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板材軋機油膜軸承系統故障診斷與分析
2013-01-04
作者：胡濤
（寶鋼集團八鋼公司軋鋼廠）
摘 要：板材軋機油膜軸承系統在使用中的故障形式和表征現象分析，提出針對性的解決方案和事故預防措施。（寶鋼集團八鋼公司軋鋼廠）
關鍵詞：油膜軸承；密封；系統監控
一 前言
在油膜軸承系統中，常見問題主要有四方面，一是水分（或其他類型水溶液等）混入油膜軸承油中；二是油品循環過程中油溫、壓力及流量異常波動；三是油品污染問題；四是循環過程中油品泄漏問題。這四方面問題，常常同時作用且制約著系統的平穩運行，結合各自的特點，需重點考慮有關因素的影響。
二 問題分析及解決方案
1.系統泵站及管線配置
?。?）系統泵站的定位，應使遠端潤滑點與近端潤滑點的液阻差Z小，同時兼顧管道受環境溫度變化產生的溫降Z小，即管線路由Z短原則油在循環過程中的壓降和溫降，要通過油泵和油。箱換熱來補充實際運行中，提高泵的輸出壓力，可以滿足遠端。潤滑點的流量和壓力需求，但使近端潤滑點壓力上升較大。這種現象在軋制不同產品時，由于油膜軸承速度突變帶來的系統壓力和流量脈動，會帶來個別點不能滿足潤滑的現象，從而導致油膜軸承局部潤滑不良，在局部區域形成高溫
不但會破壞軸承接觸面，也會加速油的氧化。
在冶金行業連軋成套設備中，也有兼顧粗、中軋機組低速重載及精軋機組高速輕載，而配置兩套獨立泵站和使用不同牌號潤滑油的解決方案，以期優化和緩解軋機負載和轉速輸出差異較大的矛盾。這種布局有利于消除管線配置中，路由較遠對系統帶來的影響。
?。?）油膜軸承系統中，通常每組或幾組潤滑點的支線總供油管前都配置了相應的減壓裝置，可以滿足所有潤滑點的基本流量需求，但在該減壓之后的分支供油管線形成的路由，則會對分布的潤滑點有著更為直接的影響，在系統設備中對流量需求較小的一組或幾組潤滑點的供油管線路由方向、曲率半徑和高度勢差，都會對個別潤滑點產生影響。
油膜軸承的密封形式，通常采用微張力唇口彈性記憶密封或多肢機械密封，這決定了在滿足軸承的Z小流量需求下，盡量降低供油壓力，以減少壓力提升帶來的密封失效問題。以1420mm連續冷軋機組的42-90油膜軸承為例，架軋機的支線總供油管壓力在0.08～0.1MPa之間，上支撐輥與下支撐輥之間的供油點標高2480mm，假設忽略其他因素的影響，上下供油點的壓力差為0.025Mpa，所以在進行設備本體配管時，管線的曲率半徑選擇和布局，應有利于消除各潤滑點勢差帶來的不利影響。
上述的不利因素若不能得到很好控制，在運行中勢必要通過進一步提高供油壓力和加大供油流量來進行補償，供油阻力Z小的潤滑點就會形成較大的回油壓力，加大了油品泄漏的危險性。另外，油膜軸承油腔內出現“困油”問題，會產生油沿密封件的唇口處泄漏，這種現象，通常可在油膜軸承解體檢修中觀察到。由于油膜軸承的供油流量，會在一個相對穩定的區間波動，所以在油腔的內壁會形成較明顯的“油線”，該位置如果超過了油腔高度的2/3，就意味著有“困油”現象出現，持續發生“困油”現象，會導致油品泄漏。“困油”問題的出現，通常是由于軸承油腔和回油管線的回油不暢造成的。造成回油不暢主要有兩個原因，一是回油管的管徑偏小或回油管相對軸承回油口的位置偏高，二是油膜腔體或管線內形成的“負壓”。對油膜軸承的回油管配置，在滿足一般潤滑系統的規范外，管徑的選擇及管線的斜度應具有較大的安全裕度，這是為了保證形成穩定的回油流速。特別指出的是，在具體的管線配置中，嚴禁回油管的高度高于油膜軸承回油口的高度，否則會造成軸承油腔內的液面升高。對于油膜腔體或管線內形成的“負壓”問題，可以通過在大于Z高潤滑點的位置加裝空氣呼吸器（或用管口向下的彎頭替代）來解決，目的是保持每只回油支管與大氣連通，這樣可以使管壁內的空氣流動速度與回油流速同步，起到穩定回油流速的作用。
