1.1旋轉接頭的介紹

   旋轉接頭，是一種旋轉的機械密封裝置，它是將介質由固定供應管路輸入到旋轉滾筒中去的過渡部件。應用旋轉接頭的介質包括蒸汽、水、導熱油、液壓油、空氣和冷卻液等。旋轉接頭作為機械設備轉動部件和非旋轉部件的連接體，在各類機械設備中使用廣泛。隨著我國工業的迅速發展，旋轉接頭將得到越來越廣泛的應用。

   1.2旋轉接頭的工作原理

   普通旋轉接頭的彈簧式機械密封可在液體與氣體介質間或介質與周圍空氣間進行提供密封隔離。旋轉接頭的彈簧是用以提供初的內部密封壓力，接頭一旦開始運作就呈壓力密封狀態，彈簧起補償密封磨損作用。低氣壓或真空環境依靠彈簧推力來進行密封。旋轉接頭一般有三種密封形式，平面密封、球面密封和彈性體回轉面密封。

   隨著旋轉接頭技術改進，旋轉接頭在平面密封一塊引用了平衡式密封。平衡式密封旋轉接頭，通常用于液體介質（如：水，冷卻液等），也可用于傳導水蒸汽或其它氣體介質。平衡密封技術使介質壓力、推力載荷和密封面接觸壓力保持在低限度。這樣即降低磨損又延長了密封壽命。用彈簧對密封面進行加載固定，使其不能產生轉動和攢動，正是這種旋轉和攢動使輔助密封過早老化，進而使旋轉接頭產生泄漏。平衡式密封通常由球軸承支撐。

   球面密封是旋轉接頭通常采用的一種密封結構?；驹硎峭ㄟ^球面和錐面相互擠壓的接觸面來實現密封，具有密封性能好、拆裝方便等特點。在球面密封結構中，影響它的密封性能的主要因素有兩個方面：一是球面和錐面的加工質量；二是球面和錐面的研磨精度。

   彈性圓柱體密封的密封面是窄帶圓柱面，靠彈性體補償磨損。這種密封機構對圓柱體加工要求比較高，槽底加工尺寸、表面粗糙度、圓度、同軸度等都要得到嚴格保證。

   密封環是旋轉接頭的主要易損件，在運行時，密封環不僅承受內部流體介質的壓力而且還要承受來自外管運轉所產生的旋轉扭力。因此車速、溫度及介質等工況條件因素會影響密封環的使用壽命。在相當大的程度上，旋轉接頭實際只是一個密封外殼。質量差的密封環磨損較快，導致增加維護時間、停機時間、維修成本。如果密封失效，那么介質泄漏會影響到設備的加熱或冷卻效率，更換一個密封環的費用相比密封失效后總經濟損失小得多。

   1.3旋轉接頭的安裝和使用

   按安裝結構分可分為自支撐式和外支撐式。

   自支撐式接頭有兩種內部支撐形式：無油軸承和球軸承。

   外支撐式接頭采用外部支撐裝置，如：用支桿撐起接頭上的止轉支撐孔，并將支桿固定在支座上，或用支架撐起接頭，并將支架固定在支座上。

   1.31自支撐式接頭中的球軸承一般是平面式密封，球軸承起支撐作用，如圖1～3所示；

自支撐式接頭中含有的碳軸承一般是球面密封，碳軸承起支撐作用，如圖4～5；

外支撐旋轉接頭較適用于對接頭剛度、位置及同軸度要求高的條件。如圖6、7。

圖 7 外支撐旋轉接頭

   1.32 旋轉接頭在安裝過程中容易被忽視的是旋轉接頭的止轉和承重機構的設置。旋轉接頭的外管即空心軸與旋轉體剛性連接、同步運轉，而殼體相對靜止，但殼體受內部所通介質壓力及密封的摩擦扭矩的作用有轉動的趨勢，若不加止轉機構，這個扭矩將作用到金屬軟管上。實踐證明，當金屬軟管充當止轉受彎曲應力的作用，久而久之就會導致破裂。如圖；

