閥門(mén)齒輪箱維護研究
閥門(mén)是管道系統中的重要組成部分，閥門(mén)的維護是生產(chǎn)運行中的主要工作之一。川氣東送管線(xiàn)上蘭州高壓閥齒輪箱在投用時(shí)存在積液銹蝕現象，增加了維護保養難度和安全風(fēng)險。文中從齒輪箱結構入手，通過(guò)分析典型蘭高閥齒輪箱密封點(diǎn)，探討齒輪箱積液的原因，運用接觸式密封技術(shù)，在結構空間中選用合理的密封元件組合強化齒輪箱密封，徹底改變齒輪箱的密閉條件，實(shí)現水汽的隔離，保證齒輪箱的干燥運行條件。
引言
閥門(mén)是川氣東送管道系統中的重要組成部分，其中球閥應用廣泛。球閥結構簡(jiǎn)單，啟閉迅速，流體阻力小，可靠性高。但是，閥門(mén)密封損傷泄漏的情況也時(shí)有發(fā)生，這不僅會(huì )對企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失，同時(shí)還可能?chē)乐赜绊懝艿赖陌踩\行。一般而言，閥門(mén)密封是指閥門(mén)各密封部位阻止介質(zhì)泄漏的能力，閥門(mén)的主要密封部位有：?jiǎn)㈤]件與閥座間的吻合面、填料與閥桿和填料函的配合處、閥體與閥蓋的連接處。第一處的泄漏叫內漏，它直接影響閥門(mén)截斷介質(zhì)的能力和設備的正常運行。后兩處的泄漏叫外漏，即介質(zhì)從閥內泄漏到閥外，對于高壓、易燃易爆的天然氣介質(zhì)，它直接影響安全生產(chǎn)，造成天然氣泄漏損失和企業(yè)經(jīng)濟損失、環(huán)境污染，嚴重時(shí)會(huì )造成生產(chǎn)事故。因此，天然氣閥門(mén)的外漏是不允許的，國內外已普遍重視閥門(mén)密封性能，但對閥門(mén)齒輪箱的密封有所忽視。文中在介紹天然氣管道球閥基本結構的基礎上，著(zhù)重分析川氣東送管道上使用的蘭州高壓閥齒輪箱進(jìn)水的密封缺陷，并對此進(jìn)行了探討和分析。
1、管道球閥的基本組成
天然氣管道用球閥主要由閥體、閥座、球體、閥桿及傳動(dòng)裝置組成。球閥的主要功能是接通和切斷管道中的流體，球閥是通過(guò)傳動(dòng)裝置讓球體旋轉來(lái)實(shí)現開(kāi)、關(guān)功能的。
2、齒輪箱積液?jiǎn)?wèn)題及解決方法
2.1、齒輪箱積液?jiǎn)?wèn)題
齒輪箱積液是閥門(mén)齒輪箱的密封不良導致。雨季水汽進(jìn)入尤為嚴重，會(huì )使齒輪箱中油品失效，腐蝕傳動(dòng)齒輪組合及軸承組合，嚴重時(shí)會(huì )出現卡死而無(wú)法操作，冬季積水冰凍可直接致使無(wú)法傳動(dòng)，因此需進(jìn)行結構密封設計或采取相關(guān)維護措施。
川氣東送管線(xiàn)上常用的蘭州高壓球閥DN300×250(圖1)主要密封點(diǎn)有(自左向右)：閥位指示片與齒輪軸端結合面;齒輪箱蓋與齒輪軸結合面;齒輪箱蓋上的螺釘孔;齒輪箱蓋與齒輪箱結合面。以上密封點(diǎn)都只是直接接觸密封而未采取任何防塵防水密封措施。
圖1 蘭高閥齒輪箱
2.2、密封的概念
密封的作用就是將接合面間的間隙封住，隔離或切斷泄漏通道，增加泄漏通道中的阻力，或者在通道中加設小型作功元件，對泄漏物施加壓力，與引起泄漏的壓差部分抵消或完全平衡，以阻止泄漏。
按密封件與其作用相對運動(dòng)的零部件是否接觸，可以分為接觸式密封和非接觸式密封。接觸式密封的密封性好，但受摩擦磨損限制，適用于密封面線(xiàn)速度較低的場(chǎng)合。非接觸式密封的密封性較差，適用于較高速度的場(chǎng)合。
對密封的基本要求是密封性好，安全可靠，壽命長(cháng)，并應力求結構緊湊，系統簡(jiǎn)單，制造維修方便，成本低廉。大多數密封件是易損件，應保證互換性，實(shí)現標準化、系列化。
2.3、齒輪箱密封強化
基于閥門(mén)驅動(dòng)齒輪箱密封點(diǎn)的特征，一般采用接觸式密封中的膠密封和液壓橡膠密封件密封。圖2為密封件裝配圖。
圖2 密封件裝配圖
對于蘭州高壓球閥DN300×250，設計加裝以下配件：1個(gè)Φ340×290×2的橡膠墊片(圖2中2)、1個(gè)Φ128×65×2的橡膠墊片(圖2中7)、8個(gè)Φ16×12×1的橡膠墊片(圖2中4)、1個(gè)Φ136×8的O型圈及1個(gè)Φ144×128×4的“三角形”樹(shù)脂擋圈;再輔以膠密封或黃油。