2.油膜軸承密封
油膜軸承使用初期，配套的軸承密封件是在普通唇形油封基礎上開發出的密封產品。密封件固定在軸承座上，同時通過唇口與旋轉軸的環形接觸形成密封。為起到可靠的密封作用，密封唇口的材料必須具有足夠的接觸強度和很好的耐磨性。即使這樣，這種密封件使用周期仍然短、可靠性差，且檢修更換時，需要解體油膜軸承，極其不方便。為了解決這些問題，研發出代組合密封，密封件安裝在軸上隨軸同時轉動，這類密封的優點是檢修時不必解體軸承，同時易于檢查、維護和安裝。缺點是對安裝位置有較高要求，當軸承內的油位偏高時容易泄漏。為此1980年前后，開發了第二代組合密封，這種組合密封主要集成了油封、水封以及擋油封，也稱之為“多肢”組合密封。目前這類密封技術較為成熟，國內的油膜軸承已普遍采用。
“多肢”組合密封，由復合丁腈橡膠“多肢”油封、噴涂陶瓷密封擋板、鋁金屬支撐環、復合丁腈橡膠水封等幾個部分組成。
復合丁腈橡膠“多肢”油封安裝在軸承錐套和輥身端部之間，有5個密封唇和一個密封端面，依次分布在輥頸的內外側（1號密封唇在內側、2號密封唇在外側）、噴涂陶瓷密封擋板的內外側（3號密封唇在內側、4號5號密封唇在外側）及錐套的端部（密封端面），并在這些位置形成一定強度的彈性接觸，并起到內外腔體相對隔離作用。
噴涂陶瓷密封擋板，是金屬擋環表面噴涂處理后的一種機械密封，經陶瓷噴涂處理可以增強表面的抗腐蝕能力、降低摩擦因數、減小密封唇磨損。
鋁金屬支撐環的主要作用是保持和修正“多肢”密封的相對位置，使密封唇與輥頸始終形成良好的接觸。而復合丁腈橡膠水封的作用是分流或阻斷水或其他流體介質對軸承的侵入。對于組合密封而言，任何一處密封唇及密封端面的老化及破損都會降低或破壞密封效果，進而導致密封失效，油品外泄、水分或其他雜質侵入。
為避免該問題的出現，正確安裝。必要的定期檢查和制定合理的更換周期，就顯得非常重要正確安裝包括兩個內容，一是嚴格執行密封件結構設計中已經規范的系列操作內容。二是根據軋機的軸向定位形式不同，要著重考慮軸向游隙對密封件端面的“過擠壓”或“欠擠壓”問題。目前軋機的軸向定位方式有單向約束和雙向約束兩種，單向約束方式通常只對軋輥的一端軸承座進行定位，另一端通過拉桿連接傳遞軸向游隙。在拉桿尺寸確定的情況下，如果一端游隙調整過小，另一端的游隙就會偏大，導致一側密封加劇磨損而另一端密封失效（進水或泄漏）。除此之外，拉桿連接銷孔、銷軸及連接法蘭面的磨損和接觸情況也要定期檢查，確保完好。對于雙向約束方式，可以通過調整墊來合理控制軸向游隙。需要指出的是，兩種定位方式都要對錐套設置合適的預緊力，既便于軸承的拆裝，又能對錐套形成良好定位。
3.系統流量與壓力
在油膜軸承負荷運轉之前，對供入油膜軸承的實際流量進行測試是一項必要的調試工作，該工作對油膜軸承出現“燒損”或油品無明顯周期性特征泄漏的現象分析，顯得非常重要。
如前所述，同一型號的系統設備由于根據設備的不同外形和布局特點會形成不同的管線路由，另外不同地區的環境溫差波動也會對設備形成不同的影響，這些因素都需要通過實際測試來評定Z終的結果。以寶鋼集團八一鋼廠1420mm冷軋機組的42-90油膜軸承為例，完成系統調試后的試生產期間各架軋機油品泄漏問題經常出現，經測試，系統供給實際提供的流量為1750L/min，而軸承設計需求總流量為988L/min，這一差別，使實際使用中出現泄漏的原因顯而易見。
