油封的作用一般就是將傳動部件中需要潤滑的部件與外部環(huán)境隔離，不至于讓潤滑油滲漏。骨架油封是油封的典型代表，一般說的油封即指的是骨架油封。此外還有磁力油封、迷宮油封、軸承隔離器等。
一、骨架油封
1.1骨架油封分類及結(jié)構(gòu)
骨架油封是油封的典型代表，一般說的油封即指的是骨架油封。骨架就如同混凝土構(gòu)件里面的鋼筋，起到加強(qiáng)的作用，并使油封能保持形狀及張力。按結(jié)構(gòu)形式可分單唇骨架油封和雙唇骨架油封。雙唇骨架油封的副唇起防塵作用，防止外界的灰塵，雜質(zhì)等進(jìn)入機(jī)器內(nèi)部。按骨架型式可分為內(nèi)包骨架油封，外露骨架油封和裝配式油封。
骨架油封結(jié)構(gòu)有三部分組成：油封體、加強(qiáng)骨架和自緊螺旋彈簧。密封體按照不同部位又分為底部、腰部、刃口和密封唇等。通常，在自由狀態(tài)下的骨架油封，其內(nèi)徑比軸徑小，即具有一定的“過盈量”。
圖1 骨架油封
因此，當(dāng)油封裝入油封座和軸上之后，油封刃口的壓力和自緊螺旋彈簧的收縮力對軸產(chǎn)生一定的徑向緊力，經(jīng)過一段時間運(yùn)行后，該壓力會迅速減小乃至消失，因而，加上彈簧可以隨時補(bǔ)償油封自緊力。
1.2骨架油封密封原理
密封原理：由于在油封與軸之間存在著油封刃口控制的油膜，此油膜具有流體潤滑特性。在液體表面張力的作用下，油膜的剛度恰好使油膜與空氣接觸端形成一個新月面，防止了工作介質(zhì)的泄漏，從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸的密封。油封的密封能力，取決于密封面油膜的厚度，厚度過大，油封泄漏；厚度過小，可能發(fā)生干摩擦，引起油封和軸磨損；密封唇與軸之間沒有油膜，則易引起發(fā)熱、磨損。
因此，在安裝時，必須在密封圈上涂些油，同時保證骨架油封與軸心線垂直，若不垂直，油封的密封唇會把潤滑油從軸上排干，也會導(dǎo)致密封唇的過度磨損。在運(yùn)轉(zhuǎn)中，殼體內(nèi)的潤滑劑微微滲出一點(diǎn)，以達(dá)到在密封面處形成油膜的狀態(tài)理想。
1.3骨架油封密封作用
骨架油封的作用一般就是將傳動部件中需要潤滑的部件與出力部件隔離，不至于讓潤滑油滲漏，通常用于旋轉(zhuǎn)軸，是一種旋轉(zhuǎn)軸唇密封。骨架就如同混凝土構(gòu)件里面的鋼筋，起到加強(qiáng)的作用，并使油封能保持形狀及張力。骨架油封是采用優(yōu)質(zhì)丁腈橡膠和鋼板制作而成，質(zhì)量穩(wěn)定，使用壽命長。廣泛用于曲軸箱，變速箱、軸承箱等部位。
合理使用油封，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
(1)軸的轉(zhuǎn)速由于設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)上的原因，高轉(zhuǎn)速的軸應(yīng)使用高速油封，低轉(zhuǎn)速的軸使用低速油封，不能將低速油封用于高速軸上，反之也不行。
(2)環(huán)境溫度在使用溫度較高的情況下，應(yīng)選用聚丙烯酯或硅、氟、硅氟橡膠。并應(yīng)設(shè)法降低油箱中的油溫。在使用溫度過低的情況下，應(yīng)選用耐寒橡膠。
(3)壓力一般的油封承受壓力能力差，壓力過大時油封會變形。在壓力過大的使用條件下應(yīng)采用耐壓支承圈或加強(qiáng)的耐壓油封。
(4)安裝上的偏心程度油封和軸配合時偏心過大，則其密封性會變差，特別是在軸轉(zhuǎn)速高時尤為嚴(yán)重。如果偏心過大時，可采用“W”形斷面的油封。
