雖然在旋轉機械中使用油封來保持潤滑是很常見的，但通常選擇軸承隔離器迷宮式密封技術來保護軸承和潤滑。制造商、維修設施和用戶通常選擇軸承隔離器，以用于苛刻的應用環境。在這些環境中，諸如污染、軸不對中和設備振動等工況是需要考慮的問題，以避免頻繁更換。軸承隔離器可以提高軸承的可靠性和保護，并延長設備的平均無故障時間（MTBF）。在設施管理人員專注于維護成本和限制停機時間或計劃外停機而造成的生產損失的時候，軸承隔離器迷宮式密封具有多種優勢。軸承隔離器迷宮式密封用于保護旋轉設備（如電動機、齒輪箱、泵和剖分式軸承座）中的軸承和軸承潤滑。簡單來說，軸承隔離器由固定部件（定子）和旋轉部件（轉子）組成。這些部件的組裝在密封中形成了一條狹窄的迷宮路徑。這種設計可以防止污染物進入軸承裝置。在許多情況下，軸承隔離器可以安裝在與油封相同的空間中，而不需要修改密封位置的幾何結構。選擇軸承隔離器作為OEM選項或作為現有設備的改造，是因為軸承隔離器具有多個優點，包括使用壽命長和不會損壞軸表面的非接觸式密封配置。接觸唇式油封是在旋轉機械中保持潤滑的簡單解決方案。然而，在性能和可靠性方面可能存在局限性。最初，油封可以提供足夠的密封特性，但隨著時間的推移，機器的運行工況、配置和狀態會導致密封磨損并最終失效。商用油封的平均壽命約為1,500小時，具體取決于應用變量。與環境苛刻且不對中、工作溫度和軸轉速增加的應用相比，滿足或超過推薦的密封運行參數的相對清潔應用可能會延長使用壽命。好消息是，通過使用軸承隔離器，可以提高旋轉設備的MTBF，并將計劃外停機降至最低，從而可以延長設備的使用壽命。
圖1：浸沒式軸承隔離器截面圖（圖片由Garlock提供）
具有挑戰性的工況
當唇形密封在多塵或骯臟的運行環境中使用時，殘留物和碎屑最終會嵌入到密封唇的下面。如果密封泄漏，軸上的油或潤滑脂將進一步導致密封唇下的污染物積聚。這最終會磨損唇部，導致潤滑劑泄漏、軸磨損和開槽。為了克服這些問題，如果密封失效導致潤滑油泄漏，用戶可能會向軸承裝置加注過量的潤滑油，以確保軸承得到潤滑。在油脂潤滑軸承中，過度潤滑的做法是清除油封唇部污染物的常用方法。在這兩種情況下，過度潤滑可能會產生其它問題，不僅限于潤滑浪費造成的成本增加、工作溫度升高以及由于軸承在增加的潤滑脂或油量中旋轉而導致的效率降低。在某些行業中，潤滑油或脂泄漏到系統外可能會導致來自監管的罰款。這個問題可以通過軸承隔離器來緩解，該隔離器提供雙向密封能力，既能保持潤滑，又能防止污染物進入系統。
密封潤滑要求
油封需要與軸承潤滑劑持續接觸，以防止密封唇部出現干運行狀態。缺少潤滑的油封可能會導致幾個問題，包括油封唇部的加速磨損、設備摩擦和熱量增加以及軸磨損。這些問題反過來又會導致用戶采取過量潤滑來解決上述問題，以防止軸承故障并避免停機。軸承隔離器采用非接觸式設計，這意味著密封組件的靜態表面和旋轉軸之間沒有接觸。這種配置允許密封在干燥工況下運行，無需潤滑或額外的維護計劃或使用自動潤滑脂系統等設備。可以遵循制造商推薦的潤滑要求，因為軸承隔離器在運行期間不需要潤滑接觸，并且外部迷宮將防止污染物進入軸承。這可以實現免維護的密封組件、降低運營成本并為旋轉設備提供清潔的運行環境。
