摘要：浮動油封是因其自身的結構特點，可以在工程機械及礦山機械具有泥水、泥沙的惡劣環(huán)境中使用，針對浮動油封結構特點、工作原理、損壞原因等方面進行分析，通過浮動油封的正確安裝減少損壞的可能。

關鍵詞：浮動油封;浮封環(huán);彈性體;損壞原因。

引言

密封可以分為動密封和靜密封兩大類，密封的主要作用為防止設備工作介質(zhì)的泄露和外界塵埃與異物的侵入。密封件的價格相對于設備整機價格百分比不高，但起到的作用卻非常大。浮動油封屬于動密封，誕生于上世紀五十年代后期，是針對泥水、泥沙等惡劣運行環(huán)境而設計的機械密封機構，其結構簡單，耐污、耐磨、耐振動和耐沖擊，工作可靠，使用壽命長，維護方便，具備端面磨損自動補償?shù)葍?yōu)點，現(xiàn)已廣泛使用在各種工程機械及礦山機械上[1]。

1 浮動油封的結構

一般常見的浮動油封按彈性體形狀分為DO型（彈性體為O形圈）和DF型（彈性體為變異菱形）2種基本形式。這2種浮動油封都是由2個彈性體和2個浮動密封環(huán)，分別安裝在2個座腔（1個靜止，1個轉動）內(nèi)構成，它們的結構原理基本相同。密封環(huán)材質(zhì)為耐磨的鐵合金材料，通過彈性體壓縮變形產(chǎn)生的軸向預緊力，將相對的密封環(huán)壓緊，從而實現(xiàn)密封功能。

如圖1所示，在實際使用中，以DO型和DF型2種浮動油封為基本型，根據(jù)實際使用工況進行設計，進而得到不同形式的浮動油封組合形式。

2 浮動油封工作原理

密封環(huán)是浮動油封的主體元件，工作時相互配對產(chǎn)生相對旋轉摩擦，它的密封面環(huán)形亮帶是經(jīng)過精密加工的，工作表面粗糙度值為Ra0.2μm，亮帶的徑向?qū)挾纫话銥?.5mm±0.5 ㎜左右，在它的亮帶表面內(nèi)側由2個斜面構成從亮帶內(nèi)緣向軸心方向的“V”形給油縫隙，使密封腔內(nèi)的潤滑劑在毛細作用和離心力的作用下進入兩邊密封面之間，保證2密封環(huán)亮帶表面的充分潤滑，在相對滑動中始終保持一層極薄的油膜，它同時具有流體靜壓力和動壓力的作用，起到平衡內(nèi)外壓差的功能，保證它們之間的潤滑又不向外泄露，也不讓外界雜質(zhì)進入腔體內(nèi)部。

彈性體安裝在密封環(huán)背部與座腔之間，將密封環(huán)精確定位在座腔內(nèi)。彈性體不僅為輔助靜密封元件，而且對密封環(huán)產(chǎn)生軸向和徑向的作用力。徑向作用力起到向密封環(huán)傳遞扭矩的作用，軸向作用力對密封環(huán)提供必須的密封補償力，由于其彈性補償范圍大，可以忽略一定的裝配誤差，在設備發(fā)生振動、竄動、擺動時，能保持金屬密封環(huán)密封面的有效貼合，并沿圓周方向產(chǎn)生作用力、閉合浮動油封中間縫隙;同時，浮動油封密封面間的油膜改善了密封面之間的摩擦工況，減少摩擦熱的產(chǎn)生，油膜的填充粘合作用也可提升密封效果，彈性體自身變形產(chǎn)生的彈性壓力也為彈性體和密封環(huán)之間提供靜密封作用。

在運轉過程中，隨著密封環(huán)的磨損，浮動油封的密封面將會持續(xù)向軸心線方向移動。密封環(huán)有較大的磨損儲備，有效壽命可以一直持續(xù)到密封面抵達金屬環(huán)內(nèi)徑。浮動油封必須有穩(wěn)定、可靠的潤滑油膜并及時將摩擦產(chǎn)生的熱導出才能正常工作。

3 浮封環(huán)材質(zhì)

