高壓離心風機軸承箱（xiāng）密封改進設計（jì）研究

來源：上海91视频网址入口通用設備（bèi）有限公司 2023.07.27 3498

高壓離心風機是一種用途非（fēi）常廣泛（fàn）的工藝（yì）設備，在廢氣治（zhì）理、石油化工、精細化工、集成電（diàn）路、顯示玻璃等行業都有大量的使用（yòng）案例（lì）。該設備（bèi）通常與（yǔ）自動（dòng）化生產線動態連鎖（suǒ），生產負荷增大時，高壓離心風機通過（guò）變頻器升頻運行（háng），提高轉（zhuǎn）速，從而提高流量（liàng）和壓力;生產負荷降低時，高壓離心風機降頻運行，降低轉速，從（cóng）而降低流量和壓力。該設備的正常運轉關聯著整個生產線的（de）可靠性，甚至關聯到產品的合格率和產量。在有些工藝過程中，如果高壓離心風機故障，不但會造成（chéng）產品報廢廢氣濃度超標（biāo），更嚴重的會導（dǎo）致有毒有害廢（fèi）氣逸散，導致人員傷亡，造成巨大的經濟損失和安全事故。

因此，各（gè）風機（jī）廠家都在研究（jiū）提高風機的可靠性，延長（zhǎng）風機的第一次大修時間。使用更好的軸承、提升機械加工精度（dù）、提升動平衡品質、利用高精度（dù）激光對中儀提高對中度等，都能有效地降低風機的故障（zhàng）率。但在研（yán）究的過程中，發現（xiàn）有一個部件的研究被大多（duō）數工程技術（shù）人員忽略了，那就是對軸承箱密封的研究。軸承箱密封設計和使用不合理會導致軸承箱漏油，造成軸承缺油損壞，另外也會汙（wū）染環境。本文將針對4種常見的軸承箱密封形式展（zhǎn）開研究

常用的軸承箱密封形式與（yǔ）現狀

目（mù）前，風機行業軸承箱常用的密封（fēng）有填料（liào）密封、迷宮密封、骨架油封、軸承箱隔離器4種形（xíng）式。填料密封一般采用毛氈作為填料，使用時將毛氈裝入密封槽內，通過對密封壓（yā）板上的螺栓緊固對填料施加預緊力（lì），利用壓力使（shǐ）得毛氈擠壓變形，使其緊緊抱在軸上，同時利用毛氈的吸附能力起到密封的作用。毛氈具有天然彈性，呈鬆孔海綿狀，可存貯潤滑油（yóu）和防塵。軸專轉時，毛氈又將潤滑油從軸（zhóu）上刮下反複自行潤滑。在此基（jī）礎上，市場上逐漸（jiàn）出現了PTFE填料（liào）、芳綸填料陶瓷（cí）纖維填料等多種（zhǒng）填料材（cái）料。

迷宮密封是（shì）另外一種常見的密封（fēng）形式。迷宮密封是在密（mì）封腔和旋轉軸之間，由一組密封齒片形成一係列（liè）有規則的節流間隙和膨脹空腔，當油氣流過密（mì）封齒與軸表麵構成的間隙時，油氣受到（dào）一次節流作用，油氣的壓力和溫度下降而流速增加，經過間隙之（zhī）後是2個密封齒形成的較大（dà）空腔，油氣在這一空腔內速（sù）度下降形成渦流動能衰減。類似的（de），油氣多次經過間隙和空腔，動能逐步衰減（jiǎn），隨著（zhe）油氣流經（jīng）間隙和空腔數量的增多，油氣的流（liú）速（sù）和壓降越（yuè）來越大，待壓力降至近似背壓時，壓力（lì）差接（jiē）近0，油氣不再繼續外流，從而實現了（le）油氣的密封。

