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水冷滾筒密封結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)與測(cè)試

文檔作者：左時(shí)倫１冷再寒２紀(jì)成香２文檔來(lái)源：１重慶科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院２重慶安全生產(chǎn)科學(xué)研究有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月12日
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２０１６ 年３ 月
第４１ 卷第３ 期
潤(rùn)滑與密封
ＬＵＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｍａｒ?? ２０１６
Ｖｏｌ?? ４１ Ｎｏ?? ３
ＤＯＩ： １０?? ３９６９／ ｊ?? ｉｓｓｎ?? ０２５４－０１５０?? ２０１６?? ０３?? ０２６
?基金項(xiàng)目： 國(guó)家教育部長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目
（ＩＲＴ０７６３）．
收稿日期： ２０１５－０４－２０
作者簡(jiǎn)介： 左時(shí)倫（１９７４—）， 男， 博士研究生， 副教授， 研究
方向?yàn)闄C(jī)械傳動(dòng)及關(guān)鍵零部件． Ｅ?ｍａｉｌ： ｚｕｏｓｈｉｌｕｎ＠ １２６?? ｃｏｍ．
水冷滾筒密封結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)與測(cè)試?
左時(shí)倫１　冷再寒２　紀(jì)成香２
（１?? 重慶科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院　重慶４０１３３１； ２?? 重慶安全生產(chǎn)科學(xué)研究有限公司　重慶４０１３３１）
????????????????
摘要： 針對(duì)水冷滾筒工作時(shí)需要經(jīng)受高溫差下進(jìn)行冷熱交互， 高轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜密封， 高壓力下確保無(wú)泄漏等特
殊工況， 分析水冷滾筒密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求， 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和密封件選擇上采取可靠性更高的設(shè)計(jì)方案。針對(duì)該特殊工
況下的動(dòng)密封問(wèn)題， 采取不同材質(zhì)的２ 種Ｕ 形密封圈配對(duì)使用方案， 從而兼顧了旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)的抗壓能力和抗磨損能
力。測(cè)試結(jié)果表明， 針對(duì)水冷滾筒特殊工況下的密封結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)是可行的， 同時(shí)也為同類工程密封問(wèn)題的解決提供
了一種新思路。
關(guān)鍵詞： 密封結(jié)構(gòu)； 安全設(shè)計(jì)； 水冷滾筒； 旋轉(zhuǎn)密封
中圖分類號(hào)： ＴＨ１３６　文獻(xiàn)標(biāo)志碼： Ａ　文章編號(hào)： ０２５４－０１５０ （２０１６） ０３－１３８－０４ ??????????????
Ｓａｆｅｔｙ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｎ Ｓｅａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｗａｔｅｒ?ｃｏｏｌｅｄ Ｃｙｌｉｎｄｅｒ
ＺＵＯ Ｓｈｉｌｕｎ１?。蹋牛危?Ｚａｉｈａｎ２?。剩?Ｃｈｅｎｇｘｉａｎｇ２
（１?? Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０１３３１，Ｃｈｉｎａ；
２?? Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｓａｆｅｔｙ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０１３３１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ?ｃｏｏｌｅｄ ｃｙｌｉｎｄｅｒ，ｓｕｃｈ ａｓ，ｃａｒｒｙｉｎｇ ｏｕｔ ｃｏｌｄ ａｎｄ ｈｏｔ ｉｎｔｅｒ?
ａｃｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ａｎｄ ｓｔａｔｉｃ ｓｅａｌｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ，ｅｎｓｕｒｉｎｇ ｎｏ ｌｅａｋａｇｅ
ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ａｎｄ ｅｔｃ．，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｅａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ?ｃｏｏｌｅｄ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ
ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｗａｓ ｔａｋｅｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈｏｉｃｅ ｏｆ ｓｅａｌｓ．Ａｉｍｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｅａｌ
ｉｎ ｓｐｅｃｉａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗｅｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｆｏｒ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ Ｕ ｓｅａｌ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｕｓｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ，ｔｈｅｒｅｂｙ
ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｅａｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｒｏｔａｒｙ ｓｅａｌｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．Ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ
ｓａｆｅｔｙ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅａｌｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ?ｃｏｏｌｅｄ ｃｙｌｉｎｄｅｒ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｎｅｗ
ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｉｓ ｓｉｍｉｌａｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｓｅａｌｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅａｌｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； ｓａｆｅｔｙ ｄｅｓｉｇｎ； ｗａｔｅｒ?ｃｏｏｌｅｄ ｃｙｌｉｎｄｅｒ；ｒｏｔａｒｙ ｓｅａｌｉｎｇ
　水冷滾筒是電鉛陰極鑄造卷片機(jī)組的核心部
件［１］ 。在水冷滾筒工作時(shí)， 滾筒殼體需部分浸入
（深度ｈ≥１５ ｍｍ） 溫度高達(dá)３５０ ℃的鉛液中， 而滾筒
內(nèi)部不斷進(jìn)行水冷卻。此外， 水冷滾筒還必須以較高
速度旋轉(zhuǎn)（額定工作轉(zhuǎn)速為１ １００ ｒ／ ｍｉｎ）， 使得液態(tài)
鉛不斷粘附在其表面， 然后冷卻、剝離、整形， 直至
卷繞。水冷滾筒密封結(jié)構(gòu)工作在冷熱交互、壓力承載
工況下， 其密封既有靜密封， 又有動(dòng)密封， 且在工作
過(guò)程中， 絕不允許滾筒內(nèi)的冷卻水泄漏出來(lái)流入液態(tài)
鉛中， 以免造成重大安全事故。可見(jiàn)， 水冷滾筒的工
況比較特殊。因此， 開(kāi)展水冷滾筒密封結(jié)構(gòu)的安全設(shè)
計(jì)是保證其可靠地工作的關(guān)鍵。
安全設(shè)計(jì)， 尤其是機(jī)械結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)是近１０ 余
年來(lái)國(guó)際上提出來(lái)的比較新的設(shè)計(jì)理論， 國(guó)內(nèi)研究起
步較晚［２］ 。有關(guān)安全設(shè)計(jì)方面的實(shí)用性文獻(xiàn)還很少
見(jiàn)， 目前多采用可靠性設(shè)計(jì)與試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方
法［３－６］ 。安全設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是進(jìn)行危險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)
價(jià)， 因此， 本文作者首先就水冷滾筒的特殊工況進(jìn)行
