阀门齿轮箱维护研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)川气东送管道分公司安徽管理处 作者:周长李

  阀门是管道系统中的重要组成部分,阀门的维护是生产运行中的主要工作之一。川气东送管线上兰州高压阀齿轮箱在投用时存在积液锈蚀现象,增加了维护保养难度和安全风险。文中从齿轮箱结构入手,通过分析典型兰高阀齿轮箱密封点,探讨齿轮箱积液的原因,运用接触式密封技术,在结构空间中选用合理的密封元件组合强化齿轮箱密封,彻底改变齿轮箱的密闭条件,实现水汽的隔离,保证齿轮箱的干燥运行条件。

引言

  阀门是川气东送管道系统中的重要组成部分,其中球阀应用广泛。球阀结构简单,启闭迅速,流体阻力小,可靠性高。但是,阀门密封损伤泄漏的情况也时有发生,这不仅会对企业造成巨大的经济损失,同时还可能严重影响管道的安全运行。一般而言,阀门密封是指阀门各密封部位阻止介质泄漏的能力,阀门的主要密封部位有:启闭件与阀座间的吻合面、填料与阀杆和填料函的配合处、阀体与阀盖的连接处。第一处的泄漏叫内漏,它直接影响阀门截断介质的能力和设备的正常运行。后两处的泄漏叫外漏,即介质从阀内泄漏到阀外,对于高压、易燃易爆的天然气介质,它直接影响安全生产,造成天然气泄漏损失和企业经济损失、环境污染,严重时会造成生产事故。因此,天然气阀门的外漏是不允许的,国内外已普遍重视阀门密封性能,但对阀门齿轮箱的密封有所忽视。文中在介绍天然气管道球阀基本结构的基础上,着重分析川气东送管道上使用的兰州高压阀齿轮箱进水的密封缺陷,并对此进行了探讨和分析。

1、管道球阀的基本组成

  天然气管道用球阀主要由阀体、阀座、球体、阀杆及传动装置组成。球阀的主要功能是接通和切断管道中的流体,球阀是通过传动装置让球体旋转来实现开、关功能的。

2、齿轮箱积液问题及解决方法

2.1、齿轮箱积液问题

  齿轮箱积液是阀门齿轮箱的密封不良导致。雨季水汽进入尤为严重,会使齿轮箱中油品失效,腐蚀传动齿轮组合及轴承组合,严重时会出现卡死而无法操作,冬季积水冰冻可直接致使无法传动,因此需进行结构密封设计或采取相关维护措施。

  川气东送管线上常用的兰州高压球阀DN300×250(图1)主要密封点有(自左向右):阀位指示片与齿轮轴端结合面;齿轮箱盖与齿轮轴结合面;齿轮箱盖上的螺钉孔;齿轮箱盖与齿轮箱结合面。以上密封点都只是直接接触密封而未采取任何防尘防水密封措施。

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图1 兰高阀齿轮箱

2.2、密封的概念

  密封的作用就是将接合面间的间隙封住,隔离或切断泄漏通道,增加泄漏通道中的阻力,或者在通道中加设小型作功元件,对泄漏物施加压力,与引起泄漏的压差部分抵消或完全平衡,以阻止泄漏。

  按密封件与其作用相对运动的零部件是否接触,可以分为接触式密封和非接触式密封。接触式密封的密封性好,但受摩擦磨损限制,适用于密封面线速度较低的场合。非接触式密封的密封性较差,适用于较高速度的场合。

  对密封的基本要求是密封性好,安全可靠,寿命长,并应力求结构紧凑,系统简单,制造维修方便,成本低廉。大多数密封件是易损件,应保证互换性,实现标准化、系列化。

2.3、齿轮箱密封强化

  基于阀门驱动齿轮箱密封点的特征,一般采用接触式密封中的胶密封和液压橡胶密封件密封。图2为密封件装配图。

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图2 密封件装配图

  对于兰州高压球阀DN300×250,设计加装以下配件:1个Φ340×290×2的橡胶垫片(图2中2)、1个Φ128×65×2的橡胶垫片(图2中7)、8个Φ16×12×1的橡胶垫片(图2中4)、1个Φ136×8的O型圈及1个Φ144×128×4的“三角形”树脂挡圈;再辅以胶密封或黄油。

