針對(duì)某進(jìn)口研磨機(jī)出現(xiàn)機(jī)械密封泄漏的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)機(jī)械密封結(jié)構(gòu)原理的研究，對(duì)可能造成密封泄漏的原因進(jìn)行分析，分析表明機(jī)械密封泄漏是受彈簧壓力、介質(zhì)腐蝕、高溫等因素的影響，造成動(dòng)、靜環(huán)接觸面損傷和密封圈老化。根據(jù)分析結(jié)果用超精研磨來(lái)修復(fù)動(dòng)、靜環(huán)的磨損，在適合環(huán)境溫度下，按照制定的研磨工藝和方法研磨動(dòng)、靜環(huán)，研磨好組裝機(jī)械密封部件后進(jìn)行保壓測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明動(dòng)、靜環(huán)摩擦副間沒有出現(xiàn)泄漏。研磨修復(fù)使得進(jìn)口研磨機(jī)動(dòng)、靜環(huán)得到充分的利用，減少企業(yè)對(duì)配件資金的投入，并且該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，效果好，對(duì)其它機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的修復(fù)有借鑒作用。

　　PM SUER ETX270 型進(jìn)口研磨機(jī)， 是目前染料化工業(yè)最先進(jìn)的研磨設(shè)備之一。特別是機(jī)械密封系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精密。在長(zhǎng)期三班制連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，該機(jī)械密封系統(tǒng)受彈簧壓力、介質(zhì)腐蝕、高溫摩擦諸因素的影響，易造成動(dòng)、靜環(huán)接觸面損傷，壓力彈簧銹蝕和密封圈老化，最終導(dǎo)致停機(jī)。

1、密封結(jié)構(gòu)原理

　　PM SUER ETX270 型研磨機(jī)機(jī)械密封結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示，該軸采用雙端面機(jī)械密封，右端為大氣端密封，左端為介質(zhì)端密封。其中軸套1 與研磨軸間隙配合并同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)， 靠骨架油封3 密封旋轉(zhuǎn)軸套1 和密封腔2。密封圈5 被大氣端靜環(huán)6 壓緊，密封大氣端靜環(huán)6 與密封腔2。防轉(zhuǎn)銷4 防止大氣端靜環(huán)6 與密封腔2發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。頂絲10 把大氣端彈簧座26 固定在軸套1 上， 其左端面孔中有12 個(gè)大氣端彈簧28 推壓大氣端環(huán)9，使大氣端動(dòng)環(huán)7 右端面和大氣端靜環(huán)6 左端面接觸，靠其兩端面接觸摩擦，轉(zhuǎn)動(dòng)密封。兩端面磨損后靠彈簧彈力可自動(dòng)補(bǔ)償。

　　在介質(zhì)端， 研磨室與軸套1 端面是采用O 形密封圈。介質(zhì)端動(dòng)環(huán)14 壓緊密封圈16。在軸套1 和防轉(zhuǎn)銷15 帶動(dòng)下，二者一起旋轉(zhuǎn)。介質(zhì)端靜環(huán)19 用防轉(zhuǎn)銷21與介質(zhì)端推環(huán)20 相連接。在彈簧座固定狀態(tài)下，靠介質(zhì)端彈簧27 推介質(zhì)端推環(huán)20， 使介質(zhì)端靜環(huán)19 左端面與介質(zhì)端動(dòng)環(huán)14 右端面接觸。其兩端面接觸轉(zhuǎn)動(dòng)，磨損后亦可靠彈簧彈力自動(dòng)補(bǔ)償。研磨主軸與軸套1用密封圈30 密封。

　　工作時(shí)，研磨主軸連同密封圈30 和軸套1 帶動(dòng)大氣端動(dòng)環(huán)組件及介質(zhì)端動(dòng)環(huán)14 一起旋轉(zhuǎn)。介質(zhì)端動(dòng)環(huán)14 端面與介質(zhì)端靜環(huán)19 端面接觸形摩擦副。大氣端靜環(huán)6 端面與動(dòng)環(huán)7 端面接觸形成摩擦副。氮?dú)夂屠鋮s介質(zhì)由下口A 進(jìn)入，經(jīng)密封腔起冷卻潤(rùn)滑作用，由上口B 排出，往復(fù)循環(huán)冷卻。