骨架油封也很常見。骨架油封結構由三部分組成:油封體、加強骨架和自緊螺旋彈簧。通常，在自由狀態下的骨架油封，其（qí）內徑比軸（zhóu）徑（jìng）略小，也（yě）就是內徑（jìng）相（xiàng）對於軸（zhóu）具有一（yī）定的（de）過盈量。當骨架油封裝入（rù）密封（fēng）槽內後，油封密封唇的彈性和彈簧的收縮力對軸產生徑向抱緊力遮斷泄漏間隙，從而起到密（mì）封的作用。投入運行後（hòu），由於密（mì）封唇和軸的摩擦，該壓力會（huì）逐（zhú）漸變小，這時彈簧可在一定範圍內（nèi）補償油封自緊力，持續保證密封效果。

軸承箱隔離器是近十年出現的（de）新型密封產品，是（shì）在複（fù）合（hé）迷（mí）宮密封的基礎上發展起來的一（yī）種非接觸密封形式。其機構由靜環、動環、浮動環組（zǔ）合而成，靜環阻止潤滑（huá）油泄漏並帶有回油孔，動環防止外界汙（wū）染物進人軸承箱。浮動環連接動環與靜（jìng）環，將其（qí）鎖定為一個整體，這個整體結構同時具有蒸汽阻隔作用。動環（huán）和靜環上使用的是O型圖密封（fēng），軸承隔（gé）離器是一（yī）種（zhǒng）非接觸、無磨損的軸承保（bǎo）護裝置。當設備運（yùn）行時，動靜環之間不接觸，所以沒有功率損耗，同時（shí）利用自身結構特點防止漏油。

各類型密封形式的優缺點分（fèn）析

填料密封、迷宮密封、骨架油封、軸（zhóu）承隔離器 4種軸（zhóu）承箱（xiāng）密（mì）封形式都（dōu）較為常（cháng）用，也各有優（yōu）缺點，應用場合各不相同，下麵通過數（shù）據加（jiā）以比較和分析。

填料密封是一種最常用的密封形（xíng）式，其填料可以是毛氈、PTFE、芳綸、石墨、陶瓷纖維等多種材料，不同的填料使用的環境和要求不（bú）盡相同。這種密封的特（tè）點是結構簡單（dān）、成本低、體積小，可使用不同材料製（zhì）作，使用溫度範圍-120~600C，線速度根據填料不同而不同，毛氈填料最大線速（sù）度不超（chāo）過10m/s，聚四氟乙烯填料不超過20m/s，芳綸填料不超過15m/s，石墨繩填料不超過10m/s。密封壓力一般為常（cháng）壓，最高也（yě）不超過0.05kPa。

填料密封的缺（quē）點是壽命較短，高（gāo）轉速下3一6個月就需要更換。因填料與軸長期接觸且有一（yī）定壓力，軸高速運轉導（dǎo）致填料與軸同時磨損，進而密封間隙增大導致漏油。更換（huàn）時需要將軸承箱與動力單（dān）元和負載拆開（kāi）才能更換填料，維護工作量相對較大。填料（liào）磨損（sǔn）後的粉末也容易進人軸承箱，對（duì）軸承箱內的潤滑油（yóu）造成汙染，導致（zhì）潤滑油提前變質失效。

迷宮密封也是軸承箱常用的密封方式，通常在軸承箱端蓋和軸上錯開加工環槽，利（lì）用多（duō）道密（mì）封齒和環槽產生的摩（mó）阻（zǔ）效應（yīng）和流束（shù）收縮效應降低潤滑油壓頭和（hé）動能，阻擋潤滑油（yóu）泄漏。這種密封在（zài）高轉速條件下具有（yǒu）良好的（de）密封效果（guǒ），無需潤滑、無摩擦、基（jī）本上無需維護、功率損耗小、使用壽命長、耐高溫、耐腐蝕。線（xiàn）速度（dù）可達80m/s，使用溫度範（fàn）圍-120-600C，使用（yòng）壽（shòu）命（mìng）可達6年以上。

