华电能源股份有限公司佳木斯热电厂 黑龙江佳木斯 154002
摘要：通过改造后的机械密封装置要达到密封效果优良、结构简单、维护量少、又要使用寿命长，加工制作将成本低廉。经过反复论证，决定借鉴汽轮机轴承室，用来密封油、汽的非接触式密封形式，在此基础上，结合我公司的风机工作条件、自身参数等因素进行改进。
关键词：非接触式；对开式；密封墙
前言：
公知的机械密封在动静部位有两种位置形式：一种为接触式，一种为非接触式。皮带机的减速机也不例外，采用的材质有金属和非金属两种。接触式一般多采用非金属材质，而非接触式一般多采用金属材质。接触式的密封，密封件与被密封件相接触，由于有相对运动而产生摩擦，导致发热和零件表面的磨损，密封材料容易老化、松动导致动静部分间隙增加，这是引起密封件损坏及润滑油渗漏的主要原因；非接触式密封装置，既要保证轴向间隙又要保证径向间隙，动静部分密封间隙较大，同样容易漏渗油。它们各有利弊，但却有一个共同之处，就是都潜在存在着巨大的渗漏油隐患，并且结构复杂。
1 现状调查
1.1 设备形式
黑龙江华电佳木斯发电有限公司发电机组为100WM凝汽式国产机组，锅炉设备采用哈尔滨锅炉厂生产的HG410/100-9型、HG410/100-YM11型4台锅炉。共配有鹤岗煤矿机械厂生产的TD75型皮带机10台，沈阳电力设备厂生产的HCSY—350碎煤机2台。向其供煤。
1.2 润滑、密封形式
12台减速机均为润滑油润滑。轴承体内部温度-20℃≤t≤80℃属于普通温度密封；密封介质为#100机械油，无固体颗粒及杂质，在工作条件下不易汽化或结晶；介质压力1Mpa≤P≤3Mpa；转机直径在100mm～190mm；转速M6—30—No17.2D为1440r/min，密封形式为迷宫式非接触式密封，静环材质为高镍铸铁。辅助密封是在侧盖填充毛毡条的接触式。
1.3 密封效果
密封效果一般，经常出现渗漏油现象。维护量大，更换毛毡周期短。该形式密封不仅结构复杂，检修工作烦琐。
1.4 影响
渗漏油缺陷占皮带机总缺陷量的63.7％，须频繁投入人员进行维护。机械密封漏油，严重破坏了文明生产，同时13台减速机在理论上共有72个漏点，根据不完全统计，一年累计漏油约1514Kg润滑油，造成上万元的直接经济损失。
2 原因分析
原机械密封装置为迷宫式非接触密封与接触式辅助密封相结合的混合式密封，主密封为内置式。其密封装置的动环与轴瓦端盖内壁的加工槽预留有一定的轴向和径向间隙，甩油环产生的飞溅油滴会沿此间隙由轴与轴承体结合面向外部渗漏；而原设计的辅助密封由于自身性能，在转机运行一段时间后产生了老化、松动，这样就造成了润滑油向外渗漏。
3 改造工作
3.1 制定总体方案
结合我公司现有设备的现状及条件，通过改造后的机械密封装置要达到密封效果优良、结构简单、维护量少、又要使用寿命长，加工制作将成本低廉。
3.2 技术论证
经过反复论证，决定借鉴汽轮机轴承室，密封油、汽的非接触式密封形式，该形式能满足轻型机械密封的要求。并在此基础上，结合我公司皮带机设备的工作条件、自身参数等因素进行改进。
3.3 机械密封设计构思
在转机轴瓦的两侧的端盖上进行安装，也可在转机的轴瓦上直接安装。该密封形式是将有色合金引用至机械密封，将4条H62的黄铜密封材料镶嵌在对开式的密封侧盖中，并加工成要求的尺寸及形状，以接近轴瓦侧的密封层依次分为1、2、3、4层密封墙（图示1、2），4层密封墙与转机主轴之间的间隙上限分别为：0.10mm、0.10mm、0.05mm、0.05mm。在第一层与第二层、第三层与第四层密封墙之间，均在下侧密封侧盖底部留有回油孔，在机加条件允许的情况下，可将回油孔与密封面侧沿水平线下调10°～15°。该机械密封装置的渐缩的密封间隙，不仅能防止转机转动时润滑油溢出，同时在转机振动时依然实现密封的目的。其中的有色合金密封墙的尺寸及加工精度是根据转机主轴直径订出的，它与转机主轴直径成正比。