   1.33 對于自支撐式接頭來說，多數旋轉接頭使用廠家將旋轉接頭的止轉和承重吊裝機構合二為一，根據設備布置的需要，旋轉接頭殼體上的止轉承重孔或導向豁口，可以是軸向的也可以是徑向的。常見的止轉和承重機構如圖。應特別注意的是，止轉和承重機構只可止轉和承重，絕對不能限制旋轉接頭的軸向移動，也不要限制接頭的沿圓周的擺動。浮動式球面密封旋轉接頭的內部結構如圖4～6所示。摩擦副磨損以后，由自動補償系統予以補償，旋轉接頭內裝式密封設計在殼體的前端，磨損后只有殼體后退方可補償，一般設計補償量在10mm左右，若殼體不可后移，即止轉卡住殼體，如圖8。密封件雖沒失效，但旋轉接頭密封副磨損得不到補償將泄漏。對于型號偏大的接頭，由于自身重量的原因，隨著機器的運行會下垂，密封環會形成橢圓形磨損，所以這時候附加的止轉裝置還起到承重的作用，因為接頭有向下趨勢時會被支撐裝置反向作用，如圖9。所以機構設計的不合理也會導致接頭不正常泄漏。

圖9  止轉實例

圖10 支撐承重實例

   1.34 配置的金屬軟管應具有耐壓、耐高溫、減震功能，利于管道和旋轉旋轉接口有偏移時安裝，同時金屬軟管連接應適應旋轉接頭的殼體位移要求。所以，金屬軟管要有合適的長度，保證金屬軟管安裝后金屬軟管應處于松弛微彎狀態，絕不能對接頭產生拉力，如果是剛性連接則會限制旋轉接頭在運行過程中的自補償能力。

   1.35 對于外支撐結構，首要保證的是安裝的旋轉接頭與設備的同軸度。如圖是外支撐結構的典型例子，在安裝此接頭之前，對于和環形支架相連接的安裝基準面來說，它們所配合的面必須是光滑平整的，保證整個旋轉接頭在安裝完畢后和設備有很好的同軸度，對接頭的使用功能和壽命來說至關重要。 當然，在此類旋轉接頭的密封組件中，例如：圖12  安裝球形端蓋時需要注意幾點。一是螺絲對角的擰緊，二是對于擰螺絲的力矩不能太大，經試驗得出M12的螺絲扭矩是60N/m、M16的螺絲扭矩是160N/m。因為球形端蓋屬于密封組件的一部分，如果在安裝過程中擰螺絲的力道過大，在設備升溫以后容易產生形變，使密封面不能完全貼合，出現泄漏的狀況。

圖12

   對于此種旋轉接頭來說，還有特殊的一方面是彈簧補償機構裸露在外面。因為現階段國內的設備參數的整體統一度不高，如果只按理想狀態安裝，彈簧的壓縮量往往會有大約10mm的出入，而多出的10mm對于石墨的壓力會很大，由于旋轉扭力對石墨環過大的作用力加上流體壓力，石墨密封環容易破損或者是超正常狀態磨損，具體表現為外圓龜裂和剝落現象，所以有時需要在安裝過程中調節彈簧的壓縮量，使壓縮量控制在理想設計的壓縮量8～12mm范圍內。如果壓縮量過小，甚至石墨環與密封端面脫開，我們需要增加調節墊片在球形端蓋的后方（通常旋轉接頭廠家提供），否則會產生非接頭質量原因的泄漏或者是短時間接頭失去補償能力。這種外支撐的旋轉接頭通常是帶內部懸臂固定式虹吸器的。如圖7，是旋轉接頭安裝完畢的效果。

   我們要在保證旋轉接頭虹吸口盡量貼近烘缸內壁的同時還要保證不擦缸壁。因為我們計算得出1.6mm的冷凝水和25mm的鑄鐵傳導熱性能相當，也就意味著我們越貼近缸壁1mm節約的能量越多，為用戶節約的成本也越多；但前提是，我們必須保證烘缸在運轉的過程中不與接頭上的部件想摩擦。我們可以想象，高速運轉中的烘缸擦到接頭部件將導致虹吸器甚至是烘缸外部接頭何種程度的損壞，所以我們要確認吸嘴與烘缸內壁高處的距離是我們要求的5mm。旋轉接頭生產廠家會提供調整塊吸在吸嘴下方，手動調節沿烘缸內壁旋轉一周，調整塊剛好擦到缸壁為佳。同時，我們也要將螺絲擰緊，在設備長年累月的運行中，設備的震動與偏移會影響這個安全距離，所以螺絲的松緊顯得十分重要。