軋機油膜軸承的在線流量測量，可以通過專用儀器也可以實施手工測量目前的流量測量儀種類較多，有壓差式流量儀?？装骞澚魇搅髁績x、彎管式流量儀及便攜超聲波流量儀等，這些儀器對儀器在管道上的安裝位置、流體特性、流體溫度、測量的環境、管道的材料、管道的壁厚甚至管道的涂漆都有要求。盡管是這樣，實際測量的誤差仍然在2%～10%之間。所以，在具體使用測量得到的數據時，更傾向于對數據的參考或估算，而且這種儀器價格相對昂貴，使用局限性很強。利用手工測量軋機油膜軸承的流量，可以根據設備的特點制定合理的測量方案，準確度也可以滿足實際需要。在有條件的情況下，可以利用手工測量的抽樣數據與儀器測量的數據進行比對，從而獲得相應的修正系數，使儀器在相同工況下的測量數據更具有實際應用意義。
4.手工在線測量軋機油膜軸承流量的步驟
?。?）確定油膜軸承的額定設計流量值，即軸承設計允許的Z大需求流量值L/min。
?。?）每個油膜軸承的供油軟管前端安裝節流油嘴，該節流油嘴或節流器在系統安裝時可配套安裝。建議安裝細長孔節流器，這類節流器較孔板式節流器穩定。
（3）使系統具備在設計工況下的運行條件，包括油品的黏度、溫度等。
?。?）接入軸承的供油軟管直接與油口連接，可使用扣壓式快換接頭（或其他開口式接頭）。
盡量避免使用單向止封功能的快換接頭，這種接頭在低壓系統使用，具有明顯的阻尼作用。
（5）將需要測量的潤滑點供油軟管拆開并直接插入對應的回油軟管中，在軟管處放置合適的容器（或用200L清潔空油桶代替）。
?。?）系統運行至各潤滑點溫度、壓力正常顯示時，將測量的供油管移至容器中并用秒表計時，完成計時的同時再將軟管移至回油管，之后計算實際流量值（操作過程軋機不轉動）。
?。?）為獲得準確值，可通過多次測量取平均值。
?。?）完成測量后，與軸承的額定設計流量值作比較分析，然后通過調節支線供油管減壓閥后再進行上述流量測試。
?。?）完成測試后，可以間接獲得減壓閥的壓力值，該值就是日常設備檢查中的壓力設定值。
三 油膜系統的在線監控
油膜系統的在線監控，通常有流量指示檢測、進回油溫度的檢測、供油壓力檢測等，具體使用中需要注意以下幾方面的問題。
?。?）系統主供油管設置壓力和溫度檢測。該壓力值的設置要保證在滿足所有潤滑點的壓力需求下，使系統的溢流量Z小，否則會使系統溫升過高，同時要及時對過濾裝置進行切換。溫度值的設定通常與換熱系統聯鎖，具體值的確定要取決于潤滑點的Z終檢測溫度。通常，夏季會靠近溫度區間的下限設置，冬季則靠上限設置（不同地區會有所區別）。
?。?）每架軋機主供油管的壓力和溫度監測點設置要盡量靠近潤滑點，盡量縮小檢測值與潤滑點的實際值之間的差異而帶來的不利影響。
（3）每個潤滑點的供油支管必須設置流量監測（或流量指示儀），而壓力檢測可以根據需要選擇安裝，如果只選擇壓力檢測會存在較大的潛在隱患，如供油管節流器堵塞或軟管連接彎折等，會出現壓力示值正常而實際流量卻供給不足的現象。
?。?）每套油膜軸承的回油管需設置溫度檢測原件，進行軸承溫度的間接檢測。該檢測可輔助軸承內熱電偶的直接測量，同時對軸承的工作溫度做出診斷。正常情況下，兩者之間的檢測差值在20℃以內。
來源：《設備管理與維修》2009年11期
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