閥門是管道系統(tǒng)中的重要組成部分，閥門的維護(hù)是生產(chǎn)運(yùn)行中的主要工作之一。川氣東送管線上蘭州高壓閥齒輪箱在投用時(shí)存在積液銹蝕現(xiàn)象，增加了維護(hù)保養(yǎng)難度和安全風(fēng)險(xiǎn)。文中從齒輪箱結(jié)構(gòu)入手，通過分析典型蘭高閥齒輪箱密封點(diǎn)，探討齒輪箱積液的原因，運(yùn)用接觸式密封技術(shù)，在結(jié)構(gòu)空間中選用合理的密封元件組合強(qiáng)化齒輪箱密封，徹底改變齒輪箱的密閉條件，實(shí)現(xiàn)水汽的隔離，保證齒輪箱的干燥運(yùn)行條件。

引言

　　閥門是川氣東送管道系統(tǒng)中的重要組成部分，其中球閥應(yīng)用廣泛。球閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟閉迅速，流體阻力小，可靠性高。但是，閥門密封損傷泄漏的情況也時(shí)有發(fā)生，這不僅會(huì)對(duì)企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)還可能嚴(yán)重影響管道的安全運(yùn)行。一般而言，閥門密封是指閥門各密封部位阻止介質(zhì)泄漏的能力，閥門的主要密封部位有：?jiǎn)㈤]件與閥座間的吻合面、填料與閥桿和填料函的配合處、閥體與閥蓋的連接處。第一處的泄漏叫內(nèi)漏，它直接影響閥門截?cái)嘟橘|(zhì)的能力和設(shè)備的正常運(yùn)行。后兩處的泄漏叫外漏，即介質(zhì)從閥內(nèi)泄漏到閥外，對(duì)于高壓、易燃易爆的天然氣介質(zhì)，它直接影響安全生產(chǎn)，造成天然氣泄漏損失和企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境污染，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成生產(chǎn)事故。因此，天然氣閥門的外漏是不允許的，國(guó)內(nèi)外已普遍重視閥門密封性能，但對(duì)閥門齒輪箱的密封有所忽視。文中在介紹天然氣管道球閥基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，著重分析川氣東送管道上使用的蘭州高壓閥齒輪箱進(jìn)水的密封缺陷，并對(duì)此進(jìn)行了探討和分析。

1、管道球閥的基本組成

　　天然氣管道用球閥主要由閥體、閥座、球體、閥桿及傳動(dòng)裝置組成。球閥的主要功能是接通和切斷管道中的流體，球閥是通過傳動(dòng)裝置讓球體旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)開、關(guān)功能的。

2、齒輪箱積液?jiǎn)栴}及解決方法

2.1、齒輪箱積液?jiǎn)栴}

　　齒輪箱積液是閥門齒輪箱的密封不良導(dǎo)致。雨季水汽進(jìn)入尤為嚴(yán)重，會(huì)使齒輪箱中油品失效，腐蝕傳動(dòng)齒輪組合及軸承組合，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)卡死而無法操作，冬季積水冰凍可直接致使無法傳動(dòng)，因此需進(jìn)行結(jié)構(gòu)密封設(shè)計(jì)或采取相關(guān)維護(hù)措施。

　　川氣東送管線上常用的蘭州高壓球閥DN300×250(圖1)主要密封點(diǎn)有(自左向右)：閥位指示片與齒輪軸端結(jié)合面;齒輪箱蓋與齒輪軸結(jié)合面;齒輪箱蓋上的螺釘孔;齒輪箱蓋與齒輪箱結(jié)合面。以上密封點(diǎn)都只是直接接觸密封而未采取任何防塵防水密封措施。

圖1 蘭高閥齒輪箱

2.2、密封的概念

　　密封的作用就是將接合面間的間隙封住，隔離或切斷泄漏通道，增加泄漏通道中的阻力，或者在通道中加設(shè)小型作功元件，對(duì)泄漏物施加壓力，與引起泄漏的壓差部分抵消或完全平衡，以阻止泄漏。

