PM SUER ETX 270研磨机机械密封修复的探讨

2014-08-25 范芳洪湖南铁道职业技术学院

　　针对某进口研磨机出现机械密封泄漏的问题，通过对机械密封结构原理的研究，对可能造成密封泄漏的原因进行分析，分析表明机械密封泄漏是受弹簧压力、介质腐蚀、高温等因素的影响，造成动、静环接触面损伤和密封圈老化。根据分析结果用超精研磨来修复动、静环的磨损，在适合环境温度下，按照制定的研磨工艺和方法研磨动、静环，研磨好组装机械密封部件后进行保压测试，测试结果表明动、静环摩擦副间没有出现泄漏。研磨修复使得进口研磨机动、静环得到充分的利用，减少企业对配件资金的投入，并且该方法简单实用，效果好，对其它机械密封结构的修复有借鉴作用。

　　PM SUER ETX270 型进口研磨机，是目前染料化工业最先进的研磨设备之一。特别是机械密封系统，其结构复杂，制造精密。在长期三班制连续运转过程中，该机械密封系统受弹簧压力、介质腐蚀、高温摩擦诸因素的影响，易造成动、静环接触面损伤，压力弹簧锈蚀和密封圈老化，最终导致停机。

1、密封结构原理

　　PM SUER ETX270 型研磨机机械密封结构示意图如图1 所示，该轴采用双端面机械密封，右端为大气端密封，左端为介质端密封。其中轴套1 与研磨轴间隙配合并同时运转，靠骨架油封3 密封旋转轴套1 和密封腔2。密封圈5 被大气端静环6 压紧，密封大气端静环6 与密封腔2。防转销4 防止大气端静环6 与密封腔2发生相对转动。顶丝10 把大气端弹簧座26 固定在轴套1 上，其左端面孔中有12 个大气端弹簧28 推压大气端环9，使大气端动环7 右端面和大气端静环6 左端面接触，靠其两端面接触摩擦，转动密封。两端面磨损后靠弹簧弹力可自动补偿。

　　在介质端，研磨室与轴套1 端面是采用O 形密封圈。介质端动环14 压紧密封圈16。在轴套1 和防转销15 带动下，二者一起旋转。介质端静环19 用防转销21与介质端推环20 相连接。在弹簧座固定状态下，靠介质端弹簧27 推介质端推环20，使介质端静环19 左端面与介质端动环14 右端面接触。其两端面接触转动，磨损后亦可靠弹簧弹力自动补偿。研磨主轴与轴套1用密封圈30 密封。

　　工作时，研磨主轴连同密封圈30 和轴套1 带动大气端动环组件及介质端动环14 一起旋转。介质端动环14 端面与介质端静环19 端面接触形摩擦副。大气端静环6 端面与动环7 端面接触形成摩擦副。氮气和冷却介质由下口A 进入，经密封腔起冷却润滑作用，由上口B 排出，往复循环冷却。

研磨机械机械密封结构示意图

1-轴套2-密封圈3-骨架密封4-防转销5-大气端环密封圈6-大气端静环7-大气端动环8-大气端动环密封圈9-大气端推环10-顶丝11-紧固螺钉12-压盖密封圈13-密封腔压盖14-介质端动环15-防转销16-介质端动环密封圈17-介质端静环四氟圈18-介质端静环密封圈19-介质端静环20-介质端推环21-防转销22-介质端弹簧座23-螺钉套24-螺钉25-防转销26-大气端弹簧座27-介质端弹簧28-大气端弹簧29-密封预压缩螺栓30-密封圈

图1 研磨机械机械密封结构示意图

2、泄漏原因分析

　　从图1 中分析，造成机械泄漏的原因很多，主要表现在以下几个方面;

　　(1)运转过程中，大气端动、静环和介质端动、静环接触面，在弹簧推力作用下，以1500r/min 相对转动，生产大约60℃摩擦热。再加上受研磨室介质室70℃热传递影响，虽然有循环介质冷却，但工作条件苛刻难以避免相互磨损。当磨损程度过大时，密封性能逐渐降低，在研磨室压力和氮气压力作用下出现泄漏导致停机。

　　(2)该机所研磨的化工染料具有很强的腐蚀性。介质端动环14 外表面长期处在70℃的介质和磨球旋转摩擦中，被逐渐腐蚀，出现斑点和蜂窝状气孔。随着气饰慢慢的侵入，对介质端动环14、静环19 和推环20 组件、大气端动环7 和推环9 组件及静环6 产生不同程度腐蚀，出现裂纹和崩边现象。介质端压力弹簧27 和大气端压力弹簧28 腐蚀后失效，是介质端静环19 和大气端动环7 不能自动调整轴向浮动量。导致介质或磨球进入摩擦副，划伤动、静环接触面。

