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现代大型轧机油膜轴承DF密封技术

作者：天津金百联机电              发表时间：2011-09-13

现代大型轧机油膜轴承DF密封技术 油膜轴承又称全液体摩擦滑动轴承，由轴颈、轴瓦、密封件、缓冲器等主要部件 组成。工作过程中，轴颈和轴瓦之间的油被无限挤压，产生楔形效应，从而形成 油膜。油膜将轴颈和轴瓦两个具有高速相对运动的部位分隔开来，形成了液体内 摩擦，并具有强大的承载能力，使油膜轴承能够适应现代轧机高速、重载的工况 条件，而且具有许多其它类型轴承无法比拟的显著优点，因而在现代大型轧机上 得到越来越广泛的应用。　　油膜轴承的密封系统是油膜轴承的关键部件，具有 二重作用：一方面防止轴承腔体内的润滑油外泄，使润滑油从箱体返回泵站，保 证形成连续不断的油膜；另一方面防止外界的冷却水、轧制油（乳化液）及铁屑、 灰尘等杂物渗入轴承腔体内，维持轴承的正常运转。如果密封失效，会导致外界 杂物侵入，使润滑油污染老化，降低油膜轴承寿命；还会导致腔体内润滑油泄漏， 不仅造成大量油的消耗浪费，而且油液会沿轧辊旋转的切线方向甩出，溅落到轧 制出的钢带、钢板表面，造成污染，增加退火困难，影响钢带表面质量。因而， 改善油膜轴承的密封结构，提高密封件的性能和寿命是发展油膜轴承技术的重要 课题之一。　　 1 结构特点 　　油膜轴承的密封技术和结构发展经过了几个阶段，目前我国冶金 企业大型轧机上使用的主要是第三、第四代密封结构，又简称x型、DF型密封。 X型密封属于第三代油膜轴承密封结构，是美国摩根公司（MORGON）的专 利。其特点是密封断面近似于英文字母“x”，密封面有A、B、c、D、E五个唇口 （见图l）。D、E是外密封唇口，D为封油唇，E为封水唇，唇口末端厚度一般为 5mm左右，与密封挡板接触，靠压缩过盈而起密封作用。 　　 DF密封是在x型密封结构上优化改进而产生的，人们称之为第四代密封。DF密封件 的断面与x型有所类似，工作原理也基本相同。但在三个方面作了优化（见图2）：　 　（1）将两个外密封唇口D唇、E唇改为斜角，唇口边缘减薄，加强唇口跟随性。　 　（2）密封挡板由斜角改为直角，密封件产生轴向窜动时两个唇口压缩量基本相等， 唇口就不会出现间隙。　 　（3）密封的机理采用了负压和泵吸的原理，密封的效果明显加强。DF密封减少了 泄漏量，降低了油耗成本，密封件寿命有较大提高，改善了钢板的表面质量。 　　实际生产应用中，x型密封由于过盈量大，密封件磨损严重、寿命短；而且高 速旋转时轧辊存在轴向窜动，加之密封挡板带有一定的倾斜角度，D唇口或 E唇口与 端盖之问易形成瞬间脱离，以及x型密封唇口厚、跟随性差，易造成漏油严重、系统 进水。因此 x型密封已逐渐被DF型密封所代替。　 　2 DF密封的工作原理 　　DF密封由橡胶铆钉、密封钢带、缓冲器、水封、密封挡 板、油封及0型密封圈七部分组成。　　 （1）密封钢带套在轴颈密封的腰部，作用是防止轴颈在高速旋转作用下的离心力对其 形状和尺寸的改变 （2）缓冲器的铝合金材质使它的转动惯量小，并 具有一定耐腐蚀性。此外，缓冲器还 具有轴向定位和 在旋转状态下的甩水作用。　　 （3）水封可以防止冷却剂的冲灌，使大部分冷却 剂避开轴颈密封圈的封水侧，对DF 密封的E唇口有 着保护作用。　　 （4）密封挡板与油封的接触面上喷涂了耐腐蚀性 能好的氧化铝陶瓷，使密封挡板的使 用寿命得以延 长，减少了摩擦损耗。挡板内表面加工了回旋线，轧 辊高速旋转时，螺 旋线产生回流，形成泵吸作用，把 渗入油封D唇口和E唇口外侧的油液（或水液）吸 人 唇口内侧，减少渗漏，提高密封效果。　　 （5）油封随着锥套和轧辊同步转动，与密封挡板 产生高速相对运动，几个唇口分工不 同，协同作用形 成有效密封（见图3）： 　　1）唇口A、B抱紧轧辊轴颈，起到静密封作用。其中A唇口封油，防止润滑油 外泄；B唇口封水，防止外界冷却剂、杂物侵入轴承。　　2）唇口C是甩油唇，挡住 了从轴承工作面上飞溅出的大量油液，并将油液向远离封油唇的方向甩出，对封油唇 起到“保护伞”的作用。　　3）唇口D是封油唇，E是封水唇。它们与密封挡板过盈 配合、紧贴挡板，与密封面保持一定的接触角度和压力。当密封件随轧辊高速旋转时， 把附着在它上面的油液（或水）以一定倾斜角甩出，使液流获得很大的惯性力，该液流 可阻止即将通过间隙外流或泄出的油液（或水）流出。同时，因唇面上的油液（或水） 高速甩出，故在唇口与密封挡板之问很小的缝隙处产生负压，有助于密封。　　 3 设计与制造 　　为确保DF密封的良好密封效果，应对产品材料选型、结构设计和 模具设计进行优化。　　（1）材料选型及配合时需要考虑的几个方面：　　1）良好的 耐油性能是选材的前提。在介质老化的过程中，材料应保证体积变化、强力变化及伸长 率变化较小，压缩永久变形小。　　2）唇口部位恢复及跟随性要求高，胶料应具有良 好弹性。试验时，空气中和介质中压缩永久变形值小。　　3）制品规格尺寸大、断面 复杂、金属嵌件多，硫化成型时，必须考虑到胶料焦烧期、流动性，降低废品率，提高 产品外观质量和整体质量。　　 4）产品长时间高速运转，两个外唇口部位磨损严重， 提高胶料耐磨性可以延长产品寿命。　　（2）产品结构设计　　1）DF密封工作时，D、 E唇口与密封挡板陶瓷面之间形成液体动压油膜。油膜的厚度至关重要，薄了会发生干摩 擦，降低密封寿命；厚了则易造成泄漏。D、E唇口与密封挡板陶瓷面配合的过盈量和角 度直接影响油膜形成的厚度。产品设计应充分考虑这些因素。　　2）结构设计时，还应 考虑密封沟槽尺寸、各唇口过盈量及角度、配套件、弹簧、钢带尺寸的合理性以及产品 整体结构的优化。　　（3）模具设计　　DF密封产品规格大、断面宽而且有多个唇口、 还有金属嵌件，模具型腔复杂，硫化成型时胶料难充模，易产生分层和内部缺陷；硫化启 模时，产品薄弱的唇口D、E易产生撕裂。此外，产品还易产生窝气、抽边、缺胶等。模 具设计应综合这些因素进行反复优化才能保证产品整体质量。　 　4 国产化经济分析 　　DF密封件属于易消耗品，每年需要大量的备件，而我国大型轧 机的油膜轴承密封长期依赖进口，存在备件申购周期长、库存成本和产品价格高等缺点。 因此推进DF密封国产化工作有着现实的经济意义。以宝钢1580热轧为例，年消耗量120 ～150件，原DF密封及水封每套进口件基本价格约人民币10000元，国产化后约5000元， 每年备件消耗可节约（10000?5000）×（120～150）=（600000～750000）元，经济效益 显著。再进一步推广到宝钢全厂，除冷、热轧DF密封备件外，还有相当部分原三菱x型 密封需进行技术改造，解决其x型密封泄漏严重的问题，实现国产化后，不但备件成本可 以大大降低，还可降低库存量，并得到优质的现场服务。 随着我国密封制造技术不断进 步，许多企业已经能够制造出质量和寿命与进口件不相上下的产品，其中广州机床研究所 密封分所曾先后在宝钢l420冷轧、武钢、珠钢等冶金企业成功地完成了DF密封件的国产 化研制工作，这就为我国DF密封国产化创造了良好的环境。 宁波金百联轴承有限公司供应微型至中型深沟球轴承、圆锥滚子轴承、短圆柱滚子轴承、平面推力轴承、英制系列轴承、带座球面轴承、及各种特制非标轴承等。电话：022-58059063 13102005112 邮箱：web@okbbearing.com 地址：宁波市丽园北路1730??1736号
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