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图示1：对开式转机轴瓦机械密封装置视图
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图示2：对开式转机轴瓦机械密封装置A局部放大视图
3.4 机械密封密封墙设计
由于密封墙在该形式的密封中起着重要的作用，所以在设计时为了减少摩擦面积，将密封端设计成直角梯形。该形状的密封墙不仅减小了摩擦面积，同时由于斜口是朝向密封侧的，更加有利于介质油的汇流。另外密封端的宽度只留0.5mm，其光洁度要求为3.2，可以满足工作的要求。
密封墙材质定为H62的黄铜，在侧盖上构筑多层密封墙的转机轴瓦机械密封装置。由于所选有色合金的硬度较低，相对与转子之间的密封预留间隙就小了。可采用无限趋向接触式，即接触间隙无限趋向0，从而达到设计的密封状态。
3.5 机械密封结构改进
由于原机械密封为整体形式设计，在更换时，必须将对轮或联轴器取下，才能更换。也就是说原密封装置在静环损坏更换时，要对减速机进行全面的解体，这也是频繁渗漏油的主要原因之一。通过改造的机械密封装置为上下对开式，即使密封墙在遭遇转机剧烈振动，造成无法修补的机械伤害时，只须30分钟就可以将损坏的装置拆除并更换好备用的密封装置。不仅大大节省了检修时间，提高了机组可利用小时，同时也减轻了工作人员的劳动强度，保证了机组的经济运行。
3.6 对开式机械密封结合面的改进
为了保证对开机械密封装置自身结合面向外渗漏油，还在1、2层密封墙的结合面处设计了镶嵌式密封槽，即在下部密封装置上留出键型突起，在上部密封装置上开设键槽，如图示2所示。为了清楚地表达型位，在图示2中将键与槽在一个视图标出。在加工此处时要注意它们的配合间隙，间隙公差在（0.05～0.10）mm之间。
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图示3：镶嵌式密封槽位置视图
3.7 对开式机械密设计的优缺点
该设计具有结构简单、容易制造、工艺不复杂；重量轻、耗材少；安装位置好、安装方便、结构紧凑；摩擦系数小、耐磨性好、在高温下不软化、不分解、低温不硬化、不脆裂；价格便宜等优点。
缺点是对减速机的振动和主轴的偏心有一定的要求，所以在检修过程中要找好主轴的中心，偏差应在规程要求的范围内，不应大于0.10mm，同样振动值也应控制在规定的范围内。
4 安装示意
在图4中所示实例为：对开式转机轴瓦密封装置安装位置示意图。图中各部名称依次为：1.转动轴、2.轴承、3.轴承体、4.轴瓦端盖、5.安装在轴瓦端盖上的密封装置、6.安装在轴瓦上的密封装置。由图4可直接看出改造后的密封装置安装的位置。在有侧盖的一侧，密封装置是安装在侧盖上的；在无侧盖的一侧，密封装置是直接安装在轴承体上的。固定方式为螺栓紧固，须要说明的是，要根据轴径的尺寸和密封装置的大小来选择螺栓的规格，最小不要小于M8的螺栓。同时螺栓的数量不应少于6个，要均匀布置。
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图示4：对开式转机轴瓦机械密封装置安装位置视图
5 工作原理