　　(3)密封圈在长期密封工作中受温度、压力、摩擦和气蚀等影响后加速老化，失去密封性能出现渗漏。

　　(4)操作人员不及时增补冷却介质，并经氮气充压过高，导致机械密封和氮气充压室温度上升，对动、静环和密封圈产生压力过大，腐蚀磨损加重。

　　(5)压力弹簧压缩量过大，导致摩擦副端面瞬间急剧磨损烧伤，过度的压缩使弹簧失去调节介质端静环19 和大气端动环7 的能力，致使密封失效。循环冷却室内有颗粒状污物，将动、静环接触面擦伤。介质端动环密封圈16 或大气端静环密封圈5 过松，当介质端静环19 或大气端动环7 轴向浮动时，介质端动环14 或大气端静环6 脱离动环座或静环座。介质端静环密封圈18或大气端动环密封圈8 过紧，造成移动受阻，使弹簧无法调整轴向浮动量等，也是造成机械密封泄漏的主要原因。

　　对于这种精密复杂的密封系统，在氮气和循环冷却介质同时泄漏时很容易被发现，但需仔细观察。若只有氮气泄漏或只有循环冷却介质泄漏，在查找原因时相对有困难。要在修理时对泄漏症状进行观察、分析原因，加以排除。

3、动、静环的研磨修复

　　研磨是动、静环修复工艺过程中最主要的工序，尤其是超精研磨，它不同于常规研磨方法，对动、静环研磨质量和研磨时的客观条件要求十分严格，是目前最精细的一种加工方法之一。

　　动、静环研磨必须在专门的工作室进行，为保证研磨质量，工作室应具备以下条件：工作室地基坚实、隔震，以免因震动影响研磨精度;工作室清洁干净，光照、通风条件要好，室内相对湿度应限制在40%～60%范围内，防止由于空气中湿度过大而使动、静表面产生锈蚀;室内温度20℃±3℃，防止温度变化影响研磨和动、静环的测量;室内具备1 级精度刀口检验真尺、平晶、干涉显微镜和立式光学比较仪等; 室内具备3 块嵌有研磨剂的铸铁研磨平板、研磨夹具和研磨剂。

　　研磨动、静环可采用一般平板，但使用前应该经过技术测量和校准。校准平板采用3 板互研，步骤同原始平板刮研，一般可采用湿研的方法研磨，先用W20 铬刚玉研磨粉粗研，再用W10 以下的铬刚玉研细研。两块平板互研时，两平板每次移动相对距离基本相等，平板推动空间的距离不超过板面1/3，研磨轨迹为“8”字形，经常将作为标准的平板转过90°、180°，以改变研磨接触部位。

　　平板研磨后，应先用0 级精度的刀口尺以光隙法检查平面度[5]，然后再用平面平晶以干涉法检查。检查次序：先纵向，后横向，再对角线。每隔半个平晶直径检查一次。误差不得超过0.5 条干涉带，表面粗糙度[4]Ra0.0025μm 以下。

　　平板的平面度和表面粗糙度校准合格后，需对其进行压砂，压砂常用的混合液化学配方为：铬刚玉研磨粉20g，硬脂酸0.5g，航空汽油200mL，煤油10mL。混合液配置后，需放置一周以上再用。压砂过程如下：

　　(1)将平板用工业汽油洗干净，再用航空汽油擦净。

　　(2)将混合液摇匀，静置片刻，用小滴管吸入后滴在平板上，使之均匀摊开成薄层。

　　(3)放上平板进行研磨，直至平板间吸附力较大，压砂剂呈乌黑油亮，粘滞状态为至，向前推动上平板时需要用手加压，同时将上平板不时地转动90°、180°以增加吸附力。

　　(4)两块平板压砂后取下，用滴管洒上干净的航空汽油，用脱脂棉擦净残留层，然后将其中一块与末压砂的平板再进行压砂。

4、研磨工序及方法

　　动、静环的研磨加工一般分4 道工序进行。为防止其在研磨过程中因研磨量过大造成发热，并便于控制两环的研磨精度，每次研磨后所留的研磨工序余量应保持在10μm，7～9μm，3～5μm。研磨方法有干研和湿研两种。所谓干研时用汽油将平板擦净后，直接在压砂平板上研磨，优点是环的研磨面易平且耐磨，缺点是研磨表面的色泽光亮度易变为黑色，且易烧伤;湿研是在平板上涂敷混合研磨剂后进行研磨，其优点是研磨效率高，研后环面光亮如镜，缺点是若研磨剂过厚，研磨环易出现中凸。动、静环研磨有手工研磨和机械研磨两种方法。在单件或小批量动、静环的修复时，通常采用手工研磨。动、静环研磨装夹示意图如图2 所示，研磨时，可将动、静环3 装在夹具1 中，两环的被研磨面要比夹具平面高出0.5～1mm。研磨时，双手对称捏牢夹具，对夹具施以均匀微量的工作压力，以螺旋或仿“8”字轨迹方式研磨。每次研磨十余次，再将研磨的动、静环调转90°继续研磨。