密封壓力（lì）一般為常壓，最高不超高（gāo） 1kPa。缺點是加工（gōng）精度高導致成本較高，裝配精（jīng）度高，對軸（zhóu）跳動有嚴格要求，20mm以下的（de）軸徑無法使用迷宮密封。更換（huàn）時需（xū）要將軸承箱與動力單元和負載拆開才（cái）能更換，對維修人員的素質要求較高，維護工作量相對較大骨架油封在軸承箱密封中也比較常用。骨架油封安裝位小，軸向尺寸小，使機器緊湊，價格便宜,通用性好，材質橡（xiàng）膠耐（nài）油性好，彈簧能自動補償磨（mó）損間（jiān）隙，有很好的防塵能力，無需維護，有一定的（de）耐腐蝕能力，密封壓力可（kě）達200kPa，對軸跳動不敏感，裝配精度（dù）要求不高。缺點是（shì）功率損（sǔn）耗大，密封（fēng）壽命短，一般使用壽命（mìng）為3一12個（gè）月。由於其（qí）材質和結構所限，所以使用時不能（néng）承受高溫。丁睛橡膠骨架油封使用溫度-15~150C，狐橡膠骨架油封（fēng）使用溫度-40~300C。骨架油封不能用於高轉速的軸承箱密封，線速度不超過20mm/s。更換時需要將軸承箱與動力單元和負載拆（chāi）開才能更換，維護工作量相對較大。

軸承箱隔離器是一種新（xīn）型密封產品，可（kě）根據客戶要求定製，目（mù）前在風機行業使用非常少，但這種密封（fēng）形式優點明顯（xiǎn），應引（yǐn）起工程技術人員（yuán）重視。軸承箱隔離器結構緊湊，厚度（dù）通常為830mm，不增加軸承箱長度，也不（bú）需要對軸承箱結構進行改型設計。這種隔離器通常采用動（dòng）靜環設計，動環（huán）與軸麵通（tōng）過O型圖過盈配（pèi）合;靜環與軸承箱端蓋密封槽（cáo）也通過O型圈過盈配合，不需要在軸上開槽或安裝軸套，直接按壓推入即可安裝完成，安裝非常方便（biàn）。

動環和靜環運轉（zhuǎn）時不接觸，無磨損，壽命長達6年以上。無功率損耗，無溫升。動環密封嚴密，有良好的防塵效果（guǒ）其內部的浮動（dòng）環靜態時能防止水蒸氣進入軸（zhóu）承箱內部大幅提高軸承壽命，提升軸承箱傳動係統的可靠性。軸承隔離器通常采用磷青銅合金或不鏽鋼製成，有一定的耐腐（fǔ）蝕抗鏽效果。使用溫（wēn）度範圍寬，-40一200C均可使用。

密封（fēng）壓力（lì）一般為常壓，最高不（bú）超高0.0kPa。其采用對稱（chēng）截麵設計，轉速轉動（dòng）時顫動小（xiǎo），最大使用（yòng）線速度可達60~90m/s(型號不同最大線速度會有差異)對軸的加工精（jīng）度要求（qiú）不高，軸徑向跳動容差（chà）可達30絲軸向竄動（dòng）容差可達50絲。安裝方式（shì）靈（líng）活多（duō）樣，可代替骨架油封采用內裝方式，也可以采用外裝形式以方便拆裝，但密封效果均不受影響。外漏部件均為金（jīn）屬（shǔ），耐UV照射，不易老化。其（qí）使用的O型圈均為標準件產品（pǐn）用戶可（kě）自行更換。其缺（quē）點是加工工藝複雜，加工精（jīng）度高成本高昂（áng），與骨架油封相比，其成本（běn）高（gāo）出7~10倍拆卸時需要專用工具和特殊手法，否則拆（chāi）卸時容易損壞通過以上分析研究，軸承箱各密封形式各有（yǒu）優缺點（diǎn）對比見表。

