安徽六安江淮永達(dá)機(jī)械制造有限公司技術(shù)部 （237010） 王忠新

加熱溫度在500～1000℃的熱加工設(shè)備中，有很多設(shè)備都是通過攪拌的方式來保證加熱區(qū)溫度或爐內(nèi)添加介質(zhì)的均勻，而攪拌的動力都是通過外部的電動機(jī)驅(qū)動，其轉(zhuǎn)速大都在1400r/min，而設(shè)備內(nèi)部由于加熱后空氣膨脹或設(shè)備內(nèi)要增添其他成分的介質(zhì)，所以爐膛一般帶有≤0.005MPa的正壓力。因此，高速攪拌軸的軸頸密封難度很大。一般密封方法容易磨損失效，且失效后不容易發(fā)現(xiàn)。而一旦密封不可靠，就會影響爐內(nèi)產(chǎn)品的質(zhì)量。

1. 密封的失效模式

圖1

目前高溫、低壓狀態(tài)下的高速攪拌軸采用的密封方式主要有兩種：一種比較傳統(tǒng)的是采用耐高溫材料（如石棉、石墨等）進(jìn)行填料式密封（見圖1）；另一種是采用一組活塞環(huán)進(jìn)行機(jī)械式密封（見圖2）。這兩種都是接觸式密封，第二種相對于第一種來說壽命長一點(diǎn)，但更換麻煩。對各種接觸式密封的失效方式進(jìn)行分析，可歸納為：一是磨損引起失效；二是磨損后不能長期有效地補(bǔ)償；三是磨損后更換不方便。

圖2

2. 失效原理分析

針對上述問題，要想徹底解決密封失效模式，只有從密封結(jié)構(gòu)原理上重新設(shè)計，針對密封結(jié)構(gòu)的磨損不斷進(jìn)行有效的補(bǔ)償，才能根本解決問題。

密封作用好的零件，其材質(zhì)是比較軟的，有彈性，一般是用橡膠，但只能用于≤200℃場所。熱加工設(shè)備的工作條件惡劣：溫度500～1000℃、壓力≤0.005MPa、軸轉(zhuǎn)速1400r/min。這種低壓力不允許有輕微的密封失效，適合該條件的密封目前只有填料式和機(jī)械式。對于旋轉(zhuǎn)部位，這兩種方式主要的缺陷就是磨損后補(bǔ)償性能非常有限，造成密封性能失效。改進(jìn)主要從密封材料和密封結(jié)構(gòu)兩個方面入手。

3. 解決方案

（1）改進(jìn)密封材料 由于傳統(tǒng)的橡膠密封圈只能在彈性限度內(nèi)起到密封作用，為接觸式密封，也有磨損問題，在高溫場合適用。因此，必須尋找一種有同樣效果的替代材料。

因?yàn)閴毫^低，所以我們將替代材料的主要作用確定在耐高溫和柔軟性較好兩點(diǎn)上。在日常靜態(tài)機(jī)械密封中，我們經(jīng)常在石棉等密封材料的表面涂上一層潤滑脂來加強(qiáng)密封效果，而市場上二硫化鎢類高溫潤滑脂有使用溫度在600～800℃的產(chǎn)品。這一點(diǎn)符合此種場合要求，可以借用。

（2）改進(jìn)密封結(jié)構(gòu) 機(jī)械類所有接觸式的密封都會有磨損，解決磨損的辦法最好是采用非接觸式密封。但非接觸式密封又存在著不能密封高溫氣體的問題。因此需要另尋路徑，先從這方面入手，尋求一種新的結(jié)構(gòu)來解決該種矛盾。

要想密封性能好，就必須用軟性材料作密封介質(zhì)，并結(jié)合使用連續(xù)不斷自動補(bǔ)償密封材料磨損的結(jié)構(gòu)。要將這兩者有效地結(jié)合起來，利用各自的長處來解決密封問題。因此，考慮借用旋轉(zhuǎn)軸的動力來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。

4. 新密封結(jié)構(gòu)說明

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，選擇采用如圖3所示的結(jié)構(gòu)，徹底解決了上述問題。新的密封結(jié)構(gòu)中，接觸式填料密封仍然被采用，只是當(dāng)作粗密封來用，在此基礎(chǔ)上增加了上述“二硫化鎢類高溫潤滑脂+離心甩油盤”的新密封結(jié)構(gòu)。

圖3

工作原理是：工作前離心甩油盤10周圍裝滿二硫化鎢類高溫潤滑脂5，工作時攪拌軸7旋轉(zhuǎn)的摩擦力帶動裝潤滑脂螺母8（螺紋旋向與攪拌軸7旋轉(zhuǎn)方向相同）產(chǎn)生向下的壓力，將二硫化鎢類高溫潤滑脂不斷向下推，壓在離心甩油盤上。為防止裝潤滑脂螺母在將潤滑脂向下擠壓的過程中，潤滑脂從裝潤滑脂螺母和攪拌軸之間的縫隙中泄漏，特在裝潤滑脂螺母和攪拌軸結(jié)合處增加一O形密封圈6。攪拌軸帶動離心甩油盤高速旋轉(zhuǎn)，由于離心力的作用，二硫化鎢類高溫潤滑脂順著離心甩油盤將周圍填滿，并帶有一定的壓力，將從耐高溫材料2處泄漏出來的部分氣體封閉。同時，由于冷卻水的作用，高溫氣體流到二硫化鎢類高溫潤滑脂處時溫度已經(jīng)降低很多，二硫化鎢類高溫潤滑脂已經(jīng)能承受流到此處的氣體溫度。為了增強(qiáng)冷卻效果，特將密封座12靠近耐高溫材料的位置內(nèi)側(cè)加工成三角槽，以增加熱交換面積。補(bǔ)充潤滑脂的方法：旋開裝潤滑脂螺母，加入二硫化鎢類高溫潤滑脂，旋上裝潤滑脂螺母，向離心甩油盤上壓入二硫化鎢類高溫潤滑脂，直至壓滿為止。

從新密封結(jié)構(gòu)的工作原理可以看出，它仍然屬于接觸式密封，但其密封材料選用了軟性材料——高溫潤滑脂，并結(jié)合高速旋轉(zhuǎn)軸的動力產(chǎn)生的離心力，來自動補(bǔ)償接觸式密封產(chǎn)生的磨損，徹底解決了高溫、低壓、高速旋轉(zhuǎn)軸的密封問題。

經(jīng)過改進(jìn)后的密封機(jī)構(gòu)已在我公司多臺熱處理電阻爐上使用多年，且從未更換過。

5. 結(jié)語

綜上所述，高速攪拌軸的密封是熱加工設(shè)備中重要功能之一，該功能的好壞直接影響到熱加工設(shè)備所加工產(chǎn)品的質(zhì)量。經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，根據(jù)該類設(shè)備的實(shí)際工作狀況來改進(jìn)密封部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選用，確實(shí)能提高設(shè)備的性能和產(chǎn)品的質(zhì)量。此項(xiàng)技術(shù)已申請實(shí)用新型專利，專利號zl 2009 2 0143083.4。