虽然在旋转机械中使用油封来保持润滑是很常见的，但通常选择轴承隔离器迷宫式密封技术来保护轴承和润滑。制造商、维修设施和用户通常选择轴承隔离器，以用于苛刻的应用环境。在这些环境中，诸如污染、轴不对中和设备振动等工况是需要考虑的问题，以避免频繁更换。轴承隔离器可以提高轴承的可靠性和保护，并延长设备的平均无故障时间（MTBF）。在设施管理人员专注于维护成本和限制停机时间或计划外停机而造成的生产损失的时候，轴承隔离器迷宫式密封具有多种优势。轴承隔离器迷宫式密封用于保护旋转设备（如电动机、齿轮箱、泵和剖分式轴承座）中的轴承和轴承润滑。简单来说，轴承隔离器由固定部件（定子）和旋转部件（转子）组成。这些部件的组装在密封中形成了一条狭窄的迷宫路径。这种设计可以防止污染物进入轴承装置。在许多情况下，轴承隔离器可以安装在与油封相同的空间中，而不需要修改密封位置的几何结构。选择轴承隔离器作为OEM选项或作为现有设备的改造，是因为轴承隔离器具有多个优点，包括使用寿命长和不会损坏轴表面的非接触式密封配置。接触唇式油封是在旋转机械中保持润滑的简单解决方案。然而，在性能和可靠性方面可能存在局限性。最初，油封可以提供足够的密封特性，但随着时间的推移，机器的运行工况、配置和状态会导致密封磨损并最终失效。商用油封的平均寿命约为1,500小时，具体取决于应用变量。与环境苛刻且不对中、工作温度和轴转速增加的应用相比，满足或超过推荐的密封运行参数的相对清洁应用可能会延长使用寿命。好消息是，通过使用轴承隔离器，可以提高旋转设备的MTBF，并将计划外停机降至最低，从而可以延长设备的使用寿命。
图1：浸没式轴承隔离器截面图（图片由Garlock提供）
具有挑战性的工况
当唇形密封在多尘或肮脏的运行环境中使用时，残留物和碎屑最终会嵌入到密封唇的下面。如果密封泄漏，轴上的油或润滑脂将进一步导致密封唇下的污染物积聚。这最终会磨损唇部，导致润滑剂泄漏、轴磨损和开槽。为了克服这些问题，如果密封失效导致润滑油泄漏，用户可能会向轴承装置加注过量的润滑油，以确保轴承得到润滑。在油脂润滑轴承中，过度润滑的做法是清除油封唇部污染物的常用方法。在这两种情况下，过度润滑可能会产生其它问题，不仅限于润滑浪费造成的成本增加、工作温度升高以及由于轴承在增加的润滑脂或油量中旋转而导致的效率降低。在某些行业中，润滑油或脂泄漏到系统外可能会导致来自监管的罚款。这个问题可以通过轴承隔离器来缓解，该隔离器提供双向密封能力，既能保持润滑，又能防止污染物进入系统。
密封润滑要求
油封需要与轴承润滑剂持续接触，以防止密封唇部出现干运行状态。缺少润滑的油封可能会导致几个问题，包括油封唇部的加速磨损、设备摩擦和热量增加以及轴磨损。这些问题反过来又会导致用户采取过量润滑来解决上述问题，以防止轴承故障并避免停机。轴承隔离器采用非接触式设计，这意味着密封组件的静态表面和旋转轴之间没有接触。这种配置允许密封在干燥工况下运行，无需润滑或额外的维护计划或使用自动润滑脂系统等设备。可以遵循制造商推荐的润滑要求，因为轴承隔离器在运行期间不需要润滑接触，并且外部迷宫将防止污染物进入轴承。这可以实现免维护的密封组件、降低运营成本并为旋转设备提供清洁的运行环境。
设备振动和不对中
虽然许多变量会影响密封的性能和使用寿命，但设备振动和轴不对中可能会产生严重影响。驱动部件和被驱动部件之间的设备轴不对中会导致传动系统振动。轴不对中（径向和轴向）通常会导致轴相对于密封孔位置的类似偏移。如果不对中非常严重，可能会加剧油封的磨损。大多数商用唇形密封只能容忍少量的不对中，而不影响密封唇部的接触和保持润滑的能力。振动和不对中会在密封的接触唇部产生偏移或局部压力，导致接触唇磨损、轴表面磨损，最终导致润滑损失。
图2：充满润滑油的浸没轴承隔离器
当使用在定子和转子之间的整体连接组装的轴承隔离器密封时，可以通过密封组件内设计的迷宫间隙来容忍不对中和相关振动。组合组件包含低摩擦的聚四氟乙烯（PTFE）连接组件，即使存在不对中和振动，也允许转子自由旋转。组合迷宫式设计可以允许轴径向和轴向移动，从而防止定子和转子之间不必要的接触。其它简单的非组合迷宫式设计（在定子和转子之间装配有O形圈）不能提供组合式设计所需的转子轴向控制，这使得金属部件在运行过程中接触。在运行过程中，转子和定子之间的旋转和不对中会导致O形圈（磨损）颗粒和金属屑的产生，并且摩擦会在密封组件中产生热量。此外，标准的组合迷宫式设计会增加轴的不对中度，定制的迷宫设计选项会进一步增加密封组件内的间隙。
设备润滑和正压密封要求
在某些类型的旋转机械（主要是齿轮箱）中，根据OEM的建议，油润滑可能会加注到密封腔中。该加注液位不是为了确保密封润滑，而是为了保证内部齿轮和轴承在运行过程中得到充分的润滑。建议的加注液位可能会导致润滑油加注到密封位置，也称为浸没状态。在浸没润滑油配置中，需要一个正压唇形密封以防止润滑油流失，因为传统的轴承隔离器配置有开放的迷宫路径，允许润滑油泄漏。用户不限于在浸没式油装置中使用油封。他们还可以考虑安装浸没式轴承隔离器产品，以将油保留在系统内。浸没式轴承隔离器将提供非接触式密封设计，其配置可避免导致轴表面磨损或开槽。这种类型的密封设计将在迷宫内部包含一个优质氟橡胶（FKM）油封元件，将密封元件的接触唇直接定位在密封的内部旋转表面上，而不是直接位于轴表面上。通过使用组件防护等级达到IP66迷宫式设计和 FKM 密封元件的浸没式轴承隔离器，可以保持设备内部油润滑水平，同时还可以防止污染物的进入。这些功能的组合，可以形成一个不受外部污染影响且不会磨损设备轴表面的非接触式密封组件。测试表明，在内部安装FKM密封元件和PTFE组合部件后，浸没式轴承隔离器将在径向轴不对中增加的应用中提供无泄漏设计，否则会给非浸没式设计带来问题。轴承隔离器的优点可能是广泛的，在许多情况下，最终用户可以证明其成本是合理的。使用轴承隔离器可以增加MTBF，并且无需昂贵的维修或更换损坏的轴。非接触式设计可以防止未来的损坏。轴承隔离器迷宫式密封可以根据需要进行设计/配置，以适应旋转机械中增加的设备不对中和振动。这可能是有益的，最终避免影响效率、产量和不可接受的磨损及设备损坏。
图4：轴开槽 - 油封和轴承隔离器
作者简介：Jeff Blank是Garlock Klozore的产品工程师。
