杜琳

摘要：近年來，國內(nèi)許多工業(yè)企業(yè)、科研單位、大專院校以及經(jīng)濟(jì)主管部門都在積極開展設(shè)備診斷技術(shù)的理論研究、生產(chǎn)應(yīng)用和政策探討等工作，但基本上還是以機(jī)械設(shè)備為對象的在線監(jiān)測系統(tǒng)為主，對狀態(tài)診斷信息與工藝及過程控制的信息結(jié)合涉及較少，尤其是診斷技術(shù)與設(shè)備管理技術(shù)、與基礎(chǔ)自動(dòng)化技術(shù)的結(jié)合更為薄弱。

關(guān)鍵詞：熱軋?jiān)O(shè)備；密封；改進(jìn)

前言

建國以來我國鋼鐵工業(yè)和技術(shù)已取得舉世矚目的成就，但是在市場化、工業(yè)化的發(fā)展進(jìn)程中，鋼鐵工業(yè)作為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的重中之重，在產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝技術(shù)裝備、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和管理方面與國際先進(jìn)水平相比仍有較大差距。板帶鋼的生產(chǎn)是鋼鐵工業(yè)發(fā)展中的重要課題之一。板帶在熱軋方面有深沖熱軋鋼板、耐腐蝕高強(qiáng)度熱軋鋼板、成型性優(yōu)異的高強(qiáng)及超高強(qiáng)鋼板、超寬幅汽車鋼板、熱鍍鋅鋼板、超細(xì)晶高強(qiáng)度鋼板，而在冷軋方面有冷軋薄板、涂鍍層板、冷軋硅鋼片、冷軋不銹鋼等高附加值、高技術(shù)含量板材產(chǎn)品。目前我國的板帶鋼不能適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，產(chǎn)品質(zhì)量能夠達(dá)到國際先進(jìn)水平的不到總產(chǎn)量的1/3。因此，加快發(fā)展板帶材，特別是加快發(fā)展高附加值、高技術(shù)含量的板帶材是我國軋鋼工業(yè)一項(xiàng)十分艱巨的任務(wù)。

1熱軋?jiān)O(shè)備密封的基本元件和工作原理

一般的機(jī)械密封裝置由各個(gè)部件構(gòu)成，各個(gè)部件一環(huán)扣一環(huán)，環(huán)環(huán)相扣。傳動(dòng)裝置的核心部件動(dòng)環(huán)被安裝在傳動(dòng)軸上，隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)，靜環(huán)則是用防轉(zhuǎn)銷來防止轉(zhuǎn)動(dòng)，它與動(dòng)環(huán)一起都屬于動(dòng)密封元件。機(jī)械裝置在作業(yè)時(shí)，只有動(dòng)環(huán)隨傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，靜環(huán)則保持原位置不變，在彈簧和密封液體的雙重壓力作用下二者緊密貼合在一起，形成相對的徑向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)在密封圈內(nèi)的兩端面形成兩個(gè)油膜，能起到密封作用。在一般的密封裝置內(nèi)，動(dòng)環(huán)內(nèi)還鑲嵌有動(dòng)環(huán)輔助密封圈，該裝置與傳動(dòng)軸套合在一起隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)壓縮量升到10%左右時(shí)，就可以有效地防止動(dòng)環(huán)與傳動(dòng)軸之間液體泄露，從而起到較好的密封效果。靜環(huán)輔助密封圈緊壓在靜環(huán)上與壓蓋固定，用來防止靜環(huán)與壓蓋的泄露，并起到一定的緩沖作用。

盡管機(jī)械密封裝置的組成部件和工作機(jī)理較簡單，但當(dāng)機(jī)械裝置高速運(yùn)轉(zhuǎn)后，一切穩(wěn)定的因素，都會(huì)隨著溫度、壓強(qiáng)等的變化而變得不穩(wěn)定，使其難以控制。因此，對機(jī)械密封機(jī)理的研究還需持續(xù)開展下去。

