淺談磁力密封技術的應用

       一、前言
       在柳鋼過去生產過程中，由于傳統密封技術的固有特點和存在的缺陷，旋轉設備回轉泄漏一直是一大難題。據統計結果顯示：0.002%的清水污染物就會導致軸承使用壽命降低48%，而由軸承失效直接導致轉動設備失效占22%。因此，改變傳統密封型式，采用先進的密封技術，節約能源，降低污染，提高效率，是設備管理所需研究和解決的課題。以下介紹一種革新式密封技術——磁力密封技術的特點和原理以及該項技術在柳鋼的成功性應用。
       二、傳統旋轉密封技術的比較分析
       傳統的旋轉密封技術主要有骨架油封、迷宮密封，傳統機械密封，根據其自身特點，我們可作有缺點比較分析如下：
       1、骨架油封：短期性價比高，但長期運行綜合費用很高；使用壽命短（3000h）；泄漏率高；線速度低；磨損軸頸；潤滑油易流失或污染。因此，在長期連續性作業的工況下，不宜采用。
       2、迷宮密封：較骨架油封先進，性能較好，無接觸；密封結構及設備線速度與介質粘度關系較大；軸向漏油情況仍然存在，不能用于需垂直密封的工況條件。長期使用，油品泄漏量仍然較大，對環境污染及油品消耗都較難控制。
       3、傳統機械密封：嚴密、泄漏量少；使用壽命長；消耗的磨擦功率少；軸或軸套基本不受損；對旋轉軸的振動、偏擺以及軸對密封腔的偏斜不敏感，浮動性好；安全可靠、運轉周期長；適用范圍廣。但是具有一定缺點：一次投資高，安裝費時間，安裝精度要求高；且加工制造的精度要求高，加工復雜，安裝尺寸較大。基于以上特點，對已使用其他密封的設備進行機械密封改造難度大。
       三、磁力密封的結構特點
       磁力密封由三部分組成：第一部分為靜密封面，它表面光滑，熱穩定性強，環嵌在一個磁性的不銹鋼合金接合蓋里；第二部分為動密封面，主要材料為耐磨，潤滑性良好的碳和石墨，它環嵌在具用磁性元件的合金里，動密封面采用浮動式設計，可在磁力的作用下長期與靜環保持緊密貼合而不必人工調整；第三部分為O型圈，其作用是對軸與動環的接合面進行密封，材質為經過特殊處理過的聚四氟橡膠。
       四、磁力機械密封的原理分析
       造成泄漏的原因主要有兩方面：一是密封面上有間隙；二是密封兩側有壓力差。
       磁力密封所以能成為一種先進的密封結構，最主要的是因為該密封在設計理念上繼承了機械密封的設計原理并簡化其結構、完善其功能。磁力密封具有長久的使用壽命的原因主要是在密封端面間維持一個極薄的油膜以避免端面間的干磨擦，綜合考慮磨損與泄漏的影響，磁力密封的最佳端面潤滑狀態是邊界潤滑狀態。在正常情況下，磁力密封都在邊界潤滑狀態下工作。磨擦副端面處于邊界潤滑狀態工作，相對于干磨擦來說，邊界磨擦具有較低的磨擦系數，能有效的減少端面磨損、延長使用壽命，而摩擦副端面形成液體潤滑會造成泄漏。建立磁力密封的端面流體潤滑是提高使用壽命與解決端面磨擦-磨損矛盾的一個有效方法。磁力密封建立磨擦副端面流體潤滑的方法是利用動環與靜環之間適當的引力并在摩擦副端面回轉的流體動力作用下產生潤滑膜，形成流體動壓液膜，并且避免形成液體潤滑。
       此外，磁力密封的永磁體使動環和靜環結合在一起，根據不同工況，采用不同規格的永磁體，形成適當的引力，使密封端面間形成的壓力合力大于密端面兩側的壓力差，從而形成密封端面間良好的密封性能。
       五、傳統油封改進方案

                  圖1  傳統密封軸箱裝配                                圖2  改進后的端蓋
               1—主軸    2—軸承    3—軸承箱   
           4—端蓋     5—密封件壓蓋    6—密封件

       傳統油封結構如圖1所示。根據磁力密封安裝要求，對軸承座端蓋進行簡單改造即可應用。改造后的端蓋見圖2。其加工尺寸根據動靜環的實際尺寸確定，考慮到動環與端蓋之間應有較大間隙，靜環與端蓋應為過盈配合，靜環的嵌入深度應大于靜環寬度的2/3，圖中尺寸D、B分別為靜環外徑、寬度的實際尺寸，d為動環外徑的實際尺寸，Ф為軸的直徑實際尺寸。端蓋加工后即可進行油封安裝。安裝步驟：（1）事先在靜環與端蓋的接合面均勻涂抹一層密封膠，防止泄漏，將靜環裝入端蓋（具有耐磨材料的一端向內）。（2）清理主軸手刺、污垢，使表面光滑、清潔；（3）清理動靜環接合表面，使之保持清潔；（4）把動環從軸端推至適當位置（具有耐磨材料的一端向外），要求推入時保持平直，且不能繞軸轉動避免損傷O型圈；（5）裝入端蓋，保持靜環和動環緊密貼合；（6）檢查動靜環貼合情況，有無雜質及間隙，同時檢查其同軸度，是否有較大誤差；（7）調整動靜環貼合間隙及同軸度；（8）推動端蓋及動靜環就位并進行固定安裝。
       六、實際使用效果分析
       柳鋼轉爐除塵風機主減速箱采用集中稀油潤滑，現場粉塵多，環境惡劣。原使用的骨架油封，壽命短，對軸的磨損十分嚴重，使用效果不理想，粉塵進入減速箱，污染了潤滑油，使油液發生乳化，導致潤滑失效直接影響設備的正常安全運行，造成系統出現異常現象需重新換油。而且每次因潤滑油變質和失效，需要更換10t優質汽輪機油和添加劑，設備維護費用昂貴。經比較之后，在2臺風機上采用了磁力密封，該油封采用機械密封原理，克服了以往因橡膠骨架油封磨損軸、易老化、更換頻繁的缺點，并能完全阻止外界水汽和污染物進入軸承箱，解決了軸承箱長期漏油的缺陷，實現了零泄漏，大大降低了油耗。實現雙向密封，延長了軸承的實際使用壽命，潤滑效果得以顯著提高；該磁力密封占用空間小、結構緊湊，安裝簡單，即只需對原軸承箱端蓋略微改動，基本上沒有安裝誤差，運行狀況穩定可靠，實現了密封壽命、軸承壽命、潤滑壽命、設備運行的良好循環。節約了運行成本和維修費用，也改善了生產現場環境。
       在高線投產之前，我們結合原一棒生產線的實際生產狀況，主動在3臺預精軋機軸承箱上使用該項磁力密封，從生產運行情況看，效果非常好，軸承箱基本無任何泄漏。
       七、結論
       新型機械密封—磁力密封，繼承了機械密封的工作原理，并采用浮動設計，選用了先進的材料，獨特的設計結構，占用極少安裝空間，密封效果極佳，有效的防止泄漏，減少了能源損失，提高運轉設備功效。特別是磁力密封針對于對傳統骨架油封和迷宮密封進行的改造，使用效果尤為突出，為柳鋼的節能降耗和確保設備的安全運行提供了可靠保證，我們正逐步在柳鋼推廣該項磁力密封技術。