　　按密封件與其作用相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件是否接觸，可以分為接觸式密封和非接觸式密封。接觸式密封的密封性好，但受摩擦磨損限制，適用于密封面線速度較低的場(chǎng)合。非接觸式密封的密封性較差，適用于較高速度的場(chǎng)合。

　　對(duì)密封的基本要求是密封性好，安全可靠，壽命長(zhǎng)，并應(yīng)力求結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，制造維修方便，成本低廉。大多數(shù)密封件是易損件，應(yīng)保證互換性，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。

2.3、齒輪箱密封強(qiáng)化

　　基于閥門驅(qū)動(dòng)齒輪箱密封點(diǎn)的特征，一般采用接觸式密封中的膠密封和液壓橡膠密封件密封。圖2為密封件裝配圖。

圖2 密封件裝配圖

　　對(duì)于蘭州高壓球閥DN300×250，設(shè)計(jì)加裝以下配件：1個(gè)Φ340×290×2的橡膠墊片(圖2中2)、1個(gè)Φ128×65×2的橡膠墊片(圖2中7)、8個(gè)Φ16×12×1的橡膠墊片(圖2中4)、1個(gè)Φ136×8的O型圈及1個(gè)Φ144×128×4的“三角形”樹脂擋圈;再輔以膠密封或黃油。

　　采用橡膠或密封襯墊密封時(shí)，箱體內(nèi)壓p與密封面壓σ(一般由螺栓預(yù)緊力提供)的關(guān)系是：p≤σ.但密封面壓必須連續(xù)分布在密封部分，即形成密封帶。密封帶的形成主要取決于以下3個(gè)因素：耦合面的剛性、螺栓的分布以及螺栓預(yù)緊力和預(yù)緊順序。驅(qū)動(dòng)齒輪箱常常受到質(zhì)量的限制，箱體的整體剛性較小，為保證密封帶的形成，一般采用加大密封面的局部剛度和增加螺栓數(shù)量的措施;密封面上的螺栓和定位銷孔口應(yīng)倒角，以免在孔口出現(xiàn)高應(yīng)力區(qū)。在預(yù)緊螺栓時(shí)，要盡量將誤差消除在2個(gè)螺栓之間，以免出現(xiàn)誤差積累效應(yīng)，使密封面壓嚴(yán)重不均而產(chǎn)生泄漏，即裝配時(shí)除合箱螺栓應(yīng)首先預(yù)緊靠近軸承座的螺栓外，其余螺栓均應(yīng)按對(duì)稱預(yù)緊的原則進(jìn)行預(yù)緊。

2.4、密封件的性能與維護(hù)

　　橡膠密封件是機(jī)械產(chǎn)品的基礎(chǔ)元件，利用密封件可防止液體泄漏，防止空氣和污染物進(jìn)入系統(tǒng)和元件內(nèi)部造成液污染，以提高產(chǎn)品效率與性能。

　　橡膠密封件的使用必須滿足以下性能：

　　(1)泄漏量極小，密封作用良好。

　　(2)良好的相容性，要求液壓密封件對(duì)環(huán)境介質(zhì)(水、空氣)具有良好的相容性，不會(huì)因長(zhǎng)期接觸介質(zhì)而溶脹、溶解或脆化變硬等，使之喪失密封作用。

　　(3)摩擦阻力小，要求液壓密封件具有較低的靜摩擦阻力和動(dòng)摩擦阻力，并且其摩擦系數(shù)應(yīng)非常穩(wěn)定，避免產(chǎn)生或減少低壓爬行等不良現(xiàn)象。

