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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量，確保軋機可以穩定高效運行。
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軸線端面，同時在流體壓力以及補償機構彈力的持續作用下，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 在該領域發展相對較晚，現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℃，轉速接近50000r/min，PV值能夠達到1000MPa·m/s。其本質上屬于一種專門用于旋轉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，這些設備中的介質能夠借助該間隙持續向外泄漏，因此，必須要安裝一個可以阻止泄漏的優質油封裝置。現階段，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
國內某軋鋼公司成立于1999年，經營范圍較為 廣泛，如黑色金屬冶煉及相關壓延加工產品還有副產品的制造、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 側的密封蓋設計成迷宮式密封蓋，兩側的密封蓋與軸承座內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。軸承左右兩側的定位套與唇形密封緊密接觸，在軋輥高速旋轉過程中二者發生相對運動，故定位套材質采用42CrMo，表面進行熱處理， 提高其耐磨壽命。靠近軋輥一側的定位套表面設計一 道凹槽，將經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格及型號進行細致的檢查，確保各項內容全部準確無誤，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、動環的相應密封端面，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，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、密封腔內壁和相應的密封端蓋內表面開展全面檢查，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、靜環表面擦洗工作時，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節干凈、清潔，同時還要保證靜環和動環密封端在實際安裝過程中不會出現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，動環和靜環端面也應該適量涂抹，避免在實際啟動過程中出現干摩擦，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量，依照相關步驟開展安裝作業，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，明確旋轉部件的實際安裝位置， 并做出合理調節[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，對機械密封實際質量和效果產生不利影響。
3）在實際零部件安裝作業時，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依照指定順序開展，并且遵循相關規定進行裝配，過程中嚴禁出現大力敲打及磕碰等。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偏斜而引發泄漏問題。
5）在安裝作業完成后，應仔細檢查輔助裝置是否處于正常狀態，避免出現干摩擦，盤車時注意觀察是否存在異常現象，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）用手指輕輕轉動軋輥，正常情況下，能夠感到轉動極為輕快，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）實際轉動過程中出現了過熱、冒煙問題。導致此類故障問題出現的原因一般包括：加工零件尺寸及形狀精度相對較低；在實際運輸或保養過程中零部件出現了變形問題；在實際安裝過程中零部件遭受敲打， 出現了變形問題；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，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）完成密封作業后仍有少量水進入到軸承箱。此類問題產生原因有：在完成安裝作業后，密封件出現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量問題或已經損壞。
具體處理辦法主要有：結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，一旦存在質量問題或者是已經損壞，及時進行更換。
6 結語
軋鋼機軸承機械密封屬于保證軋鋼機實現穩定高效運行、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，減少安全事故發生。
【參考文獻】
[1]林海波，楊建西.高速球軸承潤滑與密封結構改進設計與試驗[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，郭千里，等.軸類密封技術研究現狀[J].南方農機，2022，53（4）：38-43.
來源：《山西冶金》
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