1-軸套2-密封圈3-骨架密封4-防轉(zhuǎn)銷5-大氣端環(huán)密封圈6-大氣端靜環(huán)7-大氣端動(dòng)環(huán)8-大氣端動(dòng)環(huán)密封圈9-大氣端推環(huán)10-頂絲11-緊固螺釘12-壓蓋密封圈13-密封腔壓蓋14-介質(zhì)端動(dòng)環(huán)15-防轉(zhuǎn)銷16-介質(zhì)端動(dòng)環(huán)密封圈17-介質(zhì)端靜環(huán)四氟圈18-介質(zhì)端靜環(huán)密封圈19-介質(zhì)端靜環(huán)20-介質(zhì)端推環(huán)21-防轉(zhuǎn)銷22-介質(zhì)端彈簧座23-螺釘套24-螺釘25-防轉(zhuǎn)銷26-大氣端彈簧座27-介質(zhì)端彈簧28-大氣端彈簧29-密封預(yù)壓縮螺栓30-密封圈

圖1 研磨機(jī)械機(jī)械密封結(jié)構(gòu)示意圖

2、泄漏原因分析

　　從圖1 中分析，造成機(jī)械泄漏的原因很多，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面;

　　(1)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，大氣端動(dòng)、靜環(huán)和介質(zhì)端動(dòng)、靜環(huán)接觸面，在彈簧推力作用下，以1500r/min 相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，生產(chǎn)大約60℃摩擦熱。再加上受研磨室介質(zhì)室70℃熱傳遞影響，雖然有循環(huán)介質(zhì)冷卻，但工作條件苛刻難以避免相互磨損。當(dāng)磨損程度過(guò)大時(shí)，密封性能逐漸降低，在研磨室壓力和氮?dú)鈮毫ψ饔孟鲁霈F(xiàn)泄漏導(dǎo)致停機(jī)。

　　(2)該機(jī)所研磨的化工染料具有很強(qiáng)的腐蝕性。介質(zhì)端動(dòng)環(huán)14 外表面長(zhǎng)期處在70℃的介質(zhì)和磨球旋轉(zhuǎn)摩擦中，被逐漸腐蝕，出現(xiàn)斑點(diǎn)和蜂窩狀氣孔。隨著氣飾慢慢的侵入，對(duì)介質(zhì)端動(dòng)環(huán)14、靜環(huán)19 和推環(huán)20 組件、大氣端動(dòng)環(huán)7 和推環(huán)9 組件及靜環(huán)6 產(chǎn)生不同程度腐蝕，出現(xiàn)裂紋和崩邊現(xiàn)象。介質(zhì)端壓力彈簧27 和大氣端壓力彈簧28 腐蝕后失效， 是介質(zhì)端靜環(huán)19 和大氣端動(dòng)環(huán)7 不能自動(dòng)調(diào)整軸向浮動(dòng)量。導(dǎo)致介質(zhì)或磨球進(jìn)入摩擦副，劃傷動(dòng)、靜環(huán)接觸面。

　　(3)密封圈在長(zhǎng)期密封工作中受溫度、壓力、摩擦和氣蝕等影響后加速老化，失去密封性能出現(xiàn)滲漏。

　　(4)操作人員不及時(shí)增補(bǔ)冷卻介質(zhì)，并經(jīng)氮?dú)獬鋲哼^(guò)高，導(dǎo)致機(jī)械密封和氮?dú)獬鋲菏覝囟壬仙�，�?duì)動(dòng)、靜環(huán)和密封圈產(chǎn)生壓力過(guò)大，腐蝕磨損加重。

　　(5)壓力彈簧壓縮量過(guò)大，導(dǎo)致摩擦副端面瞬間急劇磨損燒傷， 過(guò)度的壓縮使彈簧失去調(diào)節(jié)介質(zhì)端靜環(huán)19 和大氣端動(dòng)環(huán)7 的能力，致使密封失效。循環(huán)冷卻室內(nèi)有顆粒狀污物，將動(dòng)、靜環(huán)接觸面擦傷。介質(zhì)端動(dòng)環(huán)密封圈16 或大氣端靜環(huán)密封圈5 過(guò)松，當(dāng)介質(zhì)端靜環(huán)19 或大氣端動(dòng)環(huán)7 軸向浮動(dòng)時(shí)，介質(zhì)端動(dòng)環(huán)14 或大氣端靜環(huán)6 脫離動(dòng)環(huán)座或靜環(huán)座。介質(zhì)端靜環(huán)密封圈18或大氣端動(dòng)環(huán)密封圈8 過(guò)緊，造成移動(dòng)受阻，使彈簧無(wú)法調(diào)整軸向浮動(dòng)量等， 也是造成機(jī)械密封泄漏的主要原因。

