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回轉窯和球磨機開式齒輪罩密封改造
2023-12-23
宋傳照
福斯潤滑油（中國）有限公司
摘 要：回轉窯和球磨機采用邊緣傳動的開式齒輪裝置驅動，在運行中，從開式齒輪的齒輪罩向外泄漏潤滑油的情況比較嚴重，既污染設備，又污染設備周邊環境，為此設計了開式齒輪罩的相關部位密封技改方案。改造后使用效果良好，有效避免或減少了齒輪罩漏油問題，解決了長久以來回轉窯和球磨機開式齒輪的齒輪罩漏油嚴重的疑難問題，有效減少油品損耗，同時避免或減少對自然環境的污染。
1 回轉窯、球磨機開式齒輪罩的漏油分析
回轉窯、球磨機開式齒輪傳動裝置的齒輪罩密封不良，會產生漏油，不僅造成潤滑油的大量泄漏和損耗，還明顯造成環境污染和設備污染。開式齒輪罩漏油部位主要有三處，分別是：
1）齒輪罩與小齒輪軸的密封處漏油
此處常用的密封材料有毛氈或浸油盤根，用法蘭把毛氈或浸油盤根擠壓在小齒輪軸與齒輪罩之間，形成密封。由于采用比較大的擠壓力擠壓毛氈或浸油盤根到小齒輪軸上，經過一段時間運行后，毛氈或浸油盤根磨損比較快，很快失去了密封作用而漏油（見圖1）。而且由于密封材料是擠壓在小齒輪軸上，小齒輪軸運轉時與密封材料的摩擦力很大，以及和外界粉塵雜質的共同作用，易造成小齒輪軸表面磨損嚴重，給小齒輪軸的安全運行帶來風險。
圖1 齒輪罩與小齒輪軸的密封處漏油
2）齒輪罩與大齒圈的密封處漏油
由于回轉窯的大齒圈直徑比較大，一般都在6m以上，回轉窯在運行過程中，筒體有很明顯的熱變形和熱膨脹，在運轉過程中，大齒圈的回轉運動軌跡會有明顯的徑向跳動和端面跳動變化，有時會呈明顯的擺動狀；回轉窯在回轉的同時，還有周期性的上行和下行，大齒圈也隨之上行和下行，因此大齒圈與齒輪罩之間的密封位置和密封間隙也是在動態變化中。回轉窯筒體的高溫熱輻射也非常大，會對齒輪罩的密封材料產生明顯的不良影響。回轉窯在停機后，筒體溫度會由200~400℃降低到40℃以下，回轉窯筒體長度因降溫而明顯收縮，大齒圈會隨回轉窯筒體收縮，而發生明顯的沿回轉窯軸線方向的位移，但齒輪罩是固定在回轉窯下面混凝土基礎上的，不會移動，因此大齒圈與齒輪罩的相對位置也會發生明顯的變化。因為這些特殊運行工況，使得回轉窯開式齒輪的齒輪罩密封特別困難，密封效果也比較差，該處漏油情況見圖2。
圖2 回轉窯大齒圈與齒輪罩密封處漏油
球磨機的開式齒輪直徑也比較大，直徑越大，齒輪的徑向跳動和端面跳動也就越大，而且球磨機的回轉速度相對比較大，因此要求球磨機的大齒圈齒輪罩的密封，需要既能避免或減少漏油，還要有效防止粉塵雜質進入齒輪罩內。
3）齒輪罩的檢查門密封處漏油
齒輪罩上的檢查門，在大齒圈和小齒輪運轉過程中，齒面上的潤滑油會在離心力的作用下，飛濺到齒輪罩上和檢查門上。飛濺到齒輪罩的潤滑油在向下流動時，經過齒輪罩上的檢查門，如果檢查門的密封不良時，潤滑油會從檢查門的門縫處飛濺、溢流到齒輪罩外，造成設備和周圍環境的污染（見圖3）。
圖3 齒輪罩的檢查門密封處漏油
通過上述分析，可以看出回轉窯和球磨機開式齒輪罩的密封，都有旋轉的部件，是動密封，漏油嚴重主要與齒輪罩的密封結構和所用的密封材料有很大的關系。回轉窯和球磨機尺寸比較大，還伴隨著明顯的振動和比較大的撓度，回轉過程中會有明顯偏離回轉中心的擺動情況，并且回轉窯筒體的熱輻射還比較大。因此，上述這些回轉運動部位的密封，用帶唇的接觸式橡膠密封是無法有效解決的，通過在密封處填壓毛氈來密封，密封效果也不好。
2 解決辦法及效果
為了解決回轉窯、球磨機開式齒輪罩的漏油問題，重新設計了各處的密封結構。
2.1 開式齒輪罩密封的結構改造
1）齒輪罩與小齒輪軸密封的改造
齒輪罩與小齒輪軸的密封，是在齒輪罩外，加裝一套具有三道密封結構的迷宮密封裝置，來解決漏油問題。
第一道密封：甩油環。它采用耐油橡膠制作，圓環狀，軸向剖面圖呈兩個倒V型。甩油環安裝在小齒輪軸上后，用一根Φ10mm彈簧將它緊緊地抱在小齒輪軸上，使它能隨小齒輪軸一起轉動。倒V型結構的甩油環，既方便將沿著軸流出的潤滑油擋住，通過離心力甩落下來，通過迷宮密封腔體下部的回流油口，流回到油池內，同時，倒V型結構又起到了兩重迷宮密封的作用，成倍增加了甩油、阻擋油的功能。這道密封結構，可以阻擋和回流大部分從小齒輪軸和齒輪罩之間的縫隙泄漏出的潤滑油。
