浮动油封的应用探讨

摘要：浮动油封是因其自身的结构特点，可以在工程机械及矿山机械具有泥水、泥沙的恶劣环境中使用，针对浮动油封结构特点、工作原理、损坏原因等方面进行分析，通过浮动油封的正确安装减少损坏的可能。

关键词：浮动油封;浮封环;弹性体;损坏原因。

引言

密封可以分为动密封和静密封两大类，密封的主要作用为防止设备工作介质的泄露和外界尘埃与异物的侵入。密封件的价格相对于设备整机价格百分比不高，但起到的作用却非常大。浮动油封属于动密封，诞生于上世纪五十年代后期，是针对泥水、泥沙等恶劣运行环境而设计的机械密封机构，其结构简单，耐污、耐磨、耐振动和耐冲击，工作可靠，使用寿命长，维护方便，具备端面磨损自动补偿等优点，现已广泛使用在各种工程机械及矿山机械上[1]。

1 浮动油封的结构

一般常见的浮动油封按弹性体形状分为DO型（弹性体为O形圈）和DF型（弹性体为变异菱形）2种基本形式。这2种浮动油封都是由2个弹性体和2个浮动密封环，分别安装在2个座腔（1个静止，1个转动）内构成，它们的结构原理基本相同。密封环材质为耐磨的铁合金材料，通过弹性体压缩变形产生的轴向预紧力，将相对的密封环压紧，从而实现密封功能。

如图1所示，在实际使用中，以DO型和DF型2种浮动油封为基本型，根据实际使用工况进行设计，进而得到不同形式的浮动油封组合形式。

2 浮动油封工作原理

密封环是浮动油封的主体元件，工作时相互配对产生相对旋转摩擦，它的密封面环形亮带是经过精密加工的，工作表面粗糙度值为Ra0.2μm，亮带的径向宽度一般为2.5mm±0.5 ㎜左右，在它的亮带表面内侧由2个斜面构成从亮带内缘向轴心方向的“V”形给油缝隙，使密封腔内的润滑剂在毛细作用和离心力的作用下进入两边密封面之间，保证2密封环亮带表面的充分润滑，在相对滑动中始终保持一层极薄的油膜，它同时具有流体静压力和动压力的作用，起到平衡内外压差的功能，保证它们之间的润滑又不向外泄露，也不让外界杂质进入腔体内部。

弹性体安装在密封环背部与座腔之间，将密封环精确定位在座腔内。弹性体不仅为辅助静密封元件，而且对密封环产生轴向和径向的作用力。径向作用力起到向密封环传递扭矩的作用，轴向作用力对密封环提供必须的密封补偿力，由于其弹性补偿范围大，可以忽略一定的装配误差，在设备发生振动、窜动、摆动时，能保持金属密封环密封面的有效贴合，并沿圆周方向产生作用力、闭合浮动油封中间缝隙;同时，浮动油封密封面间的油膜改善了密封面之间的摩擦工况，减少摩擦热的产生，油膜的填充粘合作用也可提升密封效果，弹性体自身变形产生的弹性压力也为弹性体和密封环之间提供静密封作用。

在运转过程中，随着密封环的磨损，浮动油封的密封面将会持续向轴心线方向移动。密封环有较大的磨损储备，有效寿命可以一直持续到密封面抵达金属环内径。浮动油封必须有稳定、可靠的润滑油膜并及时将摩擦产生的热导出才能正常工作。

3 浮封环材质

耐磨和耐腐蚀是浮动油封对金属密封环的两项主要要求。金属密封环一般采用合金铸铁金属模精密铸造或滚子轴承钢经加工热处理后制成。从耐腐蚀方面来看，在相同条件下合金铸浮封环和轴承钢浮封环没有明显差别，轴承钢浮封环密封面磨痕较平，而合金铸铁浮封环密封面上却有很多细微的沟槽。轴承钢浮封环由于密封面磨痕较平，在轴向压力作用下，润滑油无处存放，易造成干摩擦，磨损较快，而合金铸铁浮封环密封面在磨损过程中能够形成很多细微沟槽为润滑油提供了存储空间， 使得合金铸铁俘封环密封面形成流体润滑、吸附膜润滑及干摩擦等组合的薄膜润滑方式，由于润滑情况良好，磨损相对较慢。因此从耐磨性方画来看，合金铸铁浮封环优于轴承钢浮封环。