2熱軋?jiān)O(shè)備密封失效及其改進(jìn)措施

2.1高溫引起的機(jī)械密封失效

2.1.1機(jī)械密封失效的原因

大量實(shí)踐研究表明，當(dāng)機(jī)械密封裝置的密封腔內(nèi)的溫度超過150℃時(shí)，可能引發(fā)諸多密封故障，這些故障都有可能造成機(jī)械的密封失效[[A]①如果端面摩擦產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)傳輸出去，就會(huì)傳導(dǎo)到密封環(huán)上，使密封端面溫度過高，造成因兩密封端面失去潤滑膜而失效；②如果機(jī)械密封材料導(dǎo)熱系數(shù)低或者脆弱性較強(qiáng)，那么密封端面在回轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生大量的摩擦熱就會(huì)造成接觸面凹凸不平，摩擦進(jìn)一步擴(kuò)大，可能會(huì)產(chǎn)生貫穿整個(gè)徑向端面的裂紋及微裂紋，并且由于所產(chǎn)生的熱裂都是徑向的，這就為密封載荷的泄漏提供了渠道，引起接觸端面間壓力的均勻性發(fā)生改變，使得其密封性能喪失；③機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的高溫會(huì)造成密封面出現(xiàn)點(diǎn)蝕或是穿透，導(dǎo)致機(jī)械密封失效。此外，高溫引起的輔助密封圈迅速老化、龜裂、變硬和失去彈性，以及彈簧疲勞強(qiáng)度降低等，都會(huì)造成機(jī)械密封失效。

2.1.2機(jī)械密封失效的改進(jìn)措施

解決高溫引起機(jī)械密封失效的關(guān)鍵措施在于選取新型耐高溫密封材料、改進(jìn)冷卻室結(jié)構(gòu)，提高其熱傳導(dǎo)效率、選取膨脹系數(shù)相近的材料作為有裝配關(guān)系的材料。此外，要提高輔助密封圈的耐熱能力，研究表明當(dāng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度超過220℃時(shí)，使用金屬波紋管機(jī)械密封，既可以解決高溫失效的問題，還可以避免失彈現(xiàn)象的產(chǎn)生。所展示的金屬波紋管其耐熱范圍可達(dá)240一6500C，大大高于機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的介質(zhì)溫度，并且該裝置具有機(jī)械密封追隨性較好，耐高溫幅度大，柔軟性較好，緩沖能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

2.2壓力造成機(jī)械密封失效

2.2.1機(jī)械密封失效的原因

壓力造成機(jī)械密封失效的原因主要表現(xiàn)在高壓、壓力波動(dòng)和真空三個(gè)方面。高壓引起的失效主要原因是當(dāng)密封腔內(nèi)的壓力超過3MPa的臨界值時(shí)，液膜會(huì)因密封端面的壓力比過大而無法形成，此情況下磨損加劇、熱量增多、密封失效，另外高溫也可能導(dǎo)致因零部件變形或破裂而失效。壓力波動(dòng)引起失效的主要原因是：①因端面密封載荷的存在，在密封腔缺乏液體時(shí)啟動(dòng)泵而發(fā)生摩擦；②介質(zhì)的壓力低于飽和蒸汽壓力，使端面液膜發(fā)生閃蒸，喪失潤滑；③由于端面摩擦及旋轉(zhuǎn)元件攪拌液體產(chǎn)生熱量而使介質(zhì)的飽和蒸汽壓上升，也會(huì)造成介質(zhì)壓力低于其飽和蒸汽壓而失效。真空引起失效的主要原因是：若密封腔內(nèi)沒有任何介質(zhì)氣體，那么密封腔內(nèi)會(huì)出現(xiàn)干摩擦，從而會(huì)因漏氣而密封失效。

2.2.2機(jī)械密封失效的改進(jìn)措施

針對機(jī)械密封失效的具體故障，要采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。若是因高壓引起失效，采取的措施為調(diào)整端面受力分布，采用各種硬質(zhì)或其他各種耐壓強(qiáng)度高及剛度高的材料以減小零部件形變，還要注意冷卻裝置、潤滑措施和傳動(dòng)方式的選用，可考慮采用非接觸式密封或多端面密封。若是因壓力波動(dòng)引起失效，采取的措施為選用WC對WC摩擦副，以擴(kuò)大密封介質(zhì)的溫度劇變。若是因真空引起失效，采取的措施為采用雙端面機(jī)械密封，該裝置不僅具有雙重保險(xiǎn)的功效，還有助于改善潤滑條件和提高密封性能。

