轧机油膜轴承密封防水能力改善

李志有

(铁岭五星油膜橡胶密封研究所 辽宁铁岭 112000)

1 前言

轧机油膜轴承是轧机的关键部件，其充分发挥作用需要一个良好的运行条件。轧机的运行环境十分恶劣，除了要接受大量冷却水的冲刷，还要承受轧制过程中产生的大量氧化铁皮等杂质侵入的危险，因此，作为保障油膜轴承正常运转的密封系统格外重要[1]。

油膜轴承密封系统具有如下双重密封作用：一方面阻止油膜轴承内部润滑油的泄漏，保证油膜轴承的锥套与衬套之间形成连续不断的压力油膜，而不发生直接的金属接触，另一方面阻止轧机外部冷却水及氧化铁皮等杂质进入轴承内部破坏其运行环境[2]。密封系统一旦失效，轻则漏油进水，造成停工停产，重则损坏油膜轴承，造成重大经济损失。因此，我们有必要根据现有的密封结构及失效形式做出相应的分析和改进，从而提高密封系统的可靠性，使油膜轴承更加稳定可靠的运行。

随着我国现代大型轧机设备及轧机油膜轴承技术的高速发展，油膜轴承密封技术也逐步进行了改进。当前以美国摩根公司推出的DF型多肢密封结构应用最为广泛，这种结构设计为油膜轴承技术的发展做出了重要贡献。尽管这种设计十分优秀，但也不是尽善尽美，尤其应用在使用年限已久的轧机上问题凸显，漏油进水现象时有发生。

2 典型油膜轴承密封结构

轧机油膜轴承密封结构主要是指轴承座与轧辊辊脖之间的回转密封，此处密封既包括动密封，又包括静密封，是油膜轴承密封技术的关键所在。以DF型多肢密封结构为代表的回转密封结构如图1、图2所示，主要由密封盖、水封、铝环和DF密封圈等部分组成[3]。

图1 DF型多肢密封结构1-密封盖;2-轴承座;3-水封;4-轧辊;5-铝环;6-DF密封圈;7-锥套;8-衬套

图2 DF密封圈结构1-主唇;2-副唇;3-钢带;4-封油唇;5-封水唇;6-抛油唇

密封盖安装在轴承座上，水封的法兰部分安装在密封盖上，水封的唇口部分与旋转轧辊的端面贴合，形成一道防水动密封。铝环平面侧通过胶钉贴在轧辊端面上，内沿抵在DF密封圈封水唇的根部连同DF密封圈及锥套与轧辊一同旋转，铝环与水封及密封盖的凹槽形成一道迷宫式密封，同时铝环在旋转时又能将少量的积水甩向外圆周，从而缓解DF密封圈的密封压力。DF密封圈是此密封结构中的核心部件，其内圈的主唇、副唇与轧辊辊脖紧密贴合并形成有吸附作用的负压腔，同时在腰部钢带的作用下对其进行径向定位；DF密封圈在锥套和铝环的夹紧作用下对其进行轴向定位；DF密封圈的封油唇和封水唇分别与密封盖的内径接触形成最重要的封油防线和封水防线，此外，DF密封圈抛油唇的作用在于一方面阻挡来自锥套和衬套之间的压力油保护封油唇，另一方面在旋转作用下利用其导向面将油液甩向密封盖的集油槽。

在轴承座和轧辊之间安装如上所述的回转密封组件所形成的多道密封防线，在轧机工作时有效地阻止外界冷却水和氧化铁皮等杂质的入侵，同时又防止油膜轴承内润滑油的泄漏，为油膜轴承的正常运转提供了一个可靠的运行条件。

3 DF型多肢密封结构防水能力的不足

作为油膜轴承密封结构与外界直接接触的第一道封水防线肩负着直接抵抗外界大量冷却水和氧化铁皮等杂质入侵的重要任务。从DF型多肢密封结构多年来使用情况和自身的结构特点总结和分析，对于水封处的防水密封有以下几点设计不足之处：

