摘要：曲轴连杆是泵的最重要的组成部件之一，保证曲轴连杆的质量包括润滑质量是保证泵的质量和使用性能的重要一环，本文通过对旋转接头的密封性能进行研究，提出改进方案，对保证曲轴泵的长期稳定的润滑质量，从而保证泵的正常工作，有着重要的意义。
关键词：旋转接头；密封；曲轴
ABSTRACT：Crankshaft connecting rod is one of the most important components of a pump, the quality of the crankshaft connecting rod, including its lubrication quality, ensures the quality and performance of the pump. Through the study of the sealing performance of the rotary joint, this paper puts forward an improved scheme, which is of great significance to ensure the long-term stable lubrication quality of the crankshaft pump and to ensure the normal operation of the pump.
Key words：rotary joint, seal,crankshaft
引言
曲轴连杆泵的中，电机带动曲轴总成做旋转运动，曲轴与连杆大头采用滑动轴承，用轴瓦连接，轴瓦通过旋转接头进来的润滑油经曲轴内部油孔进入各曲拐处进行强制润滑。所以旋转接头作为润滑连杆大头轴瓦油液的关键部件，是影响滑动轴承是否长期正常工作的主要因素，直接影响曲轴泵的工作性能及质量。
旋转接头的结构特点是，空心轴通过螺纹或者法兰直接与曲轴连接，为主要的旋转部件，密封结构综合内装式密封和滚动轴承支承结构的特点。采用了平衡式密封设计，使工作压力对密封环两端产生压力几乎相等，从而有效的降低了密封载荷对密封端面的磨损，延长了使用寿命。【1】同时滚动轴承对空心轴的支承使旋转扭矩大为降低，运转灵活，加上体积小，重量轻，因此可适用于较高转速条件下。另外，壳体上设有观察孔，可以观察到密封的渗漏情况和磨损情况。
1 试验情况
滑动轴承工作条件为低速重载，要让滑动轴承长时间稳定工作就必须建立起承受重载的油膜，形成动压油膜的必要条件是：
1）两工作表面间必须有稧形间隙；
2）两工作表面间必须连续充满润滑油或其他粘性流体；
3）两工作表面间必须有相对滑动速度，其运动方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面流出。此外，对于一定载荷F，必须使速度，粘度及间隙匹配恰当。
一旦动压油膜不能建立，轴和滑动轴承间将发生大面积接触，急剧摩擦使得温度陡升，材料软化并与轴形成粘附——撕脱——粘附的恶性循环过程，造成温度进一步升高，材料接近或达到熔化状态而被轴在高压下拖动，并因此发生材料迁移。如果采用润滑脂形式润滑不通过旋转接头进入润滑油，可以形成润滑油膜，但是油脂不能循环，无法将热量带走，长期使用，必将引起轴承温度过高烧损，因此必须通过旋转接头进入润滑油进行强制润滑，降低摩擦功耗，减少磨损，同时起到冷却、吸振、防锈的作用。
在试验中，旋转接头与护罩之间的密封经常渗漏，既增加了润滑油消耗，又污染环境。更为严重的是如果密封不好，在雨水天气或者清洗泵的过程中，水会进入护罩再到油箱，引起润滑油变质。变质的润滑油会使润滑失效，使曲轴过热，不能正常使用，制约正常的生产。
图1 改进前
2 渗漏原因分析