2.3介質(zhì)造成機(jī)械密封失效

2.3.1機(jī)械密封失效的原因

介質(zhì)造成機(jī)械密封失效主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是介質(zhì)自身的強(qiáng)腐蝕性所引起，二是因介質(zhì)中含有固體顆粒雜質(zhì)造成的機(jī)械密封失效。若介質(zhì)具有強(qiáng)腐蝕性，就會(huì)對摩擦副表面產(chǎn)生腐蝕，腐蝕的后果是使接觸面變得粗糙，從而引起泄漏量過大、密封失效的情況出現(xiàn)。若介質(zhì)內(nèi)含有顆粒雜質(zhì)，一旦機(jī)械密封裝置開始高速運(yùn)轉(zhuǎn)，那么這些雜質(zhì)不可避免地會(huì)進(jìn)入密封端面，在高溫情況下會(huì)劃傷密封面或破壞液膜的連續(xù)性，降低密封的效果，并且雜質(zhì)還會(huì)對補(bǔ)償環(huán)的浮動(dòng)性產(chǎn)生阻礙作用，對彈簧的作用性能產(chǎn)生抑制作用，這都會(huì)降低其密封效用。

2.3.2機(jī)械密封失效的改進(jìn)措施

因介質(zhì)腐蝕導(dǎo)致的機(jī)械密封失效解決的措施在于：①對彈簧采取隔離措施，減小其接觸的幾率；②提高零部件的抗腐蝕性，如選用耐腐蝕材料、涂抹抗腐蝕性保護(hù)層等；③改進(jìn)密封裝置結(jié)構(gòu)，采取雙端面密封結(jié)構(gòu)，并引入隔離液保護(hù)。實(shí)踐表明，合適的密封材料和填充添劑具有良好的密封效果。因介質(zhì)含有雜質(zhì)導(dǎo)致的機(jī)械密封失效解決的措施在于：①設(shè)計(jì)的兩端面寬度應(yīng)該相等，這樣可以減少磨粒在密封圍停留的機(jī)會(huì)；②經(jīng)常對密封腔的各零部件進(jìn)行沖洗，減少雜質(zhì)沉積的機(jī)會(huì)；③采用單彈簧；④設(shè)置過濾器或旋液分離器。

2.4其他原因造成的機(jī)械密封失效

除上述原因之外，機(jī)械還可能因安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)或設(shè)備本身所產(chǎn)生的誤差而造成機(jī)械密封失效，因機(jī)械高速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生機(jī)械密封失效，因機(jī)械設(shè)備故障引起的機(jī)械密封失效等。針對機(jī)械密封失效的故障，首先要查明引起失效的原因，而后對癥下藥，這樣才能提高機(jī)械密封失效故障維修的效率。

結(jié)語

總之，引起密封故障的原因是復(fù)雜的，多方面的。因此，對密封失效的維修要在正確診斷失效原因的基礎(chǔ)上，采取針對性的措施進(jìn)行維修，并且要詳細(xì)分析各種影響機(jī)械密封效用的因素，按照規(guī)定的使用條件和范圍選用機(jī)械密封，才能保證機(jī)械密封的良好運(yùn)行。不論故障原因?yàn)楹?，使用機(jī)械密封時(shí)應(yīng)該詳細(xì)掌握影響密封效用的各種參數(shù)、結(jié)構(gòu)、形式、材料、標(biāo)準(zhǔn)及其特點(diǎn)，這樣才能減少故障出現(xiàn)的幾率，延長和‘械密封的伸用壽命。

參考文獻(xiàn)

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[2]李云海.熱軋生產(chǎn)線加熱爐溫度智能控制方法研究[D].遼寧科技大學(xué)2015

（作者單位：河鋼樂亭鋼鐵有限公司）