解读骨架油封的密封原理及安装技术

2021-08-14于勇吕文东

中国设备工程 2021年15期

于勇，吕文东

（中交上航局中港疏浚有限公司，上海 200136）

骨架密封是船舶设备密封的主要型式之一，尤其是输入输出轴的密封。为了保证密封的正确安装，可靠使用，寿命延长，因此需要深入了解骨架密封的原理，结构形状，安装方法，维护技巧。作为船舶机匠长，需要经常拆装骨架密封，笔者在长期工作中积累了一些知识和经验，与大家分享。

1 骨架密封的结构及制造材质

1.1 骨架密封的组成

如图1 所示，骨架密封主要由密封体、加强骨架、自紧螺旋弹簧组成，其中密封体可分为密封主唇、防尘辅唇、装配面、端面、密封唇腰部等

图1 骨架密封的结构剖面图

骨架密封的制作要求根据适用场合不同简单归纳为：（1）性能稳定，温度适应范围广；（2）耐油性、不易点燃；（3）寿命适中，拆检频次少；（4）密封唇跟随性好，泄漏少。

1.2 骨架密封的制造材料

根据以上要求，一般使用丁晴橡胶、氟橡胶、硅橡胶、碳纤维聚氨酯及三元尼龙等与橡胶复合材料。

（1）丁晴橡胶是骨架密封生产中最广泛使用的材料。主要由丁二烯与丙烯晴组成，丙烯晴具有较好的耐油性，其耐油性仅比聚硫橡胶、丙烯酸酯和氟橡胶略差，却比通用橡胶要好。其制造的产品性能稳定、高温适应性好。

（2）氟橡胶（四氟、六氟等）的总体性能要优于丁晴橡胶。它比丁晴橡胶耐高温可以达到300℃，氟橡胶骨架油封的耐酸、耐油性形在各种橡胶种类中也是较好的。

（3）硅橡胶的产品性能优于丁晴橡胶但比氟橡胶略差。硅橡胶具有很好的耐寒性，最低温度可达到零下100℃，在所有骨架密封橡胶体材料中，低温性能和高温性能是最好的。

（4）复合材料为了提高机械密封某些性能，在制造中使用复合材料混炼。例如，为了提高拉伸强度、提高骨架密封的抗撕裂性能，使用三元尼龙与橡胶掺合。

2 骨架密封的国家标准、分类、型号命名

船舶使用中骨架密封是安装在设备的旋转出轴密封以及一些油缸密封。

2.1 骨架密封的国家标准

旋转轴唇形密封圈设计规范为GBT9877-2008 规定基本结构类型分为6 类（如图2 所示），旋转轴唇形密封圈性能试验方法是GBT 14273-1993 GB/T13871.1-2007。

图2

2.2 骨架密封的分类

根据结构上划分可以分为两种，单唇与双唇的油封；根据骨架形式的划分也有两种，内包骨架与外漏骨架及装配式油封；根据旋转轴的转速划分，可分为低速型油封和高速型油封；根据唇口数量划分，可分为双唇型油封和单唇型油封；根据耐压程度划分，可分为耐压性密封和低压型密封。

3 骨架密封优缺点

骨架密封优缺点：（1）可用温度范围大（-30～260℃），使用复合材料可以增强耐低温性能；（2）对安装轴的表面硬度适应性广；（3）除了轴的表面光洁度影响，不同轴的材质使用寿命不一样，普通碳钢最长，其次是铬铁合金，含镍合金钢较差（经验积累、没有经过实验验证）；（4）弯曲强度好，变形小；（5）成本低；（6）拆装方便，更换简单。

4 骨架密封的密封润滑原理

首先，我们要建立一个观点，任何运转的设备都是需要润滑的，骨架密封安装在旋转轴上也不例外。既然需要润滑就一定有它的润滑形式、润滑原理。旋转润滑主要是从润滑油量和润滑动力两方面来分析。

骨架密封虽然需要润滑，但它是一种密封装置，不可能像柴油机的主轴承一样有充足的供油量、充足的动力，保证它的动压润滑。因此，唇形密封是依靠微凸体和周向剪切流联合作用形成的油膜进行润滑的。从混合润滑状态过度到全体膜润滑状态的转轴线速度低到只有10mm/s。油膜向密封面的初始渗透是依靠表面能的作用，如毛细管作用。

