦(jiàn)使用多個密封件串聯的密封係統結(jié)構,如圖3。建議在道TBM密封件前設置(zhì)一道迷宮式(shì)密封,並用油脂進行連續"衝洗"潤滑,油脂(zhī)的消耗量視工況(kuàng)而定,每小時每米(mǐ)密封(fēng)周長約消耗0.1-0.3kg油脂。前3道密封(fēng)件之間也需要油脂(zhī)潤滑,Z後兩道密封件之間應用潤滑油進行循環潤滑(huá),或至少有一道0.5m高度的油浴潤滑。因為密封件都有一(yī)定的"泵油(yóu)"能力,油浴潤滑時需及時補充(chōng)潤(rùn)滑油。


(圖3)

  TBM密封件(jiàn)背(bèi)部受壓時,密封唇口的開啟壓(yā)力約0.1-0.2 bar(1bar=0.1MPa),主軸承的潤滑(huá)油(脂)壓力Z好不要超過0.1 bar。如果超過0.1 bar,需將Z後這道密封件的(de)朝向反(fǎn)過來,朝向主軸承方向。
  安裝TBM密封件(jiàn)時,需要軸向壓緊(jǐn)。根據經驗,需要有每毫米周(zhōu)長約14N的軸(zhóu)向壓緊力(lì)。 


(圖(tú)4)

  大型板材軋機上液壓壓下油缸(gāng)的密(mì)封(fēng)係統
  液壓壓(yā)下裝置(AGC Automatic Gauge Control)是熱軋和冷軋設備上(shàng)的(de)關鍵部件,其中的液壓壓下油(yóu)缸(gāng)是該裝置(zhì)的(de)執行元件,屬於大直徑短行程(chéng)伺服油缸,對其可靠性和(hé)摩擦力性(xìng)能有很高(gāo)的要求。液壓壓下油缸的(de)典型工況參數為:
  正常工作壓力:280 bar (無杆腔) / 60 bar (有杆腔)
  液壓油溫度:60℃
  速(sù)度:約2 mm/s
  工作頻率:約(yuē)20 Hz
  行程(chéng):Z大15 mm,正常工況下在30mm?2mm之間
  液壓壓下油缸在正常運行時處於高頻(pín)震動和調節工況,為(wéi)了達到(dào)很高的(de)頻率(lǜ)響(xiǎng)應和控製精度,要求密封件有較低且恒定(dìng)的摩擦力,低速運(yùn)動時平穩,無低速(sù)爬行現象。
  圖4為一典型的液壓(yā)壓下油缸用密封係統。所有的密(mì)封元件以及防塵圈的材料為填充聚四(sì)氟乙烯(PTFE),PTFE材料有Z低的摩擦係數,其啟動摩擦係數相對(duì)接近滑動摩擦係(xì)數,所(suǒ)以不會(huì)出現低速爬行現象。該填充聚四氟乙(yǐ)烯是我們自己的(de)配方,積累了多年在密封材料領域的研究成果(guǒ),具有很高的耐磨性和抗縫隙(xì)擠出能力。孔(kǒng)用密封OMK-S和杆用密封OMS-S使用帶弧度(dù)的彈性元件,其PTFE滑環設計有較大的截麵尺寸,使之Z佳適用於大尺寸短行程並有高頻震動的(de)液壓壓下油(yóu)缸的工(gōng)況。防塵圈(quān)PT2 是專門(mén)為液壓壓下油缸的工況設計的雙作(zuò)用防塵圈,防塵唇口(kǒu)的設計,即使是垂直安裝且活塞杆朝下的油缸,活(huó)塞(sāi)杆進口(kǒu)處也不會有灰(huī)塵積累(lèi)。建議在杆封OMS-S和防塵圈PT2之(zhī)間設計一安全孔,確保無背(bèi)壓形成(chéng)和困(kùn)油出現,多年(nián)來的使用經驗證明,在正常(cháng)工況下(xià)不會因為有安(ān)全(quán)孔而出現外泄漏。
  大型液(yè)壓機上的主(zhǔ)油缸密封係統
  
經典的(de)密封係統是夾布橡膠V形組合圈ES型(圖5)。這種多件組合密封結構的特點(diǎn)是性能可靠,堅固耐(nài)用,並且能用於表麵質量不(bú)是十分理想的密封場(chǎng)合,密封件可以(yǐ)做成(chéng)剖分式結構,便於維修(xiū)時密封件的更換,至今仍在廣泛地使用。


(圖5)

   針對超大尺寸(d > 1000 mm) 的壓(yā)機主缸密封,專門研製開發了重型V形組合圈V-1000係(xì)列(liè) ( 圖6 )。該密封件的截麵比ES型要大得多,更(gèng)加堅固可(kě)靠,一般選(xuǎn)用5件套 (3個密封(fēng)環) 或6件套 (4個(gè)密(mì)封(fēng)環)的開式密封結構,方便密封件的安裝。密封件的材料有棉布浸(jìn)丁腈橡膠NBR和棉布浸天然(rán)橡膠(jiāo)NR兩種,出於(yú)介質相容(róng)性的考慮,建議當介質為水基乳化液或水時選用(yòng)棉布浸天然橡膠NR的密封件。考慮到超大尺(chǐ)寸金屬(shǔ)件有較大的加工公差,加上金屬件在壓力作用下的變形,密封處往往有較大的(de)配合間隙(徑向),為了保(bǎo)證密封件在高壓工況下仍能可靠地工作,在V-1000係列的壓環(huán)的(de)內外徑上分別(bié)組合了一個PA材料的擋圈,進一步提高密封件的使用壽命。
 

 
(圖6)

  對於連續作業且行程頻率頗高的陶(táo)瓷壓機的主缸密封,建議采用以填充聚四氟乙烯PTFE為材料的組合密(mì)封(圖7)。該密封係統的(de)特點是(shì)摩擦力小,運動平穩,杆用主密(mì)封OMS-MR PR 有泄(xiè)壓功能,係統不會出現困(kùn)油和背(bèi)壓,因而又有很高的工作可靠性和使用壽命。防(fáng)塵圈PT 1有防塵和密封的功能,進一步提高係統的密封效果(guǒ),實現零泄漏。


(圖7)
 

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