耐磨和耐腐蝕是浮動油封對金屬密封環(huán)的兩項主要要求。金屬密封環(huán)一般采用合金鑄鐵金屬模精密鑄造或滾子軸承鋼經(jīng)加工熱處理后制成。從耐腐蝕方面來看，在相同條件下合金鑄浮封環(huán)和軸承鋼浮封環(huán)沒有明顯差別，軸承鋼浮封環(huán)密封面磨痕較平，而合金鑄鐵浮封環(huán)密封面上卻有很多細微的溝槽。軸承鋼浮封環(huán)由于密封面磨痕較平，在軸向壓力作用下，潤滑油無處存放，易造成干摩擦，磨損較快，而合金鑄鐵浮封環(huán)密封面在磨損過程中能夠形成很多細微溝槽為潤滑油提供了存儲空間， 使得合金鑄鐵俘封環(huán)密封面形成流體潤滑、吸附膜潤滑及干摩擦等組合的薄膜潤滑方式，由于潤滑情況良好，磨損相對較慢。因此從耐磨性方畫來看，合金鑄鐵浮封環(huán)優(yōu)于軸承鋼浮封環(huán)。

浮封環(huán)密封面表面硬度要求較高，一般達到HRC58 以上，最高可到HRC72。為使金屬材料達到較高硬度，提高耐磨的性能，對于多數(shù)材料，浮封環(huán)還需要進行整體淬火硬化處理或密封面表面硬化處理。表面硬化處理一般采用感應淬火、另外也有氮化、或等離子弧粉末噴焊、激光淬火等。相比整體淬火，表面硬化處理可以使金屬環(huán)熱變形量達到最小。

4 彈性體

浮動油封對彈性體的主要標準是高耐熱性和低永久壓縮變形。在一般的應用中，采用標準的丁腈橡膠材料就可以滿足使用要求。當對耐高溫性能有更高的要求時，可以旋轉氫化丁腈橡膠、氟橡膠或硅橡膠材料。在選用某些橡膠材料時需要針對所采用的油品進行油品兼容性檢測。彈性體有時會選擇不同的硬度，主要是為了能夠在不改變座腔尺寸的情況下對浮動油封的預緊力進行調(diào)節(jié)。彈性體質(zhì)量與性能，對浮動油封影響非常大，因此需特別注意。

5 浮動油封的使用要求

5.1密封面的旋轉線速度不得超過10m/s。

5.2無論設備閑置還是處于工作狀態(tài)，浮動油封都必須保持潤滑，防止密封面形成冷焊。

5.3必須盡可能的減少摩擦損失。

5.4浮動油封的預載力大小必須根據(jù)密封面的磨損速度進行調(diào)節(jié)。

5.5在旋轉和靜止狀態(tài)下都不能泄露。

5.6密封面之間摩擦所產(chǎn)生的熱量必須有做夠的潤滑油通過自身的流動將其帶走。

5.7密封腔內(nèi)外的壓力差需要進行平衡。一般情況下，浮動油封的內(nèi)外壓力差不得大于3bar。

6 潤滑與維護

6.1潤滑時盡可能避免采用潤滑脂潤滑。因為在密封縫隙中，油脂難以創(chuàng)造潤滑條件。而這將導致更劇烈的磨損，從而縮短浮動油封使用周期。如果一定要采用潤滑脂做潤滑劑.要控制最大線速度不能超過3 m/s。

6.2一般禁止用注油槍來注脂密封，因為油槍的高壓能移動和破壞O形圈。

6.3初始安裝時不要在密封面上使用潤滑脂。如果這樣，有可能會在裝配過程中壓縮時在腔內(nèi)產(chǎn)生一個壓力。

6.4正確的油量范圍滿足密封的整個生命周期。

6.5如果在維修過程中拆開浮動油封。即使看起來良好狀況.也必須重新安裝一個新的密封。因為初始安裝磨合時。密封面會產(chǎn)生一個固定的運行軌跡.拆開后再次安裝不能保證精確安裝在原位.密封面的磨損路徑不再匹配，密封面再次運行時可能會有漏油情況發(fā)生。

7 浮動油封損壞的原因分析

7.1浮動油封未能成套安裝使用，如新舊浮封環(huán)搭配使用。

7.2浮動油封的浮封環(huán)和彈性體硬度、表面粗糙度、尺寸等不符合要求。

7.3彈性體壓縮量不符合要求，因為彈性體壓縮量影響密封力的大小，密封力過大或過小均影響密封性能。

7.4安裝前，未能仔細檢查，浮動油封出現(xiàn)碰傷、缺口等問題，亮帶未做到勻稱而光亮，有劃傷、裂紋等缺陷。

7.5裝配人員對安裝過程不重視，未能使用安裝工具進行安裝，而簡單使用螺絲刀等將浮動油封裝入密封座，會導致彈性體產(chǎn)生扭曲、變形，進而導致漏油現(xiàn)象產(chǎn)生。

