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啤嶺機(jī)電設(shè)備（上海）有限公司
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水霧環(huán)境中軸承的密封

2013-09-04

李飛　強(qiáng)冬華
（南京調(diào)速電機(jī)股份有限公司，江蘇南京　211103）
　　摘　要：電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中由于發(fā)熱而需要通水冷卻，介紹了水冷電動(dòng)機(jī)軸承密封的結(jié)構(gòu)、作用、密封件的選擇以及安裝要點(diǎn)。
　　關(guān)鍵詞：水冷電動(dòng)機(jī)；水霧環(huán)境；軸承密封
　　0　引言
　　南京調(diào)速電機(jī)股份有限公司是生產(chǎn)電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)的專業(yè)廠家，近幾年，隨著產(chǎn)品使用范圍的擴(kuò)大，常規(guī)的風(fēng)冷產(chǎn)品已經(jīng)不能適應(yīng)一些特殊工況的需要，為此開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了以下幾種水冷型電動(dòng)機(jī)及其派生產(chǎn)品：1）隔爆電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)（該產(chǎn)品在低速運(yùn)行時(shí)雖能達(dá)到恒轉(zhuǎn)矩輸出，但功率損耗較大）；2）電渦流測(cè)功機(jī)（該產(chǎn)品用于旋轉(zhuǎn)設(shè)備出廠或型式試驗(yàn)中的模擬負(fù)載，即旋轉(zhuǎn)設(shè)備輸出功率全部被電渦流測(cè)功機(jī)吸收）；3）高轉(zhuǎn)差異步電動(dòng)機(jī)（該產(chǎn)品轉(zhuǎn)差率高，運(yùn)行中發(fā)熱嚴(yán)重）。
　　這三種產(chǎn)品特點(diǎn)都需要水冷卻，水冷卻解決了電動(dòng)機(jī)發(fā)熱問(wèn)題，但同時(shí)水霧、濕氣隨時(shí)可浸入軸承腔。因此在整機(jī)的設(shè)計(jì)與加工過(guò)程中針對(duì)水霧噴灑及流淌在軸承腔零件上的分布狀況，根據(jù)接觸式密封和非接觸式密封的作用，設(shè)計(jì)了一套組合密封。其結(jié)構(gòu)如圖1所示，這套組合密封中的三種密封措施，有效的保證了軸承在良好的潤(rùn)滑狀態(tài)下工作，使軸承達(dá)到了預(yù)期的工作壽命。產(chǎn)品經(jīng)用戶使用后反應(yīng)良好。
　　1　三種密封的結(jié)構(gòu)與作用
　　a）“O”形橡膠密封圈密封5：在正常工作狀態(tài)下，機(jī)殼內(nèi)溫度通常能達(dá)到60℃以上。通水后機(jī)腔內(nèi)部充滿水與潮濕的蒸氣霧，由結(jié)構(gòu)分析可見(jiàn)機(jī)腔內(nèi)少量余水會(huì)順著軸承內(nèi)蓋6與端蓋4的配合面進(jìn)入軸承3。考慮到零件的工作溫度及腔體內(nèi)壓力情況，且是靜密封，因此在軸承內(nèi)蓋與端蓋的配合面決定采用接觸式密封中常見(jiàn)的“O”形橡膠密封圈密封。選定“O”形橡膠密封圈的材料為氯丁橡膠。按標(biāo)準(zhǔn)加工另件溝槽的尺寸，有效地保證了軸承內(nèi)蓋與端蓋配合面間隙的密封，經(jīng)檢驗(yàn)防余水滲透的效果很好。
