摘 要:山東中煙工業(yè)公司青島卷煙廠制絲車間使用的煙絲高溫在線膨脹干燥系統(tǒng)簡(jiǎn)稱HXD,干燥后的物料通過旋轉(zhuǎn)出料氣鎖分離后出料,煙絲中脫出的水份通過排氣管道排出。為了防止氣鎖軸與殼體鏈接處泄漏,在氣鎖軸和氣鎖殼體鏈接處用密封材料密封。一旦盤根密封泄露,由于進(jìn)、出料氣鎖尺寸較大,檢修更換需要較多的人力和時(shí)間;氣鎖盤根損壞漏氣不僅使得煙絲隨旋風(fēng)落料器吸走,造成煙絲浪費(fèi),而且對(duì)煙絲內(nèi)在質(zhì)量也有較大影響。文章從問題著手,詳細(xì)介紹了分析設(shè)計(jì)改進(jìn)的全過程,在結(jié)構(gòu)做出了較大的改進(jìn)。采用新結(jié)構(gòu)和新材料提高了HXD氣鎖軸密封件的使用壽命運(yùn)。
關(guān)鍵詞:氣鎖軸密封件;機(jī)械密封結(jié)構(gòu)原理;密封件材料及形式;可靠性
1 HXD進(jìn)、出料氣鎖在使用過程中,主要存在的問題
(1)由于HXD氣鎖運(yùn)行過程中有輕微震動(dòng),清洗過程中帶有煙油的臟水進(jìn)入浸泡,使密封材料使用壽命較短,較難保證進(jìn)、出料氣鎖性能完好;
(2)一旦盤根密封泄露,由于氣鎖尺寸較大,檢修更換需要較多的人力和時(shí)間;
(3)氣鎖盤根損壞漏氣不僅使得煙絲隨旋風(fēng)落料器吸走,造成煙絲浪費(fèi),而且對(duì)煙絲內(nèi)在質(zhì)量也有較大影響。
2 密封組件結(jié)構(gòu)原理分析
2.1 密封組件結(jié)構(gòu)分析
從氣鎖盤根盒尺寸和結(jié)構(gòu)來看,氣鎖盤根盒的底部由于長(zhǎng)期使用、腐蝕、磨損等原因,使得其底部成一斜面。這樣在盤根緊固后,密封環(huán)的受力是單邊受力,對(duì)軸的表面接觸不是整個(gè)的密封環(huán)端面。盤根盒的底部是一個(gè)斜面;當(dāng)擰緊盤根壓蓋,那么密封環(huán)與軸接觸的一邊受的壓蓋緊力明顯會(huì)比另一邊受的壓蓋緊力小,而且密封環(huán)的邊與軸不能完好的接觸,不能很好的對(duì)軸進(jìn)行包裹。當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)密封環(huán)與軸的摩擦主要在劃紅線的位置,這樣只會(huì)加速對(duì)密封環(huán)和軸的磨損。
在密封環(huán)磨損的初期階段,由于與軸接觸的地方很窄,接觸的地方也是軸磨最容易摩損的地方,也可以說對(duì)軸的磨損主要也在這個(gè)階段。初期表現(xiàn)的是密封環(huán)處出現(xiàn)小的泄漏,當(dāng)適當(dāng)緊固盤根后,密封環(huán)處的初期感覺泄漏變小,但實(shí)際上當(dāng)緊固盤根壓蓋后,是加速了軸與密封環(huán)的磨損。由于過渡的磨損泄漏也就會(huì)變大,最終就出現(xiàn)了緊固沒多長(zhǎng)時(shí)間比原來泄漏還大的現(xiàn)象。
解決方法:將盤根盒底部加工成與安裝軸垂直的平面形式。
2.2 密封組件原理分析
通常一個(gè)完整的密封組件由被密封軸、盤根盒、盤根、盤根壓蓋、壓蓋緊固螺栓組成。
盤根對(duì)軸的壓緊力由擰緊壓蓋螺栓產(chǎn)生。由于盤根是彈塑性體,當(dāng)受到軸向壓緊后產(chǎn)生摩擦力致使壓緊力沿軸向逐漸減小,同時(shí)所產(chǎn)生的徑向壓緊力使盤根緊貼軸的表面來阻止介質(zhì)外漏。其外端向內(nèi)端先是急劇遞減后趨向平緩,介質(zhì)壓力由內(nèi)向外逐漸遞減,當(dāng)外端的介質(zhì)壓力為零時(shí),則沒有泄漏,當(dāng)外端介質(zhì)大于零時(shí)泄漏產(chǎn)生。