(5)軸的表面光潔度，直接影響油封的使用壽命，即軸的光潔度高，油封使用壽命就會長。
(6)注意在油封的唇口應(yīng)有一定量的潤滑油。
(7)要特別注意防止塵土浸入油封。
二、磁力油封
2.1磁力油封介紹
磁力油封是由靜環(huán)和動環(huán)兩部分組合合成，運(yùn)用磁力技術(shù)，采用機(jī)封理念，全浮動密封面結(jié)構(gòu)。
圖2 磁力油封
油封是用來封油的機(jī)械元件，它將傳動部件中需要潤滑的部件與出力部件隔離，不至于讓潤滑油滲漏。靜密封和動密封用密封件叫密封件。
磁力油封是經(jīng)過多年的研究與實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)出來的一款產(chǎn)品，創(chuàng)造性的使用了模塊化磁力補(bǔ)償系統(tǒng)與新材料密封技術(shù)，簡便的安裝即可解決工業(yè)史上一直難以根除的問題。既響應(yīng)了產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級要綠色環(huán)保的國家政策，又符合工廠企業(yè)的6S管理要求。
傳統(tǒng)唇封產(chǎn)品在應(yīng)用中必然與軸面發(fā)生摩擦，在應(yīng)用中極易失效。無法有效地阻止軸承腔不受污染，工作壽命一般很短且難以控制。當(dāng)唇封泄漏時，潤滑油的流失將給軸承及設(shè)備帶來災(zāi)難性的后果。周免的嚴(yán)重磨損所引起的設(shè)備損傷，必然會增加修復(fù)成本。
磁力油封在設(shè)計(jì)中運(yùn)用磁力技術(shù)，采用機(jī)封理念，全浮動密封面結(jié)構(gòu)。整體結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，動力消耗少。動靜環(huán)消耗少。動靜環(huán)結(jié)合面始終保持緊密接觸，即使在較大的軸跳動下，亦可實(shí)現(xiàn)有效密封。磁力密封替代骨架油封，是轉(zhuǎn)軸密封技術(shù)發(fā)展的必然方向。
2.2磁力油封功能配置
磁力油封由靜環(huán)和動環(huán)兩部分組合而成：
靜環(huán)，是用遇熱穩(wěn)定且耐磨的“316不銹鋼”制成，通過O型圈固定于腔內(nèi)，動密封面光滑耐磨。
動環(huán)，內(nèi)含磁性元件，動密封面是散熱性與耐磨性極佳的含碳復(fù)合材料制成，并且采用浮動式設(shè)計(jì)。可長期在靜環(huán)的吸引下保持貼合，為達(dá)到與靜環(huán)長期吸合在一起，磁力油封的磁性元件采用在高溫環(huán)境下都不會消磁的永磁材料。而且為了滿足浮動式設(shè)計(jì)的要求，動環(huán)采用O型圈固定在軸上。
磁力油封在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時考慮到長壽命使用，故采用特殊材料，使其在惡劣環(huán)境下及反復(fù)變化時可保持耐用。磁力油封可在干態(tài)下或存在潤滑的工況下工作，亦適用于水侵蝕的情況下。可用在立式、臥式、低速、高速、干摩擦或潤滑狀態(tài)下的減速機(jī)、齒輪箱、風(fēng)機(jī)、泵和電機(jī)等轉(zhuǎn)動設(shè)備。
2.3磁力油封特點(diǎn)
（1）磁力補(bǔ)償密封設(shè)計(jì)，適用于潤滑或干摩擦工況，真正做到零泄漏。
（2）磁力油封對軸的表面硬度沒有要求，并且不會磨損軸。
（3）磁力油封的線速度可達(dá)50 m/s。
（4）磁力油封的壽命比傳統(tǒng)油封的壽命長，可達(dá)28000h。
