高線軋機初中軋軸承座密封系統(tǒng)改造
2023-08-21
王勇 徐鳴鶴 林再洪
摘 要：分析了高線軋機密封系統(tǒng)進水的原因，介紹了一類軸承座密封系統(tǒng)的改造方法。對冶金行業(yè)技術(shù)改造具有較強的借鑒價值。
關(guān)鍵詞：密封；線材軋機；軸承座
近年來，國內(nèi)引進了多條高速線材軋機。為了降低成本，高線裝備中的主體部分預精軋機、精軋機是從國外引進，而初軋機和中軋機組是國內(nèi)配套。筆者走訪過許多高線廠，發(fā)現(xiàn)立輥軋機的下軸承座漏油進水時有發(fā)生，燒軸承、甚至停產(chǎn)也經(jīng)常出現(xiàn)。而高速線材軋機生產(chǎn)線顯著的特點就是軋制的連續(xù)性和工作的高可靠性。顯然,這種漏油進水的現(xiàn)象嚴重干擾了正常的生產(chǎn)秩序，雖然廠家都很重視,也采取很多辦法，比如：用機械密封代替橡膠密封或者使用磁力密封代替橡膠密封，甚至有廠家在軋輥下端車出凹槽綁上傘狀尼龍布即“綁雨傘 ”的辦法來防止水進入軸承。但這些方法都存在許多問題，比如改造成本非常高(特別是磁力密封)，改造周期過長，而“綁雨傘 ”的辦法直接影響到軋輥的強度。筆者認為軸承座進水的主要原因是密封系統(tǒng)設(shè)計不合理，而并非橡膠密封不適用于這種工況條件。當然也不排除有密封件質(zhì)量低劣、安裝方法錯誤等原因造成的泄漏。
一般情況下高線軋機初中軋軸承座密封工況條件是：轉(zhuǎn)速<25ｍ/s；溫度 <100℃；介質(zhì)是潤滑脂、潤滑油以及外界的冷卻水和氧化鐵皮；壓力0～0.05ＭAa。輥軋機的下軸承座象漏斗形狀，由于長期承受冷卻水、氧化鐵皮、水蒸氣等的沖刷,很容易進水甚至氧化鐵皮等雜質(zhì)，導致軸承磨損甚至燒軸承，增加了高線廠停機檢修時間以及設(shè)備維修費用。西北某鋼鐵廠經(jīng)常出現(xiàn)燒軸承這樣的惡劣情況。該廠初中軋是1～14機架,這些機架下軸承座的軸承壽命短的只有2個月，長的也不超過4個月。本文作者以該廠10～14機架軸承座密封系統(tǒng)為例來說明改造過程。
1 存在的問題
如圖1所示，軋機機架軸承座密封系統(tǒng)是由一個內(nèi)骨架單唇口油封(210ｍｍ×250ｍｍ×15ｍｍ)、一個標準水封(GVA2000)、一個迷宮密封組成。該系統(tǒng)低估了工況的惡劣程度，系統(tǒng)設(shè)計不夠嚴密合理，主要存在以下問題：
(1)油封是靠密封唇口施加給軸以徑向力，從而起到密封作用。普通單密封唇口密封安裝是有方向性的，只能起到單向密封作用。圖1中的油封唇口朝下，原設(shè)計的主要目的是防止軸承內(nèi)的潤滑脂外溢。但從軸承的實際使用情況來看，其主要作用應該是防止水進入軸承，因此筆者曾建議廠家改變安裝方向，使油封唇口向上安裝。從后來實際的使用情況來看也印證了筆者的推測，軸承的壽命有所提高，但是仍沒有達到廠家的實際使用要求。
(2)由于長期接觸水及水蒸氣，與水封唇口的接觸面因生銹而不光滑，使水封使用效果和壽命大打折扣。水封從它的結(jié)構(gòu)特點上決定其密封性能不會很嚴密，它只能將大部分水甩出而不能完全防止水進入軸承，另外水封唇口向下安裝的設(shè)計在這種工況條件下也不合理。
(3)迷宮密封是利用流體流經(jīng)迷宮式曲折通道的節(jié)流間隙與膨脹空腔，使工作介質(zhì)產(chǎn)生節(jié)流效應，以限制流體泄漏的非接觸式密封。迷宮密封主要用于氣體介質(zhì)，需要密封的兩個腔體間具有壓力差。由于軋制用的冷卻水所在的外部和軸承內(nèi)部幾乎沒有壓力差,密封的介質(zhì)主要是水，因此在這種情況下迷宮密封并不適用。另外，迷宮密封對加工精度、迷宮形狀、迷宮長度都有較高的要求，因此采用迷宮密封也會增加生產(chǎn)成本。