在图示4中（5）为安装在轴瓦端盖上的机械密封装置。在转机转动时，会有一些溅起的润滑油沿轴瓦端盖与主轴的间隙中流到机械密封装置里。在第一层H62黄铜密封墙的阻隔下，有70％～80％的润滑油沿下侧盖与回油孔之间的回油槽流入主回油孔，由主回油孔流回轴瓦的油室内；余下的20％～30％的由密封面与主轴之间的缝隙中流入密封装置内部，在第二层密封墙的阻隔下，流入第二层密封墙的润滑油有70％～80％沿一、二层底部回油孔流至主回油孔；只有相当少量的润滑油，非连续的由第二层密封墙与主轴的间隙中溢出。当这些非连续并且流动缓慢的润滑油，流到第二层密封墙与第三层密封墙内的槽道时，由于槽道低于主回油孔，所以槽道内所存的润滑油也由主回油孔流回轴瓦的油室内；第一、二层溢出的润滑油是靠油滴自身重力径向汇流到底部主回油孔的，但是有些溅到轴上的润滑油会在轴上形成一层油膜，第三层密封墙的有色合金与主轴的间隙近一步缩小，目的是破坏主轴上的油膜，将润滑油挡在第三层密封墙内部，第四层密封墙是防止瞬间油位异常生高超过轴径1/2时的一道防线。在图中（6）为直接安装在轴瓦上的密封装置，工作原理与（5）一致。
6 安装工艺
6.1 准备工作
检查回油孔是否通畅。如原有的回油孔等于或小于机械密封的回油孔，要用钻进行阔孔，最好是机械密封的回油孔的（1.2～1.5）倍。如果条件允许可将回油孔的角度沿水平线向下20°～45°。用圆形组锉修整回油孔内壁，不应存有毛刺为达到标准。
在安装机械密封前，首先要将轴承体端面，侧盖端面等与安装机械密封的结合面清理干净。清除结合面上残留的密封垫，存有机械伤害的部位要用锉刀修理平整。再用砂布（粒度≥120）对结合面进行简单的打磨之后，用清洗剂将结合面清洗干净，最后用干燥清洁的棉纱进行擦拭。
检查密封装置处的轴段是否有飞边、毛刺，或存有附着杂物，如有应进行修理清除，然后再用粒度大于400的水磨砂纸进行简单的抛光。
对即将进行安装的机械密封校尺和外观检查，确认符合标准后进行清洗并放到干净的塑料布上备用。
6.2 安装工作
由于该式机械密封为外置式，也就不用考虑轴向间隙欲留，可在安装结合面上均匀地涂抹上一层约0.5mm厚的密封胶，［但要注意在涂抹回油孔处时，回油孔周围要与密封胶保持（3～5）mm的距离，防止在密封装置紧固后，密封胶流到回油孔内，产生回油堵塞］将密封装置的下部先用螺栓固定到安装位，用手把紧即可。再在下部密封装置与上部密封装置的结合面上，均匀地涂抹上一层约0.5mm厚的密封胶。在将上部密封装置用螺栓固定到安装位置，用手旋紧固定螺栓。
6.3 间隙调整
用0.04mm的塞尺片沿轴径依次塞测，用铜棒轻轻敲击密封装置，保证密封装置与转动轴之间间隙均匀。在调整好以后用扳手将密封装置上的固定螺栓依次循环紧固。紧固后在用塞尺进行检查，如有跑偏须重新调整。
7 效果检查
通过技术论证后，先后对我公司10台DT75型皮带机的减速机和2台HCSY—350型，转速为1440r/min的碎煤机进行了改造，通过数据对比，改造后的机械密封装置不仅密封效果理想、稳定，结构简单、造价低廉、使用寿命长，而且维护量相当少，仅在小修标准项目中，例行检查疏通一下回油孔既可。而铜条密封墙的使用寿命也比改造以前提高了（3～4）倍，2年一个大修期更换一次密封墙既可。
8 注意事项
（1）要在对油室加油时，要仔细认真地监视油位，不要超出油位的上限。
（2）要在对油室加油时，要保证润滑油清洁无杂物，以免堵塞回油孔。
（3）做好维护工作，避免转机的振动值超过标准。在异常情况下，如转机振动值超过0.20mm，要对密封装置进行检查；在转机振动值超过0.30mm时，要对密封装置的密封墙进行检查，并测量间隙，如有备用密封装置，应对此台转机的密封装置进行更换，拆下的重新加装密封墙备用。
参考文献：
[1]汽轮机检修标准（华电能源佳木斯发电有限公司）
[2]燃料设备检修规程（华电能源佳木斯发电有限公司）