   1.4前面我們提到的幾點是用戶容易忽視或者容易出錯的地方，當然我們的安裝必須從第一步就規范起來。

   1.41安裝前的準備工作

   旋轉接頭空心軸采用螺紋聯接時，應檢查螺紋的旋向是否與配裝旋轉體旋轉方向相反，尺寸是否相同。    
   對配置有滾動軸承的旋轉接頭，應檢查出廠日期，若因時間長原加潤滑脂已失效，安裝前需通過注油孔向軸承注油。

   安裝前需清理與旋轉接頭相連接的安裝面，保證無雜質及殘留物存留在表面，同時清理設備內部，以便正常使用后通過旋轉接頭的流體不會對接頭內部的密封部件產生破壞。

   1.42安裝時

   當外管與連接旋轉體采用螺紋連接時，一般在螺紋處涂抹密封膠或生料帶，用工具夾緊外管（一般都設計有使用扳手夾口平面）對正旋轉體螺紋聯接孔中心旋入，直至旋緊為止。當外管與連接旋轉體采用法蘭連接時，應在軸端的止口臺階上加一厚薄均勻的紫墊圈，然后對正配用旋轉體端部配合部分和螺孔，用螺栓固定，應對角旋緊，力矩應該相同。如果有內管，內管與旋轉接頭的殼體尾部或外管底部的連接方式一般采用螺紋和滑動套連接，螺紋式連接與配用旋轉體的旋向相反，與外管采用螺紋或配用旋轉體連接的旋向相同。外管采用法蘭連接時，內管與殼體尾部采用螺紋連接后，有時用螺母將內管端部鎖緊于殼體尾部。安裝時將內管由外管接口向內對正旋轉接頭殼體尾部螺孔，旋緊固定，然后將內管送入配用旋轉體的內腔，若采用虹吸式，應調整虹吸管吸水口向下，然后將外管與安裝面連接。當內、外管之間采用填料密封時，應將填料壓蓋、止轉銷（有的旋轉接頭設計有此零件）拆下，試情況不同松動填料，或取出填料，然后將內管對正外管中心裝入，將外管與配用旋轉體固定連接。然后按原拆開的順序反向將內管填料壓蓋、端蓋等裝配好。需要注意的是，在將接頭與軸頭連接之前，應將金屬軟管與旋轉接頭先連接好，這樣做是為了保護旋轉接口螺紋和旋轉接頭內部精密件。

   1.43安裝后

   用手或工具扳動旋轉接頭殼體，檢查是否轉動靈活，否則需查找原因，調整。 

   配有滾珠軸承且設計有潤滑油脂加入和泄放孔時，應檢查是否是加油孔向上，泄放孔在下，并檢查直通注油杯在搬運過程中是否碰壞、堵塞。 

   檢查并調正流體進入或引出管道位置是否與旋轉接頭相應孔道對應并符合設計要求。 

   裝配旋轉接頭的止轉和承重吊裝結構零件，并調整其殼體與空心軸同心度一致。 

   根據旋轉接頭安裝使用說明書裝配連接金屬撓性軟管（或其他撓性軟管）及其他有關管件，并與輸送流體的管道連接固定。

   旋轉接頭與輸送流體的管道之間的連接，中間均配一段金屬撓性軟管，其配用撓性軟管長度推薦選用下面數值：lin(25mm)以下（指公稱英制、公制管徑）取400-500mm；lin(25mm)以上取≥500-700mm。配置金屬軟管的目的這里將其歸納如下： 