第二道密封：軸迷宮密封。它和甩油環外的腔體外殼是一體的，材料是一樣的，可選用鑄鐵或鑄鋼。采用上下分體式，上部和下部采用法蘭口對接，方便檢查和清洗軸迷宮密封，以及方便檢查和更換內?的甩油環。
軸迷宮密封的工作原理是：少部分油在越過了甩油環后，會沿著軸繼續向外走，在離心力和潤滑油表面張力的作用下，黏附在軸上的潤滑油會形成小的油珠，然后從軸上甩落下來，繼而被軸迷宮密封的密封槽捕捉和收集起來，這些被捕捉和收集起來的油珠，通過軸迷宮密封槽下部的導流孔導流到甩油環所在的腔體下部，經過甩油環所在腔體的下壁，回流到油池內，來實現密封和擋油的作用。
第三道密封：毛氈。它是安裝在小齒輪軸迷宮密封的外端，它有兩個作用，第一個作用是：小齒輪軸上的油在經過了甩油環、軸迷宮密封的密封擋油作用后，黏附在軸上的油已非常少，但軸上這非常少的油也有可能會沿軸繼續向外走。安裝在迷宮密封外端的毛氈，就可以較好地阻擋小齒輪軸上這一點很少量的潤滑油向外泄漏。毛氈的第二個作用是阻擋外界的粉塵雜質進入迷宮密封內，避免雜質進入齒輪罩內污染潤滑油。上述這三道密封結構見圖4。
圖4 齒輪罩與小齒輪軸密封的改造
密封整體上是采用上下剖分結構，通過法蘭口來連接上下腔體蓋。軸向端面采用法蘭口，與齒輪罩連接固定，安裝比較方便。安裝時所有的法蘭口要涂抹密封膠或加裝耐油橡膠墊片，確保法蘭口密封良好，不泄漏潤滑油。齒輪罩內壁的擋油板采用鋼板，焊接在回流油口上部，傾斜安裝，便于給回流油口進行遮擋，也導流上面流下來的油液，擋油板與大齒圈齒輪罩的焊口要滿焊。這三道密封結構在解決漏油的同時，也起到防塵的作用。
2）齒輪罩與大齒圈密封的改造
根據大齒圈及齒輪罩結構的特點，在齒輪罩與大齒輪密封處，采用兩道密封。
第一道密封有兩個環，當大齒圈齒面的齒輪油向齒輪外流淌、外溢、甩落飛濺時，大部分被第一個環阻擋，在重力、離心力的作用下，在第一個環與大齒圈端面的導流作用下，向下回流到油池內。少部分漫過、飛濺過第一個環的潤滑油，會受到第二個環的阻擋、收集，回流到齒輪罩的油池內。第一道密封材料采用鋼板焊接制造，所有焊縫要滿焊。
第二道密封是氈密封，它起到兩個作用，第一個作用是，繼續阻擋少量飛濺過第一道密封的油，并回流到油池內；第二個作用是，阻擋外界粉塵雜質進入齒輪罩，防止粉塵雜質污染潤滑油，減少或避免因雜質進入齒輪罩內，而造成的齒面點蝕、擦傷、擠壓傷等損傷的發生。
這兩道密封結構見圖5。
圖5 齒輪罩與大齒圈密封的改造
第一道密封環是通過法蘭口安裝到大齒圈端面上。在安裝時，在法蘭口涂抹密封膠，或加裝耐油橡膠墊片或耐油O型橡膠條，來確保法蘭口密封良好，避免開式齒輪油從法蘭口向外泄漏。
3）齒輪罩檢查門密封結構的改造齒輪罩檢查門的改造結構見圖6。
設計要點是，檢查門的門框口設計成傾斜狀，將潤滑油向齒輪罩油池方向導流，這樣有利于潤滑油向齒輪罩的油池回流。在檢查門蓋的內側加裝導流板，將飛濺和流經檢查門的潤滑油，導流到檢查門門框的下部傾斜板上，實現潤滑油較好地回流到齒輪罩油池內。檢查門框、檢查門蓋和檢查門內側的導流板，用鋼板制作，所有焊口要滿焊。避免采用段焊時，潤滑油從段焊縫隙處泄漏出去。
圖6 齒輪罩檢查門的密封改造
2.2 開式齒輪罩密封結構改造效果
開式齒輪罩密封改造結構用于多家企業，到目前已經實際使用一年多，實際使用情況見圖7，密封效果非常好，較好地解決了齒輪罩漏油嚴重的問題。
圖7 開式齒輪罩密封改造后的效果
3 結束語
針對一些設備密封不良的疑難問題，需要進行仔細檢查和詳細分析，分析漏油的原因和實際的漏油過程，結合設備本身的?轉特點，制定相應的密封改造方案。通過對密封的改造，可以有效減少或避免漏油，降低油品消耗，節能降耗，降本增效，可以降低環境污染的風險。
對于回轉部位有明顯的擺動，或有較大的熱脹冷縮的情況，或有很高熱輻射等特殊工況的密封部位，可以考慮采用迷宮密封的結構。上述的三種密封改造方案，它們的整體和局部尺寸，可以根據小齒輪軸的直徑，大齒圈齒輪罩與小齒輪軸承座之間的空間距離，大齒圈齒輪罩與大齒圈的結構尺寸等來調整和確定。根據現場實際情況，如果設備的實際空間距離較小，可以適當調整安裝的相對位置，或者可以選取這些密封結構的一部分密封結構，也可以起到比較好的密封效果。改造設計時要考慮，改造后的密封結構不能對設備的零部件運轉造成干涉，不會影響設備正常生產運行。
來源：《水泥》
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