　　對(duì)于這種精密復(fù)雜的密封系統(tǒng)， 在氮?dú)夂脱�環(huán)冷卻介質(zhì)同時(shí)泄漏時(shí)很容易被發(fā)現(xiàn)，但需仔細(xì)觀察。若只有氮?dú)庑孤┗蛑挥醒�環(huán)冷卻介質(zhì)泄漏， 在查找原因時(shí)相對(duì)有困難。要在修理時(shí)對(duì)泄漏癥狀進(jìn)行觀察、分析原因，加以排除。

3、動(dòng)、靜環(huán)的研磨修復(fù)

　　研磨是動(dòng)、靜環(huán)修復(fù)工藝過(guò)程中最主要的工序，尤其是超精研磨，它不同于常規(guī)研磨方法，對(duì)動(dòng)、靜環(huán)研磨質(zhì)量和研磨時(shí)的客觀條件要求十分嚴(yán)格， 是目前最精細(xì)的一種加工方法之一。

　　動(dòng)、靜環(huán)研磨必須在專門的工作室進(jìn)行，為保證研磨質(zhì)量，工作室應(yīng)具備以下條件：工作室地基堅(jiān)實(shí)、隔震，以免因震動(dòng)影響研磨精度;工作室清潔干凈，光照、通風(fēng)條件要好，室內(nèi)相對(duì)濕度應(yīng)限制在40%～60%范圍內(nèi)， 防止由于空氣中濕度過(guò)大而使動(dòng)、靜表面產(chǎn)生銹蝕;室內(nèi)溫度20℃±3℃，防止溫度變化影響研磨和動(dòng)、靜環(huán)的測(cè)量;室內(nèi)具備1 級(jí)精度刀口檢驗(yàn)真尺、平晶、干涉顯微鏡和立式光學(xué)比較儀等; 室內(nèi)具備3 塊嵌有研磨劑的鑄鐵研磨平板、研磨夾具和研磨劑。

　　研磨動(dòng)、靜環(huán)可采用一般平板，但使用前應(yīng)該經(jīng)過(guò)技術(shù)測(cè)量和校準(zhǔn)。校準(zhǔn)平板采用3 板互研，步驟同原始平板刮研，一般可采用濕研的方法研磨，先用W20 鉻剛玉研磨粉粗研，再用W10 以下的鉻剛玉研細(xì)研。兩塊平板互研時(shí)，兩平板每次移動(dòng)相對(duì)距離基本相等，平板推動(dòng)空間的距離不超過(guò)板面1/3，研磨軌跡為“8”字形，經(jīng)常將作為標(biāo)準(zhǔn)的平板轉(zhuǎn)過(guò)90°、180°， 以改變研磨接觸部位。

　　平板研磨后， 應(yīng)先用0 級(jí)精度的刀口尺以光隙法檢查平面度[5]，然后再用平面平晶以干涉法檢查。檢查次序：先縱向，后橫向，再對(duì)角線。每隔半個(gè)平晶直徑檢查一次。誤差不得超過(guò)0.5 條干涉帶， 表面粗糙度[4]Ra0.0025μm 以下。

　　平板的平面度和表面粗糙度校準(zhǔn)合格后， 需對(duì)其進(jìn)行壓砂，壓砂常用的混合液化學(xué)配方為：鉻剛玉研磨粉20g，硬脂酸0.5g，航空汽油200mL，煤油10mL�；旌弦号渲煤螅�需放置一周以上再用。壓砂過(guò)程如下：

　　(1)將平板用工業(yè)汽油洗干凈，再用航空汽油擦凈。

　　(2)將混合液搖勻，靜置片刻，用小滴管吸入后滴在平板上，使之均勻攤開成薄層。

　　(3)放上平板進(jìn)行研磨，直至平板間吸附力較大，壓砂劑呈烏黑油亮，粘滯狀態(tài)為至，向前推動(dòng)上平板時(shí)需要用手加壓， 同時(shí)將上平板不時(shí)地轉(zhuǎn)動(dòng)90°、180°以增加吸附力。