7.6浮動油封密封面受力不均勻或受力過大。

7.7環(huán)境過于惡劣，灰塵、煤渣等污染物被反復擠壓，引起浮動油封彈性體損壞。

7.8浮動油封選擇不合理，不適應設備的潤滑油等工作介質(zhì)，不適應設備工作溫度，浮動油封與浮封座配合不合理。

7.9設備長時間停機后突然啟動，由于潤滑不良，彈性體和浮封環(huán)可能發(fā)生相對運動，進而導致浮動油封損壞。

7.10浮動油封安裝座腔加工不合理或座腔磨損嚴重導致浮動油封安裝后漏油。

7.11設計過程或安裝過程出現(xiàn)問題，導致彈性體壓縮量不在預期范圍內(nèi)，浮動油封工作條件無法滿足。

8 浮動油封的安裝要求

浮動油封的正確安裝對浮動油封的使用效果影響至關重要。浮動油封的金屬材料具有很高的硬度和耐磨性，但同時非常脆，需要輕拿輕放，避免敲擊或碰撞。最好是可以用浮動油封的專用安裝工具進行安裝，正確的安裝方法如下所示：

8.1安裝前盡量保持浮動油封包裝完整，尤其要小心保護密封面上精細研磨的亮帶，絕不允許有磕碰痕跡或輕微劃傷的現(xiàn)象。彈性體也要防止有損傷現(xiàn)象發(fā)生。浮動油封防止受到污染、損壞。

8.2浮動油封座腔a在安裝前必須進行徹底清潔和檢查，不得有任何金屬粉末或油脂殘留，不得有鋒利的邊緣或棱角。

8.3用安裝工具b卡住浮動油封，并水平放置在座腔口，向下按壓工具，使壓力直接作用于彈性體上，將浮動油封壓入座腔。在安裝過程中可以使用無水酒精潤滑彈性體以方便安裝。嚴禁使用油脂或丙酮潤滑。

8.4將浮動油封壓入座腔后，檢查彈性體是否扭曲或起伏不平，并選多點測量密封面高度，最高點和最低點相差不得超過1mm。如果安裝過程中使用酒精潤滑，需要將酒精擦干或等到酒精完全揮發(fā)后才進行下一步操作。

8.5清潔密封面并在密封面上涂一層薄油膜作為初始潤滑。

8.6按照同樣方法完成另一邊浮動油封的安裝后，將兩邊相對壓緊，檢查并調(diào)整安裝間隙尺寸A。

9 裝配間隙尺寸A

在浮動油封座腔的所有尺寸中，裝配間隙尺寸A對于浮動油封的正常運轉至關重要。在保證浮動油封座腔所有加工尺寸都正確無誤的情況下，裝配間隙尺寸A決定了浮動油封的預載力大小。保證了裝配間隙在允許的公差范圍內(nèi)，就保證了浮動油封的最佳軸向載荷。

一般而言我們按照浮動油封廠家給出的選型尺寸表中的A值就可以使浮動油封在大多是應用中都可以正常運轉。但在轉速較高，外部壓力過大等特殊工況下，需要對裝配間隙進行調(diào)節(jié)，來調(diào)整浮動油封的預載力和軸向載荷的大小。

DF型浮動油封對于軸向公差和軸向位移的大小要求較高。一般來說，采用DF型浮動油封必須嚴格保證裝配間隙A在整個運轉過程中都保持在允許的公差范圍內(nèi)。DF型浮動油封的間隙尺寸A可以調(diào)節(jié)的范圍很小。

相對來說，DO型浮動油封對于軸向公差和軸向位移的適應性較強。在A值的實際公差無法控制在允許的范圍內(nèi)時，一般建議采用DO型浮動油封，并對公差A的大小進行調(diào)整，以適應較大的軸向公差和軸向位移。

10結語

浮動密封一般在含有大量粉塵和水等惡劣的工作環(huán)境中，具有工作可靠、壽命長、端面磨損能自動補償?shù)忍攸c，但對浮動油封零件的加工精度和安裝要求較高，必須對密封結構的設計進行優(yōu)化，在浮動油封零件的加工、測量精度以及裝配時所施加密封力的大小等方面加以有效地控制，才能保證良好的密封性能和較長的使用壽命。

參考文獻：

[1]楊剛雷.浮動油封的使用分析[J]潤滑與密封 ，2003（4）：37-38

作者簡介：宋艷斌（1987.3-），男，山西省晉城市，2009年7月畢業(yè)于中國礦業(yè)大學測控技術與儀器專業(yè)，職稱：工程師，研究方向：技術研發(fā)。