采用橡膠或密封襯墊密封時(shí)，箱體內壓p與密封面壓σ(一般由螺栓預緊力提供)的關(guān)系是：p≤σ.但密封面壓必須連續分布在密封部分，即形成密封帶。密封帶的形成主要取決于以下3個(gè)因素：耦合面的剛性、螺栓的分布以及螺栓預緊力和預緊順序。驅動(dòng)齒輪箱常常受到質(zhì)量的限制，箱體的整體剛性較小，為保證密封帶的形成，一般采用加大密封面的局部剛度和增加螺栓數量的措施;密封面上的螺栓和定位銷(xiāo)孔口應倒角，以免在孔口出現高應力區。在預緊螺栓時(shí)，要盡量將誤差消除在2個(gè)螺栓之間，以免出現誤差積累效應，使密封面壓嚴重不均而產(chǎn)生泄漏，即裝配時(shí)除合箱螺栓應首先預緊靠近軸承座的螺栓外，其余螺栓均應按對稱(chēng)預緊的原則進(jìn)行預緊。
2.4、密封件的性能與維護
橡膠密封件是機械產(chǎn)品的基礎元件，利用密封件可防止液體泄漏，防止空氣和污染物進(jìn)入系統和元件內部造成液污染，以提高產(chǎn)品效率與性能。
橡膠密封件的使用必須滿(mǎn)足以下性能：
(1)泄漏量極小，密封作用良好。
(2)良好的相容性，要求液壓密封件對環(huán)境介質(zhì)(水、空氣)具有良好的相容性，不會(huì )因長(cháng)期接觸介質(zhì)而溶脹、溶解或脆化變硬等，使之喪失密封作用。
(3)摩擦阻力小，要求液壓密封件具有較低的靜摩擦阻力和動(dòng)摩擦阻力，并且其摩擦系數應非常穩定，避免產(chǎn)生或減少低壓爬行等不良現象。
(4)使用壽命長(cháng)，液壓密封件應具有良好的彈性、耐熱性、耐寒性、耐壓性、耐磨性及一定的物理機械強度等。
(5)價(jià)格低廉。液壓密封件應易于制造和安裝，其相應的密封槽又易于加工制造，對密封表面的加工精度等要求又較低，并且價(jià)格低廉。
密封件最常用的耐油橡膠是丁腈橡膠，丁腈橡膠由丁二烯和丙烯腈共聚制得。它具有良好的耐油性、耐熱性、耐寒性、耐壓性和耐水性，氣密性及優(yōu)良的粘結性能，并具有適宜的耐磨性，通常的使用溫度大致為-40～+120℃，可在120℃的空氣中或在150℃的油中長(cháng)期使用。
丁腈橡膠質(zhì)O型密封圈是常用的自封式壓緊型液壓密封件，安裝在密封槽內通常產(chǎn)生10%～25%的徑向彈性壓縮變形，并對密封表面產(chǎn)生較高的初始接觸應力，它將迫使唇型密封圈的唇部緊貼密封表面，產(chǎn)生足夠大的表面接觸應力，從而雙向阻止液體的泄漏，并且摩擦阻力較小，工作平穩，又易于裝配和維修等。
樹(shù)脂擋圈可以實(shí)現以下功能：在閥位指示轉動(dòng)時(shí)定位O型橡膠圈，避免其在摩擦力作用下卷動(dòng)、歪斜、變形;平衡接觸壓力，避免密封件切邊現象，強化密封效果;表面糙時(shí)應當涂覆密封膠;降低動(dòng)摩擦力，避免出現低壓爬行等不良現象;兼有輔助密封功能。
液壓橡膠密封件的密封效果，除了與密封裝置的結構設計、密封材料的性能及密封件的制造質(zhì)量有關(guān)外，還與密封件的裝配方法及裝配合理性有關(guān)。采用正確的裝配方法裝配液壓設備，密封件不易受損，彈性好，使用壽命長(cháng)，有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量和密封性能。
在維護過(guò)程中，應防止密封件損壞，如硬化(老化)、磨損、擠出、腐蝕。當硬度過(guò)高時(shí)，密封件不能填充與配合零件之間的間隙，就會(huì )產(chǎn)生泄漏。密封件的磨損涉及配合零件的表面光潔度、運動(dòng)速度和傳動(dòng)媒體等，不同的密封材料適應不同的運動(dòng)速度。當密封件承受過(guò)大壓力時(shí)，會(huì )被擠到金屬間隙，損壞密封件而產(chǎn)生泄漏，這種情況涉及密封件本身的硬度及金屬間隙是否過(guò)大，如果在設計、選型、加工或安裝上處理不當，都會(huì )出現擠出損壞。腐蝕表現出來(lái)的情況是密封件軟化甚至溶解，原因是有害介質(zhì)接觸，媒體含水或溶劑時(shí)都要特別注意。
3、結束語(yǔ)
為提高蘭高閥門(mén)的可靠度，延長(cháng)閥門(mén)使用壽命，做好投產(chǎn)期的維護是非常重要的。目前，對于已投產(chǎn)的蘭高閥門(mén)，做好齒輪箱的密封，保證密封點(diǎn)不滲漏，是解決齒輪箱進(jìn)水銹蝕的最佳途徑。為此建議：按上述方法為齒輪箱購置對應型號的密封件;提高閥門(mén)齒輪箱安裝精度;采用固定扭力扳手對角安裝螺栓，保證建立完整密封面;進(jìn)行預防性維護管理，制定周期性維護計劃并嚴格實(shí)施。