分析， 然后得出密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求， 再進(jìn)行動(dòng)、靜
密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 最后對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試。
１　水冷滾筒密封結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)要求
１?? １　特殊工況分析
陰極鑄造卷片機(jī)組的主要功能是將液態(tài)鉛液轉(zhuǎn)換
為固態(tài)鉛片， 其工作原理如圖１ 所示。其主要的制造
工藝流程可分為熔鉛、泵鉛、黏附、冷卻、剝離、整
形、卷繞、復(fù)位、停機(jī)等幾個(gè)步聚， 詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)
［７］。
圖１　陰極鑄造卷片機(jī)組工作原理圖
Ｆｉｇ １?。祝铮颍耄椋睿?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｃａｔｈｏｄｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｗｉｎｄｉｎｇ ｕｎｉｔ
在水冷滾筒工作過(guò)程中， 冷卻水經(jīng)進(jìn)水管沿滾筒
轉(zhuǎn)軸兩端的軸向流入， 然后通過(guò)滾筒轉(zhuǎn)軸上的噴射孔
進(jìn)入滾筒內(nèi)腔， 受熱升溫后再?gòu)臐L筒轉(zhuǎn)軸上的回流孔
進(jìn)入流出環(huán)道， 最后由滾筒兩端的２ 個(gè)徑向孔流出，
進(jìn)入排水管。圖２ 示出了陰極鑄造卷片機(jī)組的冷卻水
回路圖。
圖２　冷卻水回路圖
Ｆｉｇ ２?。茫铮铮欤椋睿?ｗａｔｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｉａｇｒａｍ
根據(jù)陰極鑄造卷片機(jī)組的工作原理可以看出， 水
冷滾筒的工作環(huán)境十分特殊， 其特殊性主要表現(xiàn)在以
下幾個(gè)方面： （１） 水冷滾筒工作狀態(tài)與非工作狀態(tài)
之間的溫差高達(dá)３００ ℃以上， 各部件需要承受熱脹冷
縮、冷熱交互作用， 其中包括焊接件、密封件等；
（２） 水冷滾筒在工作時(shí)還必須以較高速度旋轉(zhuǎn)， 密
封問(wèn)題就不僅僅是靜密封， 還涉及到動(dòng)密封問(wèn)題；
（３） 水冷滾筒在工作時(shí)， 還必須防止冷、熱水混合，
影響冷卻效果， 即需要實(shí)現(xiàn)冷、熱水隔離； （４） 為
了保證冷卻效果， 實(shí)現(xiàn)滾筒內(nèi)部流場(chǎng)均勻， 冷卻水還
必須保持較高的壓力（０?? ４５ ＭＰａ）， 亦即密封件等還
需要承受一定壓力； （５） 最為關(guān)鍵的一點(diǎn)是， 在工
作過(guò)程中， 水冷滾筒內(nèi)的冷卻水不可泄漏至滾筒體
外， 尤其不能泄漏至盛有液態(tài)鉛的傾轉(zhuǎn)槽中， 否則會(huì)
釀成重大安全事故。
１?? ２　密封結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)要求
從上述分析可知： 水冷滾筒密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需滿足
“冷熱交互、壓力承載、動(dòng)密封、無(wú)泄漏” 等較為苛
刻的設(shè)計(jì)要求。具體來(lái)分析， 在水冷滾筒內(nèi)部的以下
幾個(gè)部位需要實(shí)現(xiàn)以上設(shè)計(jì)要求： （１） 在位置Ａ 和
Ｂ 處要采用動(dòng)密封， Ａ 和Ｂ 中間安裝了支撐滾筒旋轉(zhuǎn)
所需的軸承， 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)防止冷卻水進(jìn)入軸承體
內(nèi)銹蝕軸承， 進(jìn)而向滾筒殼體５ 外泄漏； （２） 在位
置Ｃ 處采用靜密封， 防止熱水回流至冷水通道； （３）
在位置Ｄ、Ｅ 和Ｆ 處采用靜密封， 防止冷卻水向滾筒
體外泄漏， 如圖３ 所示。
圖３　冷卻水流向與密封位置布局圖
Ｆｉｇ ３?。茫铮铮欤椋睿?ｗａｔｅｒ ｆｌｏｗ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｅａｌｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌａｙｏｕｔ
在圖３ 中， 箭頭代表冷卻水流動(dòng)路線， 即冷卻水
由水冷滾筒轉(zhuǎn)軸１ 兩端的軸向流入， 經(jīng)轉(zhuǎn)軸１ 管道徑
向上的２４ 個(gè)噴孔噴射至滾筒內(nèi)腔， 受熱后經(jīng)熱水管
徑向上的２４ 個(gè)回流孔流入回流環(huán)道， 最后由排水管
接頭２ 上的徑向孔流出。
２　密封結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)與選型
２?? １　靜密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
從上述分析可知， 水冷滾筒內(nèi)部采用靜密封的地
方主要有４ 處， 即Ｃ、Ｄ、Ｅ 和Ｆ 處。其中， 位置Ｆ 處
的密封主要是防止冷卻水通過(guò)流出環(huán)道向水冷滾筒軸
向泄漏， 而位置Ｃ 處密封主要是防止冷卻水從回流環(huán)