   1、彌補流體輸送管道與旋轉接頭連接之間的同心度、位移、偏斜等偏差。 

   2、補償安裝、使用過程中由于旋轉接頭摩擦副的磨損所造成的軸向位移和溫度引起的熱脹冷縮位移。 

   3、用以降低和減弱輸送流體壓力脈動所引起的振動和配用設備在運轉過程中所引起的振動。 

   配裝金屬軟管以減少或消除旋轉接頭在安裝、使用過程中由于同心度、垂直度、設備振動、偏擺等因素對它密封性能和壽命的影響。

二、旋轉接頭密封的故障及原因

   2.1 磨損失效

機械密封的在旋轉設備的運行當中，密封面經常會出現磨損、熱裂、變形、破損等情況，彈簧用久了也會松弛、斷裂和腐蝕。輔助密封圈也會出現裂口、扭曲和變形、破裂等情況。通常這類密封失效都發生在旋轉接頭保質期外，及時更換零配件有助解決泄漏問題。

   2.2 旋轉接頭自身設計

   旋轉接頭的密封面要有一定的比壓，這樣才能起到密封作用，這就要求機械密封的彈簧一定要有一定的壓縮量，給密封端面一個推力，旋轉起來使密封面產生密封所需要的比壓。為了保證這個比壓，旋轉接頭要求轉軸不能有太大的竄動，一般要保證在0.15mm以內。否則外管會有大的竄動，就會發生周期性或陣發性的泄漏；

   摩擦副所使用的材料耐磨性差、摩擦系數大、斷面比壓（包括彈簧比壓）過大等，都會縮短旋轉接頭密封的使用壽命；

   密封材料有缺陷或者設計時沒有針對適應不同介質而改變密封材質都會引起泄漏；

   密封機構零件沒有去應力處理，在溫度升高后，產生形變而導致泄漏；

   其他方面，還包括外管振動引起的泄漏，傳動、緊定和止推零件質量不好或松動引起泄漏，機械密封輔助機構引起的泄漏，由于介質的問題引起的經常性泄漏等。

   2.3旋轉接頭振動偏大。設備旋轉過程中，會使動靜環貼合端面粗糙，動靜環與密封腔的間隙太小，由于振擺引起碰撞從而引起振動。有時由于密封端耐腐蝕和耐溫性能不良，或是冷卻水不足或端面在安裝時夾有顆粒雜質，也會引起機械密封的振動和發熱。

   機械密封振動偏大，終導致失去密封效果。但機械密封振動偏大的原因往往不僅僅是機械密封本身的原因，還有如轉軸設計不合理、加工原因、軸承精度不夠、外部連接設備平行度不保證、徑向力大、內管偏心等原因。

   2.4旋轉接頭安裝所引起的密封失效。連接的配管、止轉不適當。如果采用剛性管和接頭相連接、將其他連接設備的重量直接加在旋轉接頭上、止轉機構約束旋轉接頭，都會限制旋轉接頭的補償作用及影響旋轉接頭的正常磨損；

   密封結構裸露的旋轉接頭，同軸度、同心度差會引起密封失效，密封所需要的壓縮量過大過小也會對密封質量起很大作用；

   金屬軟管對旋轉接頭起補償位移和連接管道的作用，如對接頭有拉力，或別住旋轉接頭，都會對密封結構的長期穩定運行起不好的作用。

   2.5通過旋轉接頭的流體異常。如果流體混有異物、雜質、有晶體析出都會對旋轉接頭的密封面產生破壞作用，出現密封面劃痕、凹槽等現象直接導致泄漏；同樣，如果采用內支撐彈簧式，則容易使彈簧銹蝕、卡死。從而導致旋轉接頭密封失效。

   2.6 高溫效應而產生的密封失效

   在密封處由于干摩擦、冷卻水突然中斷，會導致環面出現徑向裂紋；

   石墨碳化是使用碳石墨環時密封失效的主要原因之一。由于在使用中，如果石墨環一旦超過許用溫度時，其表面會析出樹脂，摩擦面附近樹脂會發生碳化，使密封面泄漏增加，密封失效；

   輔助密封件（如氟橡膠、乙丙橡膠、全橡膠）在超過許用溫度后，將會迅速老化、龜裂、變硬失去彈性?，F在所使用的柔性石墨耐高溫、耐腐蝕性較好，但其容易脆裂，安裝時務必小心翼翼。