  采用橡胶或密封衬垫密封时,箱体内压p与密封面压σ(一般由螺栓预紧力提供)的关系是:p≤σ.但密封面压必须连续分布在密封部分,即形成密封带。密封带的形成主要取决于以下3个因素:耦合面的刚性、螺栓的分布以及螺栓预紧力和预紧顺序。驱动齿轮箱常常受到质量的限制,箱体的整体刚性较小,为保证密封带的形成,一般采用加大密封面的局部刚度和增加螺栓数量的措施;密封面上的螺栓和定位销孔口应倒角,以免在孔口出现高应力区。在预紧螺栓时,要尽量将误差消除在2个螺栓之间,以免出现误差积累效应,使密封面压严重不均而产生泄漏,即装配时除合箱螺栓应首先预紧靠近轴承座的螺栓外,其余螺栓均应按对称预紧的原则进行预紧。

2.4、密封件的性能与维护

  橡胶密封件是机械产品的基础元件,利用密封件可防止液体泄漏,防止空气和污染物进入系统和元件内部造成液污染,以提高产品效率与性能。

  橡胶密封件的使用必须满足以下性能:

  (1)泄漏量极小,密封作用良好。

  (2)良好的相容性,要求液压密封件对环境介质(水、空气)具有良好的相容性,不会因长期接触介质而溶胀、溶解或脆化变硬等,使之丧失密封作用。

  (3)摩擦阻力小,要求液压密封件具有较低的静摩擦阻力和动摩擦阻力,并且其摩擦系数应非常稳定,避免产生或减少低压爬行等不良现象。

  (4)使用寿命长,液压密封件应具有良好的弹性、耐热性、耐寒性、耐压性、耐磨性及一定的物理机械强度等。

  (5)价格低廉。液压密封件应易于制造和安装,其相应的密封槽又易于加工制造,对密封表面的加工精度等要求又较低,并且价格低廉。

  密封件最常用的耐油橡胶是丁腈橡胶,丁腈橡胶由丁二烯和丙烯腈共聚制得。它具有良好的耐油性、耐热性、耐寒性、耐压性和耐水性,气密性及优良的粘结性能,并具有适宜的耐磨性,通常的使用温度大致为-40~+120℃,可在120℃的空气中或在150℃的油中长期使用。

  丁腈橡胶质O型密封圈是常用的自封式压紧型液压密封件,安装在密封槽内通常产生10%~25%的径向弹性压缩变形,并对密封表面产生较高的初始接触应力,它将迫使唇型密封圈的唇部紧贴密封表面,产生足够大的表面接触应力,从而双向阻止液体的泄漏,并且摩擦阻力较小,工作平稳,又易于装配和维修等。

  树脂挡圈可以实现以下功能:在阀位指示转动时定位O型橡胶圈,避免其在摩擦力作用下卷动、歪斜、变形;平衡接触压力,避免密封件切边现象,强化密封效果;表面糙时应当涂覆密封胶;降低动摩擦力,避免出现低压爬行等不良现象;兼有辅助密封功能。

  液压橡胶密封件的密封效果,除了与密封装置的结构设计、密封材料的性能及密封件的制造质量有关外,还与密封件的装配方法及装配合理性有关。采用正确的装配方法装配液压设备,密封件不易受损,弹性好,使用寿命长,有利于提高产品的质量和密封性能。

  在维护过程中,应防止密封件损坏,如硬化(老化)、磨损、挤出、腐蚀。当硬度过高时,密封件不能填充与配合零件之间的间隙,就会产生泄漏。密封件的磨损涉及配合零件的表面光洁度、运动速度和传动媒体等,不同的密封材料适应不同的运动速度。当密封件承受过大压力时,会被挤到金属间隙,损坏密封件而产生泄漏,这种情况涉及密封件本身的硬度及金属间隙是否过大,如果在设计、选型、加工或安装上处理不当,都会出现挤出损坏。腐蚀表现出来的情况是密封件软化甚至溶解,原因是有害介质接触,媒体含水或溶剂时都要特别注意。

3、结束语

  为提高兰高阀门的可靠度,延长阀门使用寿命,做好投产期的维护是非常重要的。目前,对于已投产的兰高阀门,做好齿轮箱的密封,保证密封点不渗漏,是解决齿轮箱进水锈蚀的最佳途径。为此建议:按上述方法为齿轮箱购置对应型号的密封件;提高阀门齿轮箱安装精度;采用固定扭力扳手对角安装螺栓,保证建立完整密封面;进行预防性维护管理,制定周期性维护计划并严格实施。

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