從上面的分析表明,盤根徑向壓緊力的分布與介質(zhì)壓力分布剛好相反,內(nèi)端介質(zhì)壓力最大,應(yīng)給予較大的密封力,而此時(shí)盤根的徑向壓緊力卻是最小,感覺壓緊力沒有很好的發(fā)揮作用。在實(shí)際的運(yùn)用中,為獲得好的密封性能,往往增加盤根的壓緊力,但是摩擦力也就相應(yīng)增大。這樣對(duì)設(shè)備軸與盤根就會(huì)產(chǎn)生異常的磨損情況,最終導(dǎo)致盤根處泄漏。
3 層數(shù)的確定
根據(jù)密封組件結(jié)構(gòu)及原理分析的總結(jié),并參考其應(yīng)力分布綜合考慮,決定將密封環(huán)設(shè)計(jì)成由兩種材料組成,分三層的夾層式結(jié)構(gòu),以改變其徑向壓力分布。試想通過減少壓蓋的壓力從而減少密封環(huán)的徑向壓力,使得密封環(huán)磨損速度降低,延長(zhǎng)密封環(huán)使用壽命。
外夾層加工制作時(shí)采取過盈配合,使得即使壓蓋的軸向壓力減少了,但由于其采用過盈配合,從而使得其徑向壓力依然比較大。
參數(shù)如表1所示。
結(jié)合HXD氣鎖實(shí)際檢測(cè)情況,發(fā)現(xiàn)壓力、溫度、線速度、PH值這三種材料基本上都能滿足設(shè)計(jì)的要求,所以從線脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、摩擦系數(shù)上進(jìn)行了分析選擇。
(1)機(jī)械密封在回轉(zhuǎn)過程中端面產(chǎn)生的摩擦熱會(huì)使摩擦副環(huán)產(chǎn)生溫度差,從而使摩擦副環(huán)產(chǎn)生溫度變形,摩擦副環(huán)的變形角在一維傳熱的情況下為:
由于溫度變形會(huì)使端面磨損加劇,漏泄嚴(yán)重,因此在選擇材料應(yīng)該注意到這一點(diǎn)。由以上計(jì)算結(jié)果可以看出摩擦副環(huán)的溫度變形角與摩擦副所用材料的線脹系數(shù)成正比,與導(dǎo)熱系數(shù)成反比,要減少溫度變形從材料上考慮就應(yīng)盡量選擇線脹系數(shù)小、導(dǎo)熱系數(shù)大的材料做摩擦副環(huán)。
(2)摩擦副環(huán)的材料選擇除了從溫度變形上考慮應(yīng)選擇導(dǎo)熱系數(shù)大的、線脹系數(shù)小的以外, 還由于對(duì)摩擦副環(huán)最常見的破壞形式之一熱裂進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),由于端面摩擦熱使摩擦副環(huán)端面產(chǎn)生的最大熱應(yīng)力為:
由此可以看出,摩擦副環(huán)的最大熱應(yīng)力與線脹系數(shù)成正比, 與導(dǎo)熱系數(shù)成反比,所以從防止摩擦副端面熱裂的角度出發(fā)也應(yīng)該選擇導(dǎo)熱系數(shù)大的、線脹系數(shù)小的材料制造端面摩擦副環(huán)。
經(jīng)過對(duì)三種材料的分析比以及結(jié)合以上兩公式的推導(dǎo),最終選擇膨脹石墨作為內(nèi)芯層材料,聚乙烯作為外夾層材料。
4 效果檢驗(yàn)
使用新型HXD氣鎖軸密封件后,在4個(gè)月的跟蹤試用過程中,由氣鎖運(yùn)行1996小時(shí)更換6次降至為設(shè)備運(yùn)行1892小時(shí)無泄漏(0次),提高了設(shè)備的安全性和生產(chǎn)的連續(xù)性,達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。并由于備件更換減少和節(jié)約原料而取得的經(jīng)濟(jì)效益約為28萬元。
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