(1)水封唇口与轧辊端面接触，在轧辊旋转时形成动密封，若轧辊端面锈蚀严重粗糙不平会加速水封唇口的磨损，导致防水密封过早失效；

(2)断面为V字形的水封由法兰固定在轴承座上，在腰部的回弹作用下保持唇口与轧辊端面始终接触，轧机在工作时轧辊在轧制力的作用下有少量的轴向窜动，会使轧辊一端的水封唇口受压而增大摩擦力，加速了水封唇口的磨损；

(3)由于轧机工作时工作环境比较恶劣，氧化铁皮和灰尘等杂质比较多，当杂质堆积到V形水封的底部时会影响腰部的回弹，从而导致水封唇口压力增大而磨损加速；

(4)固定在轴承座上的密封盖通过O型密封圈与轴承座实现静密封，但由于密封盖较重，轧机工作时冲击震动较大，此处密封很容易失效，再加上密封盖用久了锈蚀严重，冷却水和雾气会沿螺钉孔和配合面进入到密封内部。

4 防水能力的改善措施

针对上述DF型多肢密封结构防水能力的不足，本文提出以下几点改进措施。

4.1 增加防护水封

为了减轻V形水封的密封负担，在V形水封的外侧增加一组防护水封，相当于多增加一道密封防线，主要用于直接阻挡大量冷却水和氧化铁皮等杂质对原水封的冲刷、侵袭，同时又能减缓密封盖、轧辊等金属件的锈蚀。

具体实施方法如图3所示，将橡胶防护水封套在密封盖上并用钢带箍紧固定，防护水封的唇口搭在轧辊或安装在轧辊的过渡件上形成动密封。防护水封可采用整圈结构或大半圈结构，唇口可采用单唇或多唇的形式，唇口可搭接在轧辊轴肩的端面或柱面上，具体结构视实际工况而定。

图3 DF型密封结构的防水改进1-防护水封;2-钢带;3-密封盖;4-水封;5-轧辊;6-陶瓷环

4.2 增加陶瓷环

为了减缓水封和防护水封唇口的磨损速度，在轧辊上安装一陶瓷环，如图3所示。陶瓷环是一个金属的法兰，在与水封唇口的贴合位置喷涂陶瓷层，由于陶瓷层具有耐磨、耐腐蚀的特点，同时表面又光滑，对与之接触摩擦的橡胶唇口有很好的保护作用。

陶瓷环通过螺钉安装在轧辊上，断面形状可根据实际需要灵活设计。陶瓷环也可镶嵌在轧辊内，以确保V形水封有足够的安装空间，又有利于陶瓷环的径向定位。

4.3 涂抹防水密封胶

轧机运行环境比较苛刻，安装在轴承座上的密封盖锈蚀以后容易引起静密封失效，为了确保密封盖与轴承座之间密封的可靠性，安装密封盖时除了使用O型密封圈，还应在密封盖与轴承座之间涂抹防水密封胶，安装固定螺钉时，也带密封胶安装，这样可以有效地阻止冷却水进入安装孔及缝隙，增强对密封盖的防护能力。同样，在安装陶瓷环时，也应涂抹防水密封胶，以防止冷却水沿缝隙进入到密封结构的内部。

5 实施效果

通过在吉林建龙、宁波钢铁、新余钢厂等国内多家钢企对以上改善措施的实施，充分验证了改善措施的显著效果。油膜轴承的进水量大大减少，润滑油的乳化程度显著降低，油质状况良好，油耗降低，平均每年每条生产线节省油脂费用10万元以上，同时水封的使用寿命大大提高，由原来的3个月提高到6个月以上，平均每年每条生产线节省备件费用10万元以上，既节约了炼钢成本，又减轻了劳动负担，经济效益十分可观，改进技术值得全面推广。

6 结语

影响轧机油膜轴承漏油进水问题的因素有很多，本文所述的技改措施在密封结构外围防水问题上有的放矢，并取得了显著效果。油膜轴承密封问题是一个比较复杂的系统问题，在长期的理论研究和生产实践中还需要不断的分析、总结和改进，使油膜轴承密封技术不断提高。