三、迷宮油封
迷宮密封屬于非接觸式動密封。是通過在旋轉(zhuǎn)件、固定件之間形成多個密封槽，產(chǎn)生阻力，阻止液體（氣體）的泄漏（如圖3所示）。
由于迷宮密封為非接觸式，旋轉(zhuǎn)件與固定件間有一定的間隙，因此不存在磨損破壞情況。但是迷宮密封對旋轉(zhuǎn)件與固定件的同軸度要求很高，如果兩個件不同心，很容易產(chǎn)生摩擦，使零件燒損。而且，迷宮密封件的加工難度相對要高一些。
迷宮密封一般應(yīng)用在無壓稀油潤滑的臥式渣漿泵上。圖4為某泵廠的迷宮密封結(jié)構(gòu)圖。這種設(shè)計(jì)將圖3中的三種迷宮密封結(jié)構(gòu)融和了起來，既保證了密封效果，又使加工和裝配更加方便快捷；同時還對軸承起到了保護(hù)作用，防止外部的灰塵和水進(jìn)到軸承及箱體內(nèi)。實(shí)踐證明，這種迷宮密封設(shè)計(jì)使用效果相當(dāng)好。但是，這種設(shè)計(jì)有一個要求就是：潤滑油的油位不能高于密封槽的位置，否則潤滑油會自動泄漏。這又限制了這種迷宮密封的應(yīng)用范圍。如果油位較高或是其他的潤滑方式也使用迷宮密封，那就需要配一個停車密封。而這個停車密封又是類似油封的橡膠密封，一旦損壞，整個密封結(jié)構(gòu)乃至整臺設(shè)備就需要停車檢修。
四、軸承隔離器
軸承隔離器是在復(fù)合迷宮密封的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種非接觸、無磨損的永久性軸承保護(hù)裝置。一般分為迷宮式軸承隔離器和磁力式軸承隔離器。迷宮式軸承隔離包含一個動環(huán)和一個靜環(huán)，動靜環(huán)結(jié)合成一體，因此，在運(yùn)行中兩者不會分離。一般來講，動環(huán)隨軸轉(zhuǎn)動，靜環(huán)安裝部分被壓裝進(jìn)軸承箱端蓋。動靜環(huán)協(xié)同作用，阻止外界污染物進(jìn)入軸承箱，并防止?jié)櫥橘|(zhì)泄漏。高品質(zhì)的軸承隔離器由金屬材料精加工而成，通常為黃銅，并且配有阻擋外界水蒸氣自由進(jìn)出的蒸汽阻擋環(huán)，防止設(shè)備停機(jī)時由于軸承箱內(nèi)部空氣冷卻，外界水蒸氣被倒吸入軸承箱，從而降低潤滑劑潤滑性能。軸承隔離器的密封性能不會隨著時間的推移而降低，這使得它可以為旋轉(zhuǎn)設(shè)備提供持久的軸承保護(hù)。
圖5 軸承隔離器
軸承隔離器的優(yōu)點(diǎn)
在軸承隔離器發(fā)明以前，轉(zhuǎn)動設(shè)備的軸承的保護(hù)屏障主要采用骨架油封或迷宮密封等唇形密封或端面密封。以橡膠的骨架油封為例，其的使用壽命僅為 3000 小時，卻被用來保護(hù)設(shè)計(jì)壽命長達(dá) 50000 小時（約 6 年）的滾動軸承。隨著骨架油封密封性能弱化，它開始劃傷軸的表面，或者密封唇口發(fā)生老化，使密封性能快速喪失。而且因?yàn)楣羌苡头饽p導(dǎo)致的軸損壞，成本高昂，此外，由于潤滑劑的泄漏和污染物的侵入，影響軸承的使用壽命，甚至造成停機(jī)事故。所有的接觸密封，由于其本身的特點(diǎn)，都會產(chǎn)生磨損和能量損失。以軸徑 3 英寸（約 76mm) 的橡膠骨架油封進(jìn)行工作壽命及能耗測試，轉(zhuǎn)速設(shè)定在 2550 轉(zhuǎn)/分鐘，結(jié)果顯示，普通的骨架油封在 1500 小時內(nèi)失效率超過90%。即使是進(jìn)口品牌的骨架油封，其實(shí)際工作壽命也不會超過 3000 小時，而且密封唇劃傷軸后，會導(dǎo)致密封效果越來越不理想。