　　b）迷宮密封：在機(jī)腔內(nèi)通水時(shí)，將有部分流水會(huì)沿著軸承內(nèi)蓋與旋轉(zhuǎn)主軸的間隙進(jìn)入軸承腔，直接威脅著軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)采用了非接觸式密封中的迷宮密封。利用機(jī)械迷宮密封是為了將流水流經(jīng)一系列間隙與膨脹空腔組成的通道后產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)，達(dá)到隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的封水環(huán)產(chǎn)生的離心力能夠?qū)⒋蟛糠钟嗨貜较蛩Τ龅哪康摹］S承內(nèi)蓋的端部開(kāi)有與封水環(huán)配合的溝槽，軸承內(nèi)蓋的端部溝槽與旋轉(zhuǎn)封水環(huán)的配合快速地阻止了沿著旋轉(zhuǎn)主軸的間隙進(jìn)入軸承腔的流水，同時(shí)在軸承內(nèi)蓋下方開(kāi)孔，將極少部分進(jìn)入膨脹空腔的余水及時(shí)的排出。這種密封特點(diǎn)非常適合旋轉(zhuǎn)件，特別是高速旋轉(zhuǎn)時(shí)效果更佳。但在機(jī)械加工過(guò)程中要注意的是軸承內(nèi)蓋的密封齒與封水環(huán)圓周面的配合間隙，過(guò)大容易導(dǎo)致泄漏，起不到密封效果，過(guò)小則會(huì)引起相擦。通常直徑大時(shí)線速度大，間隙可取大一些，否則取小一些。
　　c）皮碗密封：迷宮密封雖然能夠?qū)C(jī)腔內(nèi)余水密封，但并不適合對(duì)電動(dòng)機(jī)腔體中的水受熱產(chǎn)生的水蒸氣及停機(jī)后產(chǎn)生的潮濕氣體的密封。潮濕氣體膨脹也有一定壓力，它會(huì)沿著軸承內(nèi)蓋與主軸間隙進(jìn)入軸承腔，特別是在低轉(zhuǎn)速或停機(jī)情況下如果再采用迷宮密封潮濕氣體，則密封的可靠性就大為降低了。為此采用了接觸式密封中屬皮碗密封的骨架式油封7。在選型時(shí)特別強(qiáng)調(diào)了油封材料的幾點(diǎn)性能：1）磨損性；2）抗熱性；3）密水性；4）抗變形性。綜合以上幾點(diǎn)選用了氟素橡膠為材料的骨架油封。裝配時(shí)它的外圈安裝在軸承內(nèi)蓋上，內(nèi)圈彈簧圈緊固在軸上，使密封唇成銳角狀，密封唇背向軸承，防止了旋轉(zhuǎn)或停機(jī)時(shí)潮濕蒸氣、水霧對(duì)軸承腔的浸濕。但骨架油封是屬于接觸式密封，當(dāng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)由于摩擦發(fā)熱會(huì)影響它的密封性能。因此對(duì)軸的配合面在機(jī)械加工時(shí)粗糙度要求較高，另外裝配工藝比較復(fù)雜，安裝時(shí)油封唇不得損壞，彈簧位置必須正確，在油封的雙唇之間填充高品質(zhì)的油脂，用專用的工裝將油封壓入油封室內(nèi)。在軸端部和腔體、內(nèi)孔口應(yīng)加工出符合規(guī)定的導(dǎo)入倒角，以提高裝配品質(zhì)。產(chǎn)品經(jīng)過(guò)這種方式的密封基本上解決了潮濕氣體、水霧對(duì)軸承腔體的影響。
　　2　結(jié)語(yǔ)
　　組合式密封為水冷型電動(dòng)機(jī)的軸承密封找到了一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的解決辦法。該公司采用這種方法在先后批量生產(chǎn)的水冷型隔爆電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)、電渦流測(cè)功機(jī)、高轉(zhuǎn)差異步電動(dòng)機(jī)（額定轉(zhuǎn)速范圍100-3000r/min、額定功率1.5-1250kW）上得到應(yīng)用。這些年經(jīng)過(guò)用戶的使用，取得了滿意的效果。
來(lái)源：《機(jī)械制造與研究》收稿日期：2009-02-09