道向流入管道泄漏， 亦即防止冷、熱水混合。而位置
Ｄ 和Ｅ 處的密封主要是防止冷卻水向滾筒體外泄漏。
對(duì)于位置Ｄ 和Ｅ 處的密封， 目前主要有２ 種方
案： 一是采用丁晴橡膠密封墊片， 通過(guò)螺釘將水冷滾
筒殼體５ 與軸承端蓋４ 拉緊， 即通過(guò)壓緊力壓縮橡膠
來(lái)實(shí)現(xiàn)密封； 二是采用Ｏ 形密封圈， 即在軸承端蓋５
上開(kāi)密封溝槽， 利用Ｏ 形密封圈的壓縮量來(lái)實(shí)現(xiàn)密
封。方案一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 實(shí)現(xiàn)容易； 方案二結(jié)構(gòu)復(fù)雜，
２０１６ 年第 ３ 期 左時(shí)倫等： 水冷滾筒密封結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)與測(cè)試 １３９
實(shí)現(xiàn)成本較高。但考慮到水冷滾筒工作時(shí)長(zhǎng)時(shí)間處于
３５０ ℃左右的高溫傾轉(zhuǎn)槽上方， 其表面溫度會(huì)持續(xù)升
高， 丁晴橡膠密封墊片由于安裝在件３ 和件４ （見(jiàn)圖
３） 之間， 其徑向圓周部分直接暴露在盛有液態(tài)鉛液
的傾轉(zhuǎn)槽上方， 持續(xù)受到熱輻射， 必然會(huì)軟化、變
形， 甚至出現(xiàn)燒焦現(xiàn)象， 從而影響密封效果。為安全
起見(jiàn)， 位置Ｄ 和Ｅ 處的密封選擇方案二。
位置Ｃ、Ｄ、Ｅ 和Ｆ 處均采用Ｏ 形密封圈進(jìn)行密
封， 從Ｏ 形密封圈密封機(jī)制可知， Ｏ 形密封圈的密
封效果主要取決于Ｏ 形密封圈尺寸與溝槽尺寸的正
確匹配， 以得到合理的壓縮量和拉伸量。壓縮量和拉
伸量分別用壓縮率α 和拉伸率β 來(lái)表示， 其計(jì)算公
式［８］ 為
　　α ＝ｄ′－ｈ
ｄ′ （１）
β ＝Ｄ－ｄ１
ｄ１ ＋ｄ （２）
式中： ｄ′為Ｏ 形密封圈在工作狀態(tài)下的實(shí)際截面直
徑； ｈ 為安裝溝槽深度； Ｄ 為軸徑； ｄ 為Ｏ 形密封圈
在拉伸前的初始截面直徑； ｄ１ 為Ｏ 形密封圈內(nèi)徑。
拉伸后的Ｏ 形密封圈的實(shí)際截面直徑ｄ′可根據(jù)
經(jīng)驗(yàn)公式式（３） 計(jì)算。
ｄ′ ＝
　
　
１?? ３５
１００β－ ０．３５ ·ｄ （３）
經(jīng)計(jì)算， 位置Ｃ、Ｄ、Ｅ 和Ｆ 處密封結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)
計(jì)與密封件選型結(jié)果如表１ 所示。
表１　靜密封設(shè)計(jì)結(jié)果
Ｔａｂｌｅ １?。模澹螅椋纾?ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｔａｔｉｃ ｓｅａｌｓ
位置軸徑Ｄ ／ ｍｍ 溝槽深度ｈ ／ ｍｍ Ｏ 形密封圈型號(hào)ｄ１ ×ｄ 壓縮率α ／ ％ 拉伸率β ／ ％
Ｃ ５１ ２．５ ５０ ｍｍ×３．５５ ｍｍ １４．６ １．８６
Ｄ ２３９ ４．０ ２３６ ｍｍ× ５．３ ｍｍ １１．６ １．２４
Ｅ １６８ ４．０ １６５ ｍｍ× ５．３ ｍｍ １６．９ １．７６
Ｆ ７０ ２．５ ６９ ｍｍ× ３．５５ ｍｍ １１．０ １．３８
　　國(guó)內(nèi)Ｏ 形密封圈壓縮率的許可范圍是１０％ ～
２０％， 拉伸率的許可范圍為１?? ５％ ～２％， 超出這個(gè)許
可范圍均可能導(dǎo)致泄漏發(fā)生。從表１ 的設(shè)計(jì)結(jié)果可
知， 本文作者采用的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)理論上是安全可靠的。
２?? ２　動(dòng)密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
水冷滾筒內(nèi)部有２ 處要采用動(dòng)密封， 即軸承安裝
位置前后。此２ 處的動(dòng)密封都屬于動(dòng)密封中的旋轉(zhuǎn)密
封。常用的旋轉(zhuǎn)密封主要有填料密封、唇型密封和機(jī)
械密封３ 種形式。其特點(diǎn)見(jiàn)表２ 所示。
表２　幾種旋轉(zhuǎn)密封的特點(diǎn)
Ｔａｂｌｅ ２　Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｅｖｅｒａｌ ｒｏｔａｒｙ ｓｅａｌｓ
密封方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)
填料密封裝拆方便，制造簡(jiǎn)單需經(jīng)常更換盤(pán)根及軸套，抗壓能力差
唇型密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，抗振性好承受壓力較小
機(jī)械密封工作狀態(tài)穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)，抗振性好結(jié)構(gòu)復(fù)雜，抗彎能力差
　　在圖３ 中， 位置Ａ 處的動(dòng)密封主要用于防止冷
卻水向水冷滾筒軸向泄漏， 此處水流量小， 甚至無(wú)流
量； 而位置Ｂ 處的動(dòng)密封主要用于防止?jié)L筒內(nèi)腔里
的冷卻水沿著轉(zhuǎn)軸軸向向軸承方向泄漏， 此處的冷卻
水溫度最高可達(dá)１００ ℃， 壓力最高為０?? ４５ ＭＰａ。在