如图1为改进前的旋转接头密封设计，其工作原理是双唇油封起密封作用，在自由状态下，油封内径比轴径小，有一定的过盈量。油封装到轴上后，唇口压力和自紧弹簧的收缩力对密封轴产生一定的径向抱紧力，阻断渗漏间隙，达到密封的目的。【2】自紧弹簧的另一个作用是保证唇口在一定的磨损范围内仍能起到正常的密封作用。油封盒在装配时候配焊来保证油封盒中心与曲轴中心重合，油封与旋转接头外表面靠挤压形成接触密封。但是由于旋转接头外壳为铸铜材料，外表面为非机加表面，因此无法保证外壳的形位精度。另外，由于旋转接头内部旋转运动副的间隙累计，导致泵运转时，旋转接头外壳的旋转中心线与曲轴旋转中心线不重合，出现肉眼可见的偏心现象，造成渗漏，密封失效。可见，旋转接头密封失效的主要原因是由于参与密封的旋转接头外壳的同轴度要求超过了旋转接头本身的功能要求【3】。
3 改进方案
3.1 方案一
图2为旋转接头密封改进方案一，其工作原理是，仍然是双唇密封起主要密封作用，油封盒在装配时候配焊来保证油封盒中心与曲轴中心重合，油封与旋转接头外表面靠挤压形成接触密封。不同的是，方案中增加了回油罩，使通过油封渗漏出来的润滑油通过回油罩下部的铜管重新回到护罩。虽然这种结构能有效进行密封，但这种结构仍然受制于旋转接头本身的旋转精度，油封长期处于偏心状态，容易造成油封过早老化，造成渗漏，密封失效。并且旋转接头的磨损和泄露情况外部无法进行观察，更换密封件也不方便，同时又带来旋转接头的进油胶管与回油罩之间的密封问题。
图2 改进一
3.2 方案二
图3为旋转接头密封改进方案二，其工作原理是，仍然是双唇密封起主要密封作用，油封盒在装配时候配焊来保证油封盒中心与曲轴中心重合。方案中增加了过渡接头，使油封与过渡接头外表面靠挤压形成接触密封，过渡接头与旋转接头之间为螺纹连接。由于在设计中对过渡接头与轴承的中心同轴度进行了严格的控制，因此，这种结构避免了油封偏心，并且该密封结构与旋转接头无关，从根本上解决了此处的偏心漏油问题。该改进方案中，过渡接头连接法兰尺寸设计成与旋转接头连接法兰尺寸相同，因此，也无需对曲轴进行更改，具有很强的操作性。而且，旋转接头作为曲轴轴瓦的唯一供油通道，旋转接头一旦失效，将会造成轴瓦缺油甚至烧瓦的严重后果，这种外置式的旋转接头使观测监控更加容易。缺点就是，使用中由于旋转接头完全外露没有防护措施，在泵装配、起吊时容易受到碰撞，导致旋转接头的进油螺纹处容易产生裂纹。
图3 改进二 图4 方案三
3.3 方案三
图4为旋转接头密封改进方案三，其工作原理是，润滑管线由外置式改成内置式，使曲轴进油胶管和旋转接头都完全处于护罩内部，旋转接头与护罩之间不需密封，从而有效避免了旋转接头处的密封问题，这也是一个比较好的解决办法。该方案的缺点是，内置的管线接头包括旋转接头观察、维护不方便，这就要求需要严格控制管线接头质量，管线安装时连接要牢固可靠，各接头处密封可靠。
4 结论
三种旋转接头密封改进方案各有利弊，实际使用中，轻型泵采用方案一，高压大功率泵采用方案三，其他泵采用方案二，试验证明，三种密封结构形式密封效果都比较好，润滑油不再通过旋转接头向外渗漏。从安装、使用、维护方便的角度出发，推荐方案二。从其他角度考虑，旋转接头的密封扔存在一些其他的改进措施：
护罩焊接变形控制。有的护罩焊接变形较大，导致装配时密封面不在有效范围内，因此，还需要采取措施控制焊接时候护罩的变形。
护罩振动控制。在泵冲较高时候，护罩的振动较大，在一定程度上影响密封效果，加速密封损耗，因此，增加护罩刚度，控制护罩振动，也是改进旋接头密封的有效方式。
护罩气压控制。如果护罩内气压过高，护罩就会产生变形，也会导致密封失效。因此，在护罩上设置合适的空气帽也是十分必要的。
采用高质量的密封圈和旋转接头是保证旋转接头密封长期稳定工作的基础。
参考文献
[1]成大先.机械设计手册（单行本）润滑与密封，2004，10-167
[2]綦耀光.机械设计基础[M].东营：石油大学出版社，2006：243-290.
[3]机械设计手册编委会.机械设计手册[S].北京：机械工业出版社，2004.
论文作者:朱孔涛
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/8
标签：曲轴论文; 护罩论文; 方案论文; 油封论文; 润滑油论文; 轴瓦论文; 连杆论文; 《电力设备》2019年第6期论文;