熱軋設備的密封及其改進

杜琳

摘要：近年來，國內許多工業企業、科研單位、大專院校以及經濟主管部門都在積極開展設備診斷技術的理論研究、生產應用和政策探討等工作，但基本上還是以機械設備為對象的在線監測系統為主，對狀態診斷信息與工藝及過程控制的信息結合涉及較少，尤其是診斷技術與設備管理技術、與基礎自動化技術的結合更為薄弱。

關鍵詞：熱軋設備；密封；改進

前言

建國以來我國鋼鐵工業和技術已取得舉世矚目的成就，但是在市場化、工業化的發展進程中，鋼鐵工業作為基礎產業的重中之重，在產品質量、產品結構、工藝技術裝備、技術經濟指標和管理方面與國際先進水平相比仍有較大差距。板帶鋼的生產是鋼鐵工業發展中的重要課題之一。板帶在熱軋方面有深沖熱軋鋼板、耐腐蝕高強度熱軋鋼板、成型性優異的高強及超高強鋼板、超寬幅汽車鋼板、熱鍍鋅鋼板、超細晶高強度鋼板，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、高技術含量板材產品。目前我國的板帶鋼不能適應國民經濟發展的需要，產品質量能夠達到國際先進水平的不到總產量的1/3。因此，加快發展板帶材，特別是加快發展高附加值、高技術含量的板帶材是我國軋鋼工業一項十分艱巨的任務。

1熱軋設備密封的基本元件和工作原理

一般的機械密封裝置由各個部件構成，各個部件一環扣一環，環環相扣。傳動裝置的核心部件動環被安裝在傳動軸上，隨軸轉動，靜環則是用防轉銷來防止轉動，它與動環一起都屬于動密封元件。機械裝置在作業時，只有動環隨傳動軸的轉動而轉動，靜環則保持原位置不變，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，形成相對的徑向轉動，轉動時在密封圈內的兩端面形成兩個油膜，能起到密封作用。在一般的密封裝置內，動環內還鑲嵌有動環輔助密封圈，該裝置與傳動軸套合在一起隨軸一起轉動，當壓縮量升到10%左右時，就可以有效地防止動環與傳動軸之間液體泄露，從而起到較好的密封效果。靜環輔助密封圈緊壓在靜環上與壓蓋固定，用來防止靜環與壓蓋的泄露，并起到一定的緩沖作用。

盡管機械密封裝置的組成部件和工作機理較簡單，但當機械裝置高速運轉后，一切穩定的因素，都會隨著溫度、壓強等的變化而變得不穩定，使其難以控制。因此，對機械密封機理的研究還需持續開展下去。

2熱軋設備密封失效及其改進措施

2.1高溫引起的機械密封失效

2.1.1機械密封失效的原因

大量實踐研究表明，當機械密封裝置的密封腔內的溫度超過150℃時，可能引發諸多密封故障，這些故障都有可能造成機械的密封失效[[A]①如果端面摩擦產生的熱量不能及時傳輸出去，就會傳導到密封環上，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如果機械密封材料導熱系數低或者脆弱性較強，那么密封端面在回轉過程中產生大量的摩擦熱就會造成接觸面凹凸不平，摩擦進一步擴大，可能會產生貫穿整個徑向端面的裂紋及微裂紋，并且由于所產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生改變，使得其密封性能喪失；③機械運轉的高溫會造成密封面出現點蝕或是穿透，導致機械密封失效。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，以及彈簧疲勞強度降低等，都會造成機械密封失效。

2.1.2機械密封失效的改進措施

解決高溫引起機械密封失效的關鍵措施在于選取新型耐高溫密封材料、改進冷卻室結構，提高其熱傳導效率、選取膨脹系數相近的材料作為有裝配關系的材料。此外，要提高輔助密封圈的耐熱能力，研究表明當機械運轉時的溫度超過220℃時，使用金屬波紋管機械密封，既可以解決高溫失效的問題，還可以避免失彈現象的產生。所展示的金屬波紋管其耐熱范圍可達240一6500C，大大高于機械運轉的介質溫度，并且該裝置具有機械密封追隨性較好，耐高溫幅度大，柔軟性較好，緩沖能力強等優點。

2.2壓力造成機械密封失效

2.2.1機械密封失效的原因

壓力造成機械密封失效的原因主要表現在高壓、壓力波動和真空三個方面。高壓引起的失效主要原因是當密封腔內的壓力超過3MPa的臨界值時，液膜會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，另外高溫也可能導致因零部件變形或破裂而失效。壓力波動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啟動泵而發生摩擦；②介質的壓力低于飽和蒸汽壓力，使端面液膜發生閃蒸，喪失潤滑；③由于端面摩擦及旋轉元件攪拌液體產生熱量而使介質的飽和蒸汽壓上升，也會造成介質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：若密封腔內沒有任何介質氣體，那么密封腔內會出現干摩擦，從而會因漏氣而密封失效。

2.2.2機械密封失效的改進措施

針對機械密封失效的具體故障，要采取相應的應對措施。若是因高壓引起失效，采取的措施為調整端面受力分布，采用各種硬質或其他各種耐壓強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。若是因壓力波動引起失效，采取的措施為選用WC對WC摩擦副，以擴大密封介質的溫度劇變。若是因真空引起失效，采取的措施為采用雙端面機械密封，該裝置不僅具有雙重保險的功效，還有助于改善潤滑條件和提高密封性能。

2.3介質造成機械密封失效

2.3.1機械密封失效的原因

介質造成機械密封失效主要表現在兩個方面：一是介質自身的強腐蝕性所引起，二是因介質中含有固體顆粒雜質造成的機械密封失效。若介質具有強腐蝕性，就會對摩擦副表面產生腐蝕，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。若介質內含有顆粒雜質，一旦機械密封裝置開始高速運轉，那么這些雜質不可避免地會進入密封端面，在高溫情況下會劃傷密封面或破壞液膜的連續性，降低密封的效果，并且雜質還會對補償環的浮動性產生阻礙作用，對彈簧的作用性能產生抑制作用，這都會降低其密封效用。

2.3.2機械密封失效的改進措施

因介質腐蝕導致的機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、涂抹抗腐蝕性保護層等；③改進密封裝置結構，采取雙端面密封結構，并引入隔離液保護。實踐表明，合適的密封材料和填充添劑具有良好的密封效果。因介質含有雜質導致的機械密封失效解決的措施在于：①設計的兩端面寬度應該相等，這樣可以減少磨粒在密封圍停留的機會；②經常對密封腔的各零部件進行沖洗，減少雜質沉積的機會；③采用單彈簧；④設置過濾器或旋液分離器。

2.4其他原因造成的機械密封失效

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

結語

總之，引起密封故障的原因是復雜的，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上，采取針對性的措施進行維修，并且要詳細分析各種影響機械密封效用的因素，按照規定的使用條件和范圍選用機械密封，才能保證機械密封的良好運行。不論故障原因為何，使用機械密封時應該詳細掌握影響密封效用的各種參數、結構、形式、材料、標準及其特點，這樣才能減少故障出現的幾率，延長和‘械密封的伸用壽命。

參考文獻

[1]邱建雄，趙躍龍，楊瑞元.基于圖像的建模和繪制技術綜述[J].小型微型計算機系統.2004（05）

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

（作者單位：河鋼樂亭鋼鐵有限公司）