浮封环密封面表面硬度要求较高，一般达到HRC58 以上，最高可到HRC72。为使金属材料达到较高硬度，提高耐磨的性能，对于多数材料，浮封环还需要进行整体淬火硬化处理或密封面表面硬化处理。表面硬化处理一般采用感应淬火、另外也有氮化、或等离子弧粉末喷焊、激光淬火等。相比整体淬火，表面硬化处理可以使金属环热变形量达到最小。

4 弹性体

浮动油封对弹性体的主要标准是高耐热性和低永久压缩变形。在一般的应用中，采用标准的丁腈橡胶材料就可以满足使用要求。当对耐高温性能有更高的要求时，可以旋转氢化丁腈橡胶、氟橡胶或硅橡胶材料。在选用某些橡胶材料时需要针对所采用的油品进行油品兼容性检测。弹性体有时会选择不同的硬度，主要是为了能够在不改变座腔尺寸的情况下对浮动油封的预紧力进行调节。弹性体质量与性能，对浮动油封影响非常大，因此需特别注意。

5 浮动油封的使用要求

5.1密封面的旋转线速度不得超过10m/s。

5.2无论设备闲置还是处于工作状态，浮动油封都必须保持润滑，防止密封面形成冷焊。

5.3必须尽可能的减少摩擦损失。

5.4浮动油封的预载力大小必须根据密封面的磨损速度进行调节。

5.5在旋转和静止状态下都不能泄露。

5.6密封面之间摩擦所产生的热量必须有做够的润滑油通过自身的流动将其带走。

5.7密封腔内外的压力差需要进行平衡。一般情况下，浮动油封的内外压力差不得大于3bar。

6 润滑与维护

6.1润滑时尽可能避免采用润滑脂润滑。因為在密封缝隙中，油脂难以创造润滑条件。而这将导致更剧烈的磨损，从而缩短浮动油封使用周期。如果一定要采用润滑脂做润滑剂.要控制最大线速度不能超过3 m/s。

6.2一般禁止用注油枪来注脂密封，因为油枪的高压能移动和破坏O形圈。

6.3初始安装时不要在密封面上使用润滑脂。如果这样，有可能会在装配过程中压缩时在腔内产生一个压力。

6.4正确的油量范围满足密封的整个生命周期。

6.5如果在维修过程中拆开浮动油封。即使看起来良好状况.也必须重新安装一个新的密封。因为初始安装磨合时。密封面会产生一个固定的运行轨迹.拆开后再次安装不能保证精确安装在原位.密封面的磨损路径不再匹配，密封面再次运行时可能会有漏油情况发生。

