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板材軋機(jī)油膜軸承系統(tǒng)故障診斷與分析

2013-01-04

作者：胡濤
（寶鋼集團(tuán)八鋼公司軋鋼廠）
　　摘　要：板材軋機(jī)油膜軸承系統(tǒng)在使用中的故障形式和表征現(xiàn)象分析，提出針對(duì)性的解決方案和事故預(yù)防措施。
　　關(guān)鍵詞：油膜軸承；密封；系統(tǒng)監(jiān)控
　　一　前言
　　在油膜軸承系統(tǒng)中，常見(jiàn)問(wèn)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(huán)過(guò)程中油溫、壓力及流量異常波動(dòng)；三是油品污染問(wèn)題；四是循環(huán)過(guò)程中油品泄漏問(wèn)題。這四方面問(wèn)題，常常同時(shí)作用且制約著系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，結(jié)合各自的特點(diǎn)，需重點(diǎn)考慮有關(guān)因素的影響。
　　二　問(wèn)題分析及解決方案
　　1.系統(tǒng)泵站及管線配置
　　（1）系統(tǒng)泵站的定位，應(yīng)使遠(yuǎn)端潤(rùn)滑點(diǎn)與近端潤(rùn)滑點(diǎn)的液阻差Z小，同時(shí)兼顧管道受環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的溫降Z小，即管線路由Z短原則油在循環(huán)過(guò)程中的壓降和溫降，要通過(guò)油泵和油。箱換熱來(lái)補(bǔ)充實(shí)際運(yùn)行中，提高泵的輸出壓力，可以滿足遠(yuǎn)端。潤(rùn)滑點(diǎn)的流量和壓力需求，但使近端潤(rùn)滑點(diǎn)壓力上升較大。這種現(xiàn)象在軋制不同產(chǎn)品時(shí)，由于油膜軸承速度突變帶來(lái)的系統(tǒng)壓力和流量脈動(dòng)，會(huì)帶來(lái)個(gè)別點(diǎn)不能滿足潤(rùn)滑的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致油膜軸承局部潤(rùn)滑不良，在局部區(qū)域形成高溫
不但會(huì)破壞軸承接觸面，也會(huì)加速油的氧化。
　　在冶金行業(yè)連軋成套設(shè)備中，也有兼顧粗、中軋機(jī)組低速重載及精軋機(jī)組高速輕載，而配置兩套獨(dú)立泵站和使用不同牌號(hào)潤(rùn)滑油的解決方案，以期優(yōu)化和緩解軋機(jī)負(fù)載和轉(zhuǎn)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(yuǎn)對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)的影響。
　?。?）油膜軸承系統(tǒng)中，通常每組或幾組潤(rùn)滑點(diǎn)的支線總供油管前都配置了相應(yīng)的減壓裝置，可以滿足所有潤(rùn)滑點(diǎn)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(huì)對(duì)分布的潤(rùn)滑點(diǎn)有著更為直接的影響，在系統(tǒng)設(shè)備中對(duì)流量需求較小的一組或幾組潤(rùn)滑點(diǎn)的供油管線路由方向、曲率半徑和高度勢(shì)差，都會(huì)對(duì)個(gè)別潤(rùn)滑點(diǎn)產(chǎn)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(jī)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(lái)的密封失效問(wèn)題。以1420mm連續(xù)冷軋機(jī)組的42-90油膜軸承為例，架軋機(jī)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(diǎn)標(biāo)高2480mm，假設(shè)忽略其他因素的影響，上下供油點(diǎn)的壓力差為0.025Mpa，所以在進(jìn)行設(shè)備本體配管時(shí)，管線的曲率半徑選擇和布局，應(yīng)有利于消除各潤(rùn)滑點(diǎn)勢(shì)差帶來(lái)的不利影響。