　　(4)兩塊平板壓砂后取下，用滴管灑上干凈的航空汽油，用脫脂棉擦凈殘留層，然后將其中一塊與末壓砂的平板再進(jìn)行壓砂。

4、研磨工序及方法

　　動(dòng)、靜環(huán)的研磨加工一般分4 道工序進(jìn)行。為防止其在研磨過(guò)程中因研磨量過(guò)大造成發(fā)熱， 并便于控制兩環(huán)的研磨精度， 每次研磨后所留的研磨工序余量應(yīng)保持在10μm，7～9μm，3～5μm。研磨方法有干研和濕研兩種。所謂干研時(shí)用汽油將平板擦凈后，直接在壓砂平板上研磨，優(yōu)點(diǎn)是環(huán)的研磨面易平且耐磨， 缺點(diǎn)是研磨表面的色澤光亮度易變?yōu)楹谏�，且易燒�?濕研是在平板上涂敷混合研磨劑后進(jìn)行研磨，其優(yōu)點(diǎn)是研磨效率高，研后環(huán)面光亮如鏡，缺點(diǎn)是若研磨劑過(guò)厚，研磨環(huán)易出現(xiàn)中凸。動(dòng)、靜環(huán)研磨有手工研磨和機(jī)械研磨兩種方法。在單件或小批量動(dòng)、靜環(huán)的修復(fù)時(shí)，通常采用手工研磨。動(dòng)、靜環(huán)研磨裝夾示意圖如圖2 所示，研磨時(shí)，可將動(dòng)、靜環(huán)3 裝在夾具1 中， 兩環(huán)的被研磨面要比夾具平面高出0.5～1mm。研磨時(shí)，雙手對(duì)稱捏牢夾具，對(duì)夾具施以均勻微量的工作壓力，以螺旋或仿“8”字軌跡方式研磨。每次研磨十余次，再將研磨的動(dòng)、靜環(huán)調(diào)轉(zhuǎn)90°繼續(xù)研磨。

　　各次研磨，應(yīng)達(dá)到以下要求：第一次研磨，主要消除磨痕及劃傷、燒傷痕跡，使其表面平整，表面粗糙度達(dá)Ra0.005μm，兩面平行度誤差不超過(guò)0.5μm。

圖2 動(dòng)、靜環(huán)研磨裝夾示意圖

　　第二次研磨，動(dòng)、靜環(huán)的表面粗糙應(yīng)達(dá)到Ra0.005μm，其兩面平行度誤差不超過(guò)0.3～0.2μm。

　　第三次研磨，動(dòng)、靜環(huán)的表面粗造度應(yīng)達(dá)Ra0.025～0.006μm，其平行度誤差不超過(guò)0.1～0.005μm超精研磨一般采用干研。動(dòng)、靜環(huán)經(jīng)過(guò)超精研磨，表面粗糙度可達(dá)Ra0.012～0.006μm，動(dòng)、靜環(huán)的平行度應(yīng)小于0.005μm。

　　用手工研磨修復(fù)動(dòng)、靜環(huán)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

　　(1)研磨時(shí)動(dòng)、靜環(huán)應(yīng)在整個(gè)平板表面運(yùn)動(dòng)，使平板各部磨損均勻，以保證研磨平板工作面的準(zhǔn)確性。