進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)， 位置Ａ 和位置Ｂ 考慮了不同的動(dòng)
密封設(shè)計(jì)方案。根據(jù)水冷滾筒密封件的特殊工況， 唇
形密封可較好地滿足使用要求。對(duì)于位置Ａ 處的旋
轉(zhuǎn)密封可采用１ 個(gè)Ｕ 形密封圈； 而對(duì)于位置Ｂ 處，
為安全起見(jiàn)， 采用了２ 個(gè)Ｕ 形密封圈同向安裝， 唇
口面向滾筒內(nèi)腔， 背靠軸承， 密封結(jié)構(gòu)如圖４ 所示。
圖４　密封結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)圖
Ｆｉｇ ４?。樱澹幔欤椋睿?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓａｆｅｔｙ ｄｅｓｉｇｎ
１４０ 潤(rùn)滑與密封 第 ４１ 卷
對(duì)于Ｕ 形密封圈材質(zhì)的選擇， 將主要從抗壓能
力和抗磨損能力來(lái)考察。對(duì)于位置Ａ 處， 主要考慮
抗磨損能力， 而位置Ｂ 處， 除了考慮抗磨損能力外，
還需考慮抗壓能力。與聚四氟乙烯材料相比， 丁腈橡
膠抗壓能力較差， 但抗磨損能力較強(qiáng)。因此， 在位置
Ａ 處， 選用了Ｕ 形丁腈橡膠密封圈； 而在位置Ｂ 處，
采用了一個(gè)Ｕ 形丁腈橡膠密封圈和一個(gè)Ｕ 形聚四氟
乙烯密封圈。在安裝時(shí)， Ｕ 形丁腈橡膠密封圈在內(nèi)，
靠近軸承， 主要用于抗磨； Ｕ 形聚四氟乙烯密封圈在
外， 面向滾筒內(nèi)腔， 主要用于抗壓。
根據(jù)水冷滾筒結(jié)構(gòu)尺寸， 圖４ 代號(hào)２、４ 和５ 的
Ｕ 形密封圈的型號(hào)選取ＳＣ１０５１３５１４、ＳＣ１３０１６０１４、
ＳＣ１３０１６０１４。其中， 件４ 為材質(zhì)較軟的丁腈橡膠Ｕ 形
密封圈， 件５ 為材質(zhì)較硬的聚四氟乙烯Ｕ 形密封圈。
３　密封結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)效果驗(yàn)證
３?? １　氣密性檢測(cè)
采用直壓式氣密性檢測(cè)儀對(duì)設(shè)計(jì)的密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行
加壓檢測(cè)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求， 滾筒內(nèi)應(yīng)能承受０?? ４５ ＭＰａ
（工作壓力為０?? ３４ ＭＰａ） 的最高壓力， 因此在壓力
０?? ４５ ＭＰａ 下對(duì)設(shè)計(jì)的密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行氣密性檢測(cè)， 結(jié)果
表明， 該密封結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求， 穩(wěn)壓效果也很好。
３?? ２　運(yùn)行效果驗(yàn)證
設(shè)計(jì)的密封結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)近２ 年的實(shí)際運(yùn)行， 未發(fā)現(xiàn)
水冷滾筒各個(gè)部分發(fā)生泄漏現(xiàn)象， 拆檢發(fā)現(xiàn)軸承兩側(cè)
Ａ 處和Ｂ 處均未發(fā)現(xiàn)明顯銹蝕現(xiàn)象（見(jiàn)圖５）， 表明
冷卻水未透過(guò)Ｕ 形密封圈向軸承方向泄漏， 密封效
果很好。此外， 不同材質(zhì)Ｕ 型密封圈的外形沒(méi)有出
現(xiàn)明顯的磨損。
圖５　現(xiàn)場(chǎng)拆裝照片
Ｆｉｇ ５?。模椋螅恚幔睿簦欤椋睿?ｐｈｏｔｏｓ
４　結(jié)束語(yǔ)
水冷滾筒工作環(huán)境比較特殊， 對(duì)密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要
求比較苛刻， 尤其是安全性要求十分高。目前， 對(duì)于
密封結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)尚無(wú)嚴(yán)密的理論指導(dǎo)和設(shè)計(jì)手冊(cè)。
針對(duì)這些特殊工況， 本文作者在動(dòng)、靜密封處均采取
了可靠性較高的設(shè)計(jì)方案。尤其是針對(duì)動(dòng)密封， 采用
了不同材質(zhì)的Ｕ 形密封圈配對(duì)使用， 從而兼顧了旋
轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)的抗壓能力和抗磨損能力。測(cè)試結(jié)果表
明， 該針對(duì)特殊工況下的密封結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)是可行
的， 同時(shí)也為苛刻工況下的動(dòng)密封問(wèn)題提供了一種有
效的解決方案。
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２０１６ 年第 ３ 期 左時(shí)倫等： 水冷滾筒密封結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)與測(cè)試 １４１

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