(4)從外界侵入的水被水封、油封阻攔后堆積在密封腔內(nèi)被迷宮密封阻攔無法及時排出，必然會逐步滲入軸承內(nèi)。
2 改進措施
圖2是改造后的下軸承座的密封系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由2個內(nèi)骨架雙唇口油封(210ｍｍ ×250ｍｍ×15ｍｍ)同向安裝、1個窄斷面非標水封(GVA2500)組成。該密封系統(tǒng)有以下特點：
(1)原迷宮環(huán)上保留有一個金屬的凸出板，將有效阻止水、氧化鐵皮等對密封系統(tǒng)的直接沖擊，從而起到保護主密封系統(tǒng)的作用。
(2)水封是第二道防線，密封唇口向上，安裝時注意在唇口滑動面上涂覆薄層潤滑脂。水封起到“粗密封”的作用，它能夠把大部分水及其它雜質(zhì)甩出。
(3)同向安裝的兩個油封起到“精密封”的作用，防止侵入的少量水及雜質(zhì)繼續(xù)侵入軸承。
(4)排水口的設(shè)計有利于把侵入密封腔內(nèi)的水及時排出。需要指出的是排水口必須向下傾斜以防止外界的水從排水口直接侵入?
(5)油封使用雙唇結(jié)構(gòu)(如圖3所示)，副唇口可以起到防止?jié)櫥屯庑沟淖饔?，主副密封唇口之間可以存儲少量潤滑脂，防止密封唇口出現(xiàn)干摩擦。
(6)由于除去迷宮密封，端蓋及配合件的加工遠比改造前簡單、容易。
3 改造過程中注意事項
(1)密封件的制造過程中，油封水封材料選型以及配合時需要考慮的幾個方面：
①良好的耐油、耐水性是選材的前提；在介質(zhì)老化過程中，體積變化、強度變化、伸長率變化、壓縮永久變形等性能應達到并超過相應標準值。
②唇口部位恢復性及跟隨性要好，這就要求膠料具有良好的彈性。
③制品硫化成型時，必須考慮到膠料焦燒期、流動性，以降低廢品率，提高產(chǎn)品外觀質(zhì)量及整體質(zhì)量。
④材料的耐磨性。產(chǎn)品長時間高速旋轉(zhuǎn)，唇口部位磨損相當嚴重，提高膠料耐磨性可以延長產(chǎn)品壽命。
⑤材料選擇和膠料的配方設(shè)計，還應該使膠料具有良好的綜合性能。
(2)密封件的安裝過程中應當保護好密封件的唇口(工作面)，防止安裝時劃傷；另外要防止安裝時造成油封變形翹曲。安裝注意事項可以參考相關(guān)手冊或者咨詢密封件廠家。
(3)因密封不能存儲在高溫熱源附近，而冶金行業(yè)車間存在高溫，且粉塵較多，因此在使用密封之前不要打開原始包裝以防止粉塵、雜質(zhì)粘附污染密封唇口。
4 改造結(jié)果
這套密封系統(tǒng)經(jīng)過實際改造使用，軸承壽命得到成倍提高。按照同樣的設(shè)計思路對 1～5機架和6～9機架進行改造，事實證明改造是成功的。這種改造方式具有相對較低的改造成本和制造周期，因此具有較強的實踐價值。需要說明的是，由于原始設(shè)計的空間有限，這套密封系統(tǒng)也不是很完善。主要存在以下缺點：
(1)水封被迫改造成非標窄端面結(jié)構(gòu)，限制了其性能；
(2)兩個油封缺少潤滑脂注油口，有出現(xiàn)干摩擦的可能，安裝時在油封的兩個唇口之間要抹些潤滑脂。
參考文獻
【1】廣廷洪,汪德濤.密封件使用手冊.北京：機械工業(yè)出版社,1994.
【2】汪德濤,等.機械設(shè)計手冊：第3卷.北京：化學工業(yè)出版社,2002.
【3】李正波.軋機油膜軸承的DF密封與水封及DF密封、水封的常見損壞形式分析與對策.潤滑與密封,2003 (6).
（來源：潤滑與密封）
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