而目前很多關(guān)鍵設(shè)備，其制造標(biāo)準(zhǔn)（比如API610 化工泵，IEEE-841 電機(jī)）要求其密封必須可以連續(xù)運(yùn)行 5 年，且免維護(hù)。因此骨架油封并不適合需要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的工業(yè)設(shè)備，例如，加工行業(yè)的泵、電機(jī)、齒輪箱、汽?機(jī)等。經(jīng)測試，每個骨架油封平均消耗的功率為 150W。
一般油封的功率消耗和以下幾個因素有關(guān)：（1）軸徑，轉(zhuǎn)速，軸表面光潔度；（2）潤滑油黏度；（3）溫度；（4）密封唇材質(zhì)。一個企業(yè)如果安裝大量的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，且常年連續(xù)運(yùn)行，其每年的功率消耗及維護(hù)費(fèi)用會非常客觀，不利于企業(yè)的節(jié)能降耗及生?效益的提高。軸承隔離器作為一種非接觸、無摩擦的密封裝置，其不劃軸、不消耗功率、免維護(hù)、零泄漏的特性，能更好滿足現(xiàn)在工況企業(yè)設(shè)備密封的需要。其主要優(yōu)點(diǎn)：（1）非接觸、無磨損的持久軸承保護(hù)；（2）蒸汽阻斷環(huán)可阻擋由于軸承箱加熱或冷卻時造成的蒸汽侵入；（3）提供分體式設(shè)計(jì)，便于安裝；（4）免維護(hù)；（5）零能耗；（6）標(biāo)準(zhǔn)耐受溫度范圍為 -37 ～ 204ºC；（7）采用銅、不銹鋼、鋁或其他材料制成，以適應(yīng)極端條件。
迷宮式軸承隔離器作為橡膠密封和迷宮密封的改進(jìn)方案，是一種具有獨(dú)特設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的復(fù)合迷宮密封，一般由耐腐蝕且散熱的錫青銅加工而成，并配有氟橡膠材料靜密封，真正實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)設(shè)備零泄漏，且無須維護(hù)。使用壽命可以達(dá)到幾十年，可以阻擋外界灰塵、蒸汽、水霧等侵入，防護(hù)級別達(dá)到 IP66。對比傳統(tǒng)的橡膠密封或迷宮密封，軸承隔離器極大地提高了設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。針對運(yùn)行工況更惡劣的設(shè)備，可升級選用磁力式軸承隔離器，通過磁力補(bǔ)償系統(tǒng)使端面貼合非常緊密， 做到零泄漏同時可有效阻擋外部物質(zhì)入侵，是真正的軸承保護(hù)器。相比來說，兩種軸承隔離器的價格均高于傳統(tǒng)的骨架油封，但是長期來看，產(chǎn)生的效益是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出軸承隔離器成本的，大大減少了維修頻次，提升了現(xiàn)場管理水平，徹底消除了現(xiàn)場設(shè)備的跑冒滴漏。三種軸端密封形式特點(diǎn)見表1。
[1]吳勝華,何彥書.迷宮密封與油封密封在渣漿泵上的應(yīng)用比較[J].通用機(jī)械,2010(08):78-79.
[2]郭宗巖,蘇建軍,鐘磊,韓國濤,李鵬,趙強(qiáng),韓玉生.軸承隔離器在動設(shè)備軸端密封中的應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程,2022(S2):214-215.
（來源：加氫設(shè)備工程師）