7 浮动油封损坏的原因分析

7.1浮动油封未能成套安装使用，如新旧浮封环搭配使用。

7.2浮动油封的浮封环和弹性体硬度、表面粗糙度、尺寸等不符合要求。

7.3弹性体压缩量不符合要求，因为弹性体压缩量影响密封力的大小，密封力过大或过小均影响密封性能。

7.4安装前，未能仔细检查，浮动油封出现碰伤、缺口等问题，亮带未做到匀称而光亮，有划伤、裂纹等缺陷。

7.5装配人员对安装过程不重视，未能使用安装工具进行安装，而简单使用螺丝刀等将浮动油封装入密封座，会导致弹性体产生扭曲、变形，进而导致漏油现象产生。

7.6浮动油封密封面受力不均匀或受力过大。

7.7环境过于恶劣，灰尘、煤渣等污染物被反复挤压，引起浮动油封弹性体损坏。

7.8浮动油封选择不合理，不适应设备的润滑油等工作介质，不适应设备工作温度，浮动油封与浮封座配合不合理。

7.9設备长时间停机后突然启动，由于润滑不良，弹性体和浮封环可能发生相对运动，进而导致浮动油封损坏。

7.10浮动油封安装座腔加工不合理或座腔磨损严重导致浮动油封安装后漏油。

7.11设计过程或安装过程出现问题，导致弹性体压缩量不在预期范围内，浮动油封工作条件无法满足。

8 浮动油封的安装要求

浮动油封的正确安装对浮动油封的使用效果影响至关重要。浮动油封的金属材料具有很高的硬度和耐磨性，但同时非常脆，需要轻拿轻放，避免敲击或碰撞。最好是可以用浮动油封的专用安装工具进行安装，正确的安装方法如下所示：

8.1安装前尽量保持浮动油封包装完整，尤其要小心保护密封面上精细研磨的亮带，绝不允许有磕碰痕迹或轻微划伤的现象。弹性体也要防止有损伤现象发生。浮动油封防止受到污染、损坏。

8.2浮动油封座腔a在安装前必须进行彻底清洁和检查，不得有任何金属粉末或油脂残留，不得有锋利的边缘或棱角。

8.3用安装工具b卡住浮动油封，并水平放置在座腔口，向下按压工具，使压力直接作用于弹性体上，将浮动油封压入座腔。在安装过程中可以使用无水酒精润滑弹性体以方便安装。严禁使用油脂或丙酮润滑。

8.4将浮动油封压入座腔后，检查弹性体是否扭曲或起伏不平，并选多点测量密封面高度，最高点和最低点相差不得超过1mm。如果安装过程中使用酒精润滑，需要将酒精擦干或等到酒精完全挥发后才进行下一步操作。

8.5清洁密封面并在密封面上涂一层薄油膜作为初始润滑。

8.6按照同样方法完成另一边浮动油封的安装后，将两边相对压紧，检查并调整安装间隙尺寸A。

9 装配间隙尺寸A

在浮动油封座腔的所有尺寸中，装配间隙尺寸A对于浮动油封的正常运转至关重要。在保证浮动油封座腔所有加工尺寸都正确无误的情况下，装配间隙尺寸A决定了浮动油封的预载力大小。保证了装配间隙在允许的公差范围内，就保证了浮动油封的最佳轴向载荷。

一般而言我们按照浮动油封厂家给出的选型尺寸表中的A值就可以使浮动油封在大多是应用中都可以正常运转。但在转速较高，外部压力过大等特殊工况下，需要对装配间隙进行调节，来调整浮动油封的预载力和轴向载荷的大小。

DF型浮动油封对于轴向公差和轴向位移的大小要求较高。一般来说，采用DF型浮动油封必须严格保证装配间隙A在整个运转过程中都保持在允许的公差范围内。DF型浮动油封的间隙尺寸A可以调节的范围很小。

相对来说，DO型浮动油封对于轴向公差和轴向位移的适应性较强。在A值的实际公差无法控制在允许的范围内时，一般建议采用DO型浮动油封，并对公差A的大小进行调整，以适应较大的轴向公差和轴向位移。

10结语

浮动密封一般在含有大量粉尘和水等恶劣的工作环境中，具有工作可靠、寿命长、端面磨损能自动补偿等特点，但对浮动油封零件的加工精度和安装要求较高，必须对密封结构的设计进行优化，在浮动油封零件的加工、测量精度以及装配时所施加密封力的大小等方面加以有效地控制，才能保证良好的密封性能和较长的使用寿命。

参考文献：

[1]杨刚雷.浮动油封的使用分析[J]润滑与密封 ，2003（4）：37-38

作者简介：宋艳斌（1987.3-），男，山西省晋城市，2009年7月毕业于中国矿业大学测控技术与仪器专业，职称：工程师，研究方向：技术研发。