設備振動和不對中
雖然許多變量會影響密封的性能和使用壽命，但設備振動和軸不對中可能會產生嚴重影響。驅動部件和被驅動部件之間的設備軸不對中會導致傳動系統振動。軸不對中（徑向和軸向）通常會導致軸相對于密封孔位置的類似偏移。如果不對中非常嚴重，可能會加劇油封的磨損。大多數商用唇形密封只能容忍少量的不對中，而不影響密封唇部的接觸和保持潤滑的能力。振動和不對中會在密封的接觸唇部產生偏移或局部壓力，導致接觸唇磨損、軸表面磨損，最終導致潤滑損失。
圖2：充滿潤滑油的浸沒軸承隔離器
當使用在定子和轉子之間的整體連接組裝的軸承隔離器密封時，可以通過密封組件內設計的迷宮間隙來容忍不對中和相關振動。組合組件包含低摩擦的聚四氟乙烯（PTFE）連接組件，即使存在不對中和振動，也允許轉子自由旋轉。組合迷宮式設計可以允許軸徑向和軸向移動，從而防止定子和轉子之間不必要的接觸。其它簡單的非組合迷宮式設計（在定子和轉子之間裝配有O形圈）不能提供組合式設計所需的轉子軸向控制，這使得金屬部件在運行過程中接觸。在運行過程中，轉子和定子之間的旋轉和不對中會導致O形圈（磨損）顆粒和金屬屑的產生，并且摩擦會在密封組件中產生熱量。此外，標準的組合迷宮式設計會增加軸的不對中度，定制的迷宮設計選項會進一步增加密封組件內的間隙。
設備潤滑和正壓密封要求
在某些類型的旋轉機械（主要是齒輪箱）中，根據OEM的建議，油潤滑可能會加注到密封腔中。該加注液位不是為了確保密封潤滑，而是為了保證內部齒輪和軸承在運行過程中得到充分的潤滑。建議的加注液位可能會導致潤滑油加注到密封位置，也稱為浸沒狀態。在浸沒潤滑油配置中，需要一個正壓唇形密封以防止潤滑油流失，因為傳統的軸承隔離器配置有開放的迷宮路徑，允許潤滑油泄漏。用戶不限于在浸沒式油裝置中使用油封。他們還可以考慮安裝浸沒式軸承隔離器產品，以將油保留在系統內。浸沒式軸承隔離器將提供非接觸式密封設計，其配置可避免導致軸表面磨損或開槽。這種類型的密封設計將在迷宮內部包含一個優質氟橡膠（FKM）油封元件，將密封元件的接觸唇直接定位在密封的內部旋轉表面上，而不是直接位于軸表面上。通過使用組件防護等級達到IP66迷宮式設計和 FKM 密封元件的浸沒式軸承隔離器，可以保持設備內部油潤滑水平，同時還可以防止污染物的進入。這些功能的組合，可以形成一個不受外部污染影響且不會磨損設備軸表面的非接觸式密封組件。測試表明，在內部安裝FKM密封元件和PTFE組合部件后，浸沒式軸承隔離器將在徑向軸不對中增加的應用中提供無泄漏設計，否則會給非浸沒式設計帶來問題。軸承隔離器的優點可能是廣泛的，在許多情況下，最終用戶可以證明其成本是合理的。使用軸承隔離器可以增加MTBF，并且無需昂貴的維修或更換損壞的軸。非接觸式設計可以防止未來的損壞。軸承隔離器迷宮式密封可以根據需要進行設計/配置，以適應旋轉機械中增加的設備不對中和振動。這可能是有益的，最終避免影響效率、產量和不可接受的磨損及設備損壞。
圖4：軸開槽 - 油封和軸承隔離器
作者簡介：Jeff Blank是Garlock Klozore的產品工程師。