　　(2)動(dòng)、靜環(huán)在平板上每次研磨20 次，要用汽油將平板擦凈。再加上2～3 滴混合研磨劑，否則平板上積下切屑和贓物會(huì)劃傷研磨面。

　　(3)超精研磨前，先用天然油石打磨平板，將嵌入平板面上的剛玉尖峰部分打平，以保證動(dòng)、靜環(huán)的表面粗糙度。

5、動(dòng)、靜環(huán)的組裝

　　將動(dòng)、靜環(huán)修復(fù)后，對(duì)機(jī)械密封進(jìn)行組裝時(shí)按下述要求進(jìn)行：

　　組裝室潔凈，保證組裝環(huán)境。對(duì)所有配件檢查無(wú)誤后，進(jìn)行清洗，特別是循環(huán)冷卻室，一定要清洗干凈，不得有顆粒狀污物。大氣端動(dòng)、靜環(huán)和介質(zhì)端動(dòng)、靜環(huán)清洗擦干后，再用丙酮擦拭一遍，確保接觸面潔凈[6]。嚴(yán)格按照順序進(jìn)行組裝，保證各零部件裝配正確，圖1 中介質(zhì)端靜環(huán)密封圈18 和大氣端動(dòng)環(huán)密封圈8松緊適度，使彈簧能自動(dòng)調(diào)整其軸向浮動(dòng)量。動(dòng)、靜環(huán)接觸表面要涂上一層潤(rùn)滑脂， 防止開車時(shí)因彈簧壓縮過(guò)大，致使摩擦副因瞬間干摩擦而燒傷。安裝密封腔壓蓋13 時(shí)，由于壓力彈簧作用，必須借用專用壓蓋器，對(duì)準(zhǔn)6 個(gè)M10 螺紋孔11，慢慢地將壓蓋壓下，注意勿將壓蓋密封圈12 擠碎。擰緊壓蓋螺絲時(shí)用力要均勻，將壓蓋壓緊，以防因彈簧壓力不均勻造成動(dòng)、靜環(huán)密封性能降低，之后，用3 個(gè)M6 密封預(yù)壓縮螺栓29 鎖住軸套1。組裝完成后， 用黃油把緊固螺釘11 頂部涂死，以防止螺絲被腐蝕造成下次維修拆卸困難。

6、保壓測(cè)試

　　在組裝工作完成后， 要對(duì)機(jī)械密封進(jìn)行靜態(tài)和運(yùn)轉(zhuǎn)保壓測(cè)試。

　　靜態(tài)保壓測(cè)試： 把機(jī)械密封安裝到研磨機(jī)主軸上固定， 裝上研磨分散盤后， 擰下3 個(gè)密封預(yù)壓縮螺栓29。連接好氮?dú)鉀_壓室進(jìn)入機(jī)械密封口A 和出口B。向氮?dú)鉀_壓室內(nèi)加入冷卻介質(zhì)到標(biāo)志線位置， 手動(dòng)盤車排出密封室內(nèi)空氣。利用氮?dú)馄肯虻獨(dú)獬鋲菏覂?nèi)充壓到0.6MPa 時(shí)，關(guān)掉充氮閥門進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試。注意不要一次充壓過(guò)高，否則會(huì)對(duì)動(dòng)、靜環(huán)接觸面和密封圈造成一定的傷害而縮短使用壽命。

　　利用肥皂液進(jìn)行密封性試驗(yàn)[8]：對(duì)氮?dú)鉀_壓室和機(jī)械密封各連接點(diǎn)的管件、接頭和閥門等進(jìn)行涂肥皂液檢查。若有氣泡出現(xiàn)，說(shuō)明此處泄漏，需對(duì)其進(jìn)行檢修。每隔20min 巡查并記錄壓力變化情況， 如壓力快速下降，說(shuō)明機(jī)械密封內(nèi)部密封圈或動(dòng)、靜環(huán)接觸面組裝有問(wèn)題，需對(duì)其進(jìn)行分解查找原因，待故障排除，再重新安裝測(cè)試。當(dāng)靜壓保壓測(cè)試1h 后，壓力保持不變，則組裝研磨機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試。

　　運(yùn)轉(zhuǎn)保壓測(cè)試： 開車時(shí)觀察氮?dú)鈮毫Ρ砗脱�環(huán)冷卻介質(zhì)的變化情況。如冷卻介質(zhì)微量泄漏，多為密封圈和動(dòng)、靜環(huán)存在問(wèn)題。當(dāng)冷卻介質(zhì)每天泄漏量超過(guò)0.5L時(shí)，則表明動(dòng)、靜環(huán)摩擦副存在泄漏，需要對(duì)進(jìn)行檢修。如果氮?dú)鈮毫�和循環(huán)冷卻介質(zhì)無(wú)變化， 則證明維修組裝合格。

7、結(jié)束語(yǔ)

　　通過(guò)對(duì)雙端面機(jī)械密封動(dòng)、靜環(huán)的研磨修復(fù)解決了機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的泄漏，使進(jìn)口研磨機(jī)動(dòng)、靜環(huán)能夠充分得到有效利用，對(duì)減輕企業(yè)的配件資金投入，提高進(jìn)口設(shè)備的利用率起到了很大的作用。該方法簡(jiǎn)單可行，快速實(shí)用，效果良好，對(duì)其他機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的修復(fù)，也可借鑒。