　　上述的不利因素若不能得到很好控制，在運(yùn)行中勢(shì)必要通過(guò)進(jìn)一步提高供油壓力和加大供油流量來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，供油阻力Z小的潤(rùn)滑點(diǎn)就會(huì)形成較大的回油壓力，加大了油品泄漏的危險(xiǎn)性。另外，油膜軸承油腔內(nèi)出現(xiàn)“困油”問(wèn)題，會(huì)產(chǎn)生油沿密封件的唇口處泄漏，這種現(xiàn)象，通?？稍谟湍ぽS承解體檢修中觀察到。由于油膜軸承的供油流量，會(huì)在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)間波動(dòng)，所以在油腔的內(nèi)壁會(huì)形成較明顯的“油線”，該位置如果超過(guò)了油腔高度的2/3，就意味著有“困油”現(xiàn)象出現(xiàn)，持續(xù)發(fā)生“困油”現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致油品泄漏。“困油”問(wèn)題的出現(xiàn)，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(gè)原因，一是回油管的管徑偏小或回油管相對(duì)軸承回油口的位置偏高，二是油膜腔體或管線內(nèi)形成的“負(fù)壓”。對(duì)油膜軸承的回油管配置，在滿足一般潤(rùn)滑系統(tǒng)的規(guī)范外，管徑的選擇及管線的斜度應(yīng)具有較大的安全裕度，這是為了保證形成穩(wěn)定的回油流速。特別指出的是，在具體的管線配置中，嚴(yán)禁回油管的高度高于油膜軸承回油口的高度，否則會(huì)造成軸承油腔內(nèi)的液面升高。對(duì)于油膜腔體或管線內(nèi)形成的“負(fù)壓”問(wèn)題，可以通過(guò)在大于Z高潤(rùn)滑點(diǎn)的位置加裝空氣呼吸器（或用管口向下的彎頭替代）來(lái)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(nèi)的空氣流動(dòng)速度與回油流速同步，起到穩(wěn)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(chǔ)上開(kāi)發(fā)出的密封產(chǎn)品。密封件固定在軸承座上，同時(shí)通過(guò)唇口與旋轉(zhuǎn)軸的環(huán)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(qiáng)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(shí)，需要解體油膜軸承，極其不方便。為了解決這些問(wèn)題，研發(fā)出代組合密封，密封件安裝在軸上隨軸同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，這類密封的優(yōu)點(diǎn)是檢修時(shí)不必解體軸承，同時(shí)易于檢查、維護(hù)和安裝。缺點(diǎn)是對(duì)安裝位置有較高要求，當(dāng)軸承內(nèi)的油位偏高時(shí)容易泄漏。為此1980年前后，開(kāi)發(fā)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(shù)較為成熟，國(guó)內(nèi)的油膜軸承已普遍采用。
　　“多肢”組合密封，由復(fù)合丁腈橡膠“多肢”油封、噴涂陶瓷密封擋板、鋁金屬支撐環(huán)、復(fù)合丁腈橡膠水封等幾個(gè)部分組成。
　　復(fù)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(gè)密封唇和一個(gè)密封端面，依次分布在輥頸的內(nèi)外側(cè)（1號(hào)密封唇在內(nèi)側(cè)、2號(hào)密封唇在外側(cè)）、噴涂陶瓷密封擋板的內(nèi)外側(cè)（3號(hào)密封唇在內(nèi)側(cè)、4號(hào)5號(hào)密封唇在外側(cè)）及錐套的端部（密封端面），并在這些位置形成一定強(qiáng)度的彈性接觸，并起到內(nèi)外腔體相對(duì)隔離作用。
　　噴涂陶瓷密封擋板，是金屬擋環(huán)表面噴涂處理后的一種機(jī)械密封，經(jīng)陶瓷噴涂處理可以增強(qiáng)表面的抗腐蝕能力、降低摩擦因數(shù)、減小密封唇磨損。
　　鋁金屬支撐環(huán)的主要作用是保持和修正“多肢”密封的相對(duì)位置，使密封唇與輥頸始終形成良好的接觸。而復(fù)合丁腈橡膠水封的作用是分流或阻斷水或其他流體介質(zhì)對(duì)軸承的侵入。對(duì)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(huì)降低或破壞密封效果，進(jìn)而導(dǎo)致密封失效，油品外泄、水分或其他雜質(zhì)侵入。