　　各次研磨，应达到以下要求：第一次研磨，主要消除磨痕及划伤、烧伤痕迹，使其表面平整，表面粗糙度达Ra0.005μm，两面平行度误差不超过0.5μm。

SUER ETX 270研磨机机械密封修复的探讨

图2 动、静环研磨装夹示意图

　　第二次研磨，动、静环的表面粗糙应达到Ra0.005μm，其两面平行度误差不超过0.3～0.2μm。

　　第三次研磨，动、静环的表面粗造度应达Ra0.025～0.006μm，其平行度误差不超过0.1～0.005μm超精研磨一般采用干研。动、静环经过超精研磨，表面粗糙度可达Ra0.012～0.006μm，动、静环的平行度应小于0.005μm。

　　用手工研磨修复动、静环时应注意以下几点：

　　(1)研磨时动、静环应在整个平板表面运动，使平板各部磨损均匀，以保证研磨平板工作面的准确性。

　　(2)动、静环在平板上每次研磨20 次，要用汽油将平板擦净。再加上2～3 滴混合研磨剂，否则平板上积下切屑和赃物会划伤研磨面。

　　(3)超精研磨前，先用天然油石打磨平板，将嵌入平板面上的刚玉尖峰部分打平，以保证动、静环的表面粗糙度。

5、动、静环的组装

　　将动、静环修复后，对机械密封进行组装时按下述要求进行：

　　组装室洁净，保证组装环境。对所有配件检查无误后，进行清洗，特别是循环冷却室，一定要清洗干净，不得有颗粒状污物。大气端动、静环和介质端动、静环清洗擦干后，再用丙酮擦拭一遍，确保接触面洁净[6]。严格按照顺序进行组装，保证各零部件装配正确，图1 中介质端静环密封圈18 和大气端动环密封圈8松紧适度，使弹簧能自动调整其轴向浮动量。动、静环接触表面要涂上一层润滑脂，防止开车时因弹簧压缩过大，致使摩擦副因瞬间干摩擦而烧伤。安装密封腔压盖13 时，由于压力弹簧作用，必须借用专用压盖器，对准6 个M10 螺纹孔11，慢慢地将压盖压下，注意勿将压盖密封圈12 挤碎。拧紧压盖螺丝时用力要均匀，将压盖压紧，以防因弹簧压力不均匀造成动、静环密封性能降低，之后，用3 个M6 密封预压缩螺栓29 锁住轴套1。组装完成后，用黄油把紧固螺钉11 顶部涂死，以防止螺丝被腐蚀造成下次维修拆卸困难。

6、保压测试

　　在组装工作完成后，要对机械密封进行静态和运转保压测试。

　　静态保压测试：把机械密封安装到研磨机主轴上固定，装上研磨分散盘后，拧下3 个密封预压缩螺栓29。连接好氮气冲压室进入机械密封口A 和出口B。向氮气冲压室内加入冷却介质到标志线位置，手动盘车排出密封室内空气。利用氮气瓶向氮气充压室内充压到0.6MPa 时，关掉充氮阀门进行静态测试。注意不要一次充压过高，否则会对动、静环接触面和密封圈造成一定的伤害而缩短使用寿命。

　　利用肥皂液进行密封性试验[8]：对氮气冲压室和机械密封各连接点的管件、接头和阀门等进行涂肥皂液检查。若有气泡出现，说明此处泄漏，需对其进行检修。每隔20min 巡查并记录压力变化情况，如压力快速下降，说明机械密封内部密封圈或动、静环接触面组装有问题，需对其进行分解查找原因，待故障排除，再重新安装测试。当静压保压测试1h 后，压力保持不变，则组装研磨机进行运转测试。

　　运转保压测试：开车时观察氮气压力表和循环冷却介质的变化情况。如冷却介质微量泄漏，多为密封圈和动、静环存在问题。当冷却介质每天泄漏量超过0.5L时，则表明动、静环摩擦副存在泄漏，需要对进行检修。如果氮气压力和循环冷却介质无变化，则证明维修组装合格。