項目改造案例

上（shàng）海金山化工區（qū）某聯苯環氧產線項目使用了12台高壓離心風機，風量28000m3/h，靜壓23000Pa，電機功率（lǜ）250kW，轉速2980r/in，采用軸承箱稀油（yóu）潤滑該批風機於2018 年3月投入使用，初期使用性能穩定運行工況良（liáng）好。18個月後逐漸出現軸承（chéng）箱固定軸（zhóu）承（chéng）端漏油現（xiàn）象。該批風機軸承（chéng）箱密封采用的是氟橡膠骨架油封線（xiàn）速度約為15.6m/s。在現場查看（kàn）時發現，漏油問題是由於骨架油封磨損間隙增大導致的。由於該生產線是企業重要的生產資料，停機維修會帶來巨大影響，所以決定對（duì）軸承箱密封進行改（gǎi）造，提升密封可靠型。為了盡量減少停機時長，決定利（lì）用原軸承箱密封端蓋改造，非（fēi）標設計符合技術要求的密封形式。綜合現場條件和要求設計指（zhǐ）標為密封設計壽命為48000h，最大線速度30m/s以上，利用摩擦力安（ān）裝，沒有條（tiáo）件（jiàn）使用螺栓壓緊，該廠環境有一定的腐蝕性，密封件（jiàn）需要耐腐蝕，能防塵防水保護軸承，後期更換應能快（kuài）速（sù）完成。綜合以上要求（qiú），研究分析後發現隻有軸承隔離器能滿足要求。最終設計方案為（wéi）軸承隔（gé）離器動環，靜（jìng）環一體式（shì）設計和（hé）裝配，靜環（huán）外側（cè）設計2個0型圈以增加其密封性，動（dòng）環內側也（yě）設計2個O型圈增加抱緊力，防止產生軸向位移。在動環和靜環之間（jiān）設計O型圈浮（fú）動環，既能防止動環與靜環摩（mó）擦也能減小（xiǎo）空腔體積，進一步降低泄漏風險。靜（jìng）環上設計回油（yóu）槽和回油孔，由於回（huí）油（yóu）量較大，回油孔設計成長孔結構,以增大回油（yóu）量。為（wéi）了提高裝配精度,實現快速安裝在靜環上（shàng）設計定位（wèi）台階，該台階與軸承箱端蓋配合定位（wèi）設計方案如圖所示。

改進後的實際使用效果

改進後，該軸承隔離器（qì）安裝方便，運行穩定，取得了立竿見影的效果，動環和靜環同心度僅差3絲，溫度未見明顯上升。12台高壓離心風機再未出現漏油情況。民機（jī）振動、軸承溫度等各項指標均正常。連（lián）續觀察16個月後軸承隔離器未見明顯變化，證明該改進方案可靠有效。

結（jié）語

截至（zhì）目前，該軸承隔離（lí）器（qì）的設計方案已在數十個項目上得到驗（yàn）證。相較於傳統的軸（zhóu）承箱密封，軸承隔離器是一種較（jiào）為先進的密封形式，其動靜（jìng）環的非（fēi）接觸設計，能（néng）大幅提（tí）高（gāo）密封的可靠性和使用壽命（mìng），同時還具有安（ān）裝（zhuāng）方便（biàn）、軸徑向跳動（dòng）容差大、能隔離水汽和灰塵（chén）、耐腐蝕（shí）、轉速高、功率（lǜ）損耗小（xiǎo）的（de）特點（diǎn）。軸承隔離器的正確使（shǐ）用能將（jiāng）軸承的壽命提升4~5倍。隨著軸承隔離器設計技術和加工技術的發展，成本有望大幅降低（dī），其市場占有率也在不斷提（tí）高（gāo），逐漸替代（dài）傳（chuán）統（tǒng）的軸承箱（xiāng）密封已成為（wéi）趨勢。

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