　　(4)使用壽命長(zhǎng)，液壓密封件應(yīng)具有良好的彈性、耐熱性、耐寒性、耐壓性、耐磨性及一定的物理機(jī)械強(qiáng)度等。

　　(5)價(jià)格低廉。液壓密封件應(yīng)易于制造和安裝，其相應(yīng)的密封槽又易于加工制造，對(duì)密封表面的加工精度等要求又較低，并且價(jià)格低廉。

　　密封件最常用的耐油橡膠是丁腈橡膠，丁腈橡膠由丁二烯和丙烯腈共聚制得。它具有良好的耐油性、耐熱性、耐寒性、耐壓性和耐水性，氣密性及優(yōu)良的粘結(jié)性能，并具有適宜的耐磨性，通常的使用溫度大致為-40～+120℃，可在120℃的空氣中或在150℃的油中長(zhǎng)期使用。

　　丁腈橡膠質(zhì)O型密封圈是常用的自封式壓緊型液壓密封件，安裝在密封槽內(nèi)通常產(chǎn)生10%～25%的徑向彈性壓縮變形，并對(duì)密封表面產(chǎn)生較高的初始接觸應(yīng)力，它將迫使唇型密封圈的唇部緊貼密封表面，產(chǎn)生足夠大的表面接觸應(yīng)力，從而雙向阻止液體的泄漏，并且摩擦阻力較小，工作平穩(wěn)，又易于裝配和維修等。

　　樹脂擋圈可以實(shí)現(xiàn)以下功能：在閥位指示轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)定位O型橡膠圈，避免其在摩擦力作用下卷動(dòng)、歪斜、變形;平衡接觸壓力，避免密封件切邊現(xiàn)象，強(qiáng)化密封效果;表面糙時(shí)應(yīng)當(dāng)涂覆密封膠;降低動(dòng)摩擦力，避免出現(xiàn)低壓爬行等不良現(xiàn)象;兼有輔助密封功能。

　　液壓橡膠密封件的密封效果，除了與密封裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、密封材料的性能及密封件的制造質(zhì)量有關(guān)外，還與密封件的裝配方法及裝配合理性有關(guān)。采用正確的裝配方法裝配液壓設(shè)備，密封件不易受損，彈性好，使用壽命長(zhǎng)，有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量和密封性能。

　　在維護(hù)過程中，應(yīng)防止密封件損壞，如硬化(老化)、磨損、擠出、腐蝕。當(dāng)硬度過高時(shí)，密封件不能填充與配合零件之間的間隙，就會(huì)產(chǎn)生泄漏。密封件的磨損涉及配合零件的表面光潔度、運(yùn)動(dòng)速度和傳動(dòng)媒體等，不同的密封材料適應(yīng)不同的運(yùn)動(dòng)速度。當(dāng)密封件承受過大壓力時(shí)，會(huì)被擠到金屬間隙，損壞密封件而產(chǎn)生泄漏，這種情況涉及密封件本身的硬度及金屬間隙是否過大，如果在設(shè)計(jì)、選型、加工或安裝上處理不當(dāng)，都會(huì)出現(xiàn)擠出損壞。腐蝕表現(xiàn)出來的情況是密封件軟化甚至溶解，原因是有害介質(zhì)接觸，媒體含水或溶劑時(shí)都要特別注意。

3、結(jié)束語

　　為提高蘭高閥門的可靠度，延長(zhǎng)閥門使用壽命，做好投產(chǎn)期的維護(hù)是非常重要的。目前，對(duì)于已投產(chǎn)的蘭高閥門，做好齒輪箱的密封，保證密封點(diǎn)不滲漏，是解決齒輪箱進(jìn)水銹蝕的最佳途徑。為此建議：按上述方法為齒輪箱購置對(duì)應(yīng)型號(hào)的密封件;提高閥門齒輪箱安裝精度;采用固定扭力扳手對(duì)角安裝螺栓，保證建立完整密封面;進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)管理，制定周期性維護(hù)計(jì)劃并嚴(yán)格實(shí)施。