一般来说，如果唇形密封是近似对称的，或者接触面不能形成必须的微凸体或棱脊，那没唇形密封并不会产生明显的回泵送现象，由于泵送的方向与泄漏方向相反，可以认为，“回泵送”就是唇形密封的“动力密封机理”，起源于密封接触界面的流体动压效应，为了解释唇形密封的回泵送效应，提出了不同的物理模型。实际认为它更接近一种边界润。

5 骨架密封的性能参数

通过以上的对橡胶性能的论述，我们了解了骨架密封制造、性能特点，在申请单中，根据需要、结合费用可以表明材质要求供领导抉择，但在实际工作中，我们还要知道成型密封更多的参数。

（1）性能参数。骨架密封唇口的比压（唇口单位面积的承受压力）。唇口比压q 是在安装轴单位圆周上的封唇对轴的抱紧力，它是表示封唇摩擦面上线接触应力大小的重要的特性参数，对于油封寿命有直接的影响，低速型密封值为q=150～220n/mm,高速型值为q=95～130n/mm。

（2）骨架密封唇口摩擦扭矩。骨架油封的接触面摩擦扭矩m 也是一个重要的特性参数，它反应的是油封唇口的摩擦—润滑状况，是影响油封寿命的重要因素之一，在保证密封性的前提下，应适当减小摩擦扭矩，密封摩擦扭矩及摩擦系数可以延长骨架密封工作寿命。

（3）唇口安装过盈量。唇口过盈量是指在密封常温自由状态时唇口直径与轴颈之差，它反映的是唇口比压形成的因素之一，也是克服轴偏心的一个措施，适当的过盈量通常为0.2～0.5mm，过盈量过小会降低密封性能，容易造成泄漏，过大过盈量会出现橡胶材料的焦耳效应（过热），加速唇口老化龟裂。

6 骨架密封安装及失效型式

6.1 骨架密封安装

（1）垂直公差。轴径＜30mm，公差0.10mm；30mm ≤轴径＜80mm，公差0.20mm；轴径≥80，公差0.30mm。在我们安装中，根据材质、适用场合温度不同可以略有区别。

（2）径向公差。一般在安装前测量一下轴径、密封的内径，略有过盈量即可。随着轴径的增大，公差可以略大。

6.2 密封安装对轴的要求

轴的同轴度参照垂直公差；轴表面加工硬度45HRC—55HRC。主要依据是轴运转的线速度，当线速度小于4m/S 时取下限，否则取上限。实际上，我们在拆装中无法决定轴的硬度。轴表面粗糙度一般规定为Ra1.6～3.2 um。

6.3 安装过程

（1）清洁检查安装座光洁无缺陷，使用帆布或沙皮背面将清洁后轴抛光；（2）检查骨架密封并用杂用空气吹净。检查弹簧是否良好无锈蚀，骨架坚硬，唇口无损伤龟裂，圆度良好。测量密封唇口与轴的尺寸，安装面尺寸与安装座的尺寸都有一定的过盈量；（3）将密封安装面及唇口根据不同材质涂抹润滑脂或二硫化钼，唇口朝压力面；（4）用外径比安装座略小，内径比轴略大的铜套或尼龙套平行压入或轻轻敲入；（5）装好压盖后盘车一周。

安装完毕的油封唇口的过盈压力和自紧弹簧的抱紧力对旋转轴产生一定的径向压力。制造厂分析，工作中的油封在径向压力的作用下，会形成一个0.10～0.5mm 的密封接触环带，但较为理想的宽度为0.25mm。

密封装好，初次使用允许微量渗漏，磨合后正常使用中略有湿润，在损害更换前不应看到密封的液体。安装时保证骨架密封使用寿命及高效的重要环节，一定要确保安装质量。例如，在工作中密封使用中的三种情况。正常使用能够达到8000h 以上质量良好的密封正常安装，是能够用到8000h 正常损坏。由于安装质量不良1000h 以下没有达到使用寿命比比皆是，由于其他情况没有达到使用寿命的要占更大比例。

6.4 骨架密封的失效型式及原因

骨架密封失效后最直观的是密封处泄漏，所以我们找到泄漏原因绝大部分就是密封失效的原因及型式。（1）备件不匹配，轴径磨损；（2）轴封耐压等级过低，工作压力过高，脉动过大，唇口过盈量过大或过小；（3）密封材质不合适，与使用场合的液体溶融；（4）轴表面不光洁，粗糙；（5）环境温度极端，密封性能变差，脆化；（6）安装质量不良，密封移位，唇口翻转。