　　為避免該問(wèn)題的出現(xiàn)，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(gè)內(nèi)容，一是嚴(yán)格執(zhí)行密封件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已經(jīng)規(guī)范的系列操作內(nèi)容。二是根據(jù)軋機(jī)的軸向定位形式不同，要著重考慮軸向游隙對(duì)密封件端面的“過(guò)擠壓”或“欠擠壓”問(wèn)題。目前軋機(jī)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(duì)軋輥的一端軸承座進(jìn)行定位，另一端通過(guò)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(diào)整過(guò)小，另一端的游隙就會(huì)偏大，導(dǎo)致一側(cè)密封加劇磨損而另一端密封失效（進(jìn)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(duì)于雙向約束方式，可以通過(guò)調(diào)整墊來(lái)合理控制軸向游隙。需要指出的是，兩種定位方式都要對(duì)錐套設(shè)置合適的預(yù)緊力，既便于軸承的拆裝，又能對(duì)錐套形成良好定位。
　　3.系統(tǒng)流量與壓力
　　在油膜軸承負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)之前，對(duì)供入油膜軸承的實(shí)際流量進(jìn)行測(cè)試是一項(xiàng)必要的調(diào)試工作，該工作對(duì)油膜軸承出現(xiàn)“燒損”或油品無(wú)明顯周期性特征泄漏的現(xiàn)象分析，顯得非常重要。
　　如前所述，同一型號(hào)的系統(tǒng)設(shè)備由于根據(jù)設(shè)備的不同外形和布局特點(diǎn)會(huì)形成不同的管線路由，另外不同地區(qū)的環(huán)境溫差波動(dòng)也會(huì)對(duì)設(shè)備形成不同的影響，這些因素都需要通過(guò)實(shí)際測(cè)試來(lái)評(píng)定Z終的結(jié)果。以寶鋼集團(tuán)八一鋼廠1420mm冷軋機(jī)組的42-90油膜軸承為例，完成系統(tǒng)調(diào)試后的試生產(chǎn)期間各架軋機(jī)油品泄漏問(wèn)題經(jīng)常出現(xiàn)，經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)供給實(shí)際提供的流量為1750L/min，而軸承設(shè)計(jì)需求總流量為988L/min，這一差別，使實(shí)際使用中出現(xiàn)泄漏的原因顯而易見(jiàn)。
　　軋機(jī)油膜軸承的在線流量測(cè)量，可以通過(guò)專用儀器也可以實(shí)施手工測(cè)量目前的流量測(cè)量?jī)x種類較多，有壓差式流量?jī)x?？装骞?jié)流式流量?jī)x、彎管式流量?jī)x及便攜超聲波流量?jī)x等，這些儀器對(duì)儀器在管道上的安裝位置、流體特性、流體溫度、測(cè)量的環(huán)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(shí)際測(cè)量的誤差仍然在2%～10%之間。所以，在具體使用測(cè)量得到的數(shù)據(jù)時(shí)，更傾向于對(duì)數(shù)據(jù)的參考或估算，而且這種儀器價(jià)格相對(duì)昂貴，使用局限性很強(qiáng)。利用手工測(cè)量軋機(jī)油膜軸承的流量，可以根據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)制定合理的測(cè)量方案，準(zhǔn)確度也可以滿足實(shí)際需要。在有條件的情況下，可以利用手工測(cè)量的抽樣數(shù)據(jù)與儀器測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，從而獲得相應(yīng)的修正系數(shù)，使儀器在相同工況下的測(cè)量數(shù)據(jù)更具有實(shí)際應(yīng)用意義。
 　　4.手工在線測(cè)量軋機(jī)油膜軸承流量的步驟
　?。?）確定油膜軸承的額定設(shè)計(jì)流量值，即軸承設(shè)計(jì)允許的Z大需求流量值L/min。
　?。?）每個(gè)油膜軸承的供油軟管前端安裝節(jié)流油嘴，該節(jié)流油嘴或節(jié)流器在系統(tǒng)安裝時(shí)可配套安裝。建議安裝細(xì)長(zhǎng)孔節(jié)流器，這類節(jié)流器較孔板式節(jié)流器穩(wěn)定。
　?。?）使系統(tǒng)具備在設(shè)計(jì)工況下的運(yùn)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(kāi)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(tǒng)使用，具有明顯的阻尼作用。
　　（5）將需要測(cè)量的潤(rùn)滑點(diǎn)供油軟管拆開(kāi)并直接插入對(duì)應(yīng)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(tǒng)運(yùn)行至各潤(rùn)滑點(diǎn)溫度、壓力正常顯示時(shí)，將測(cè)量的供油管移至容器中并用秒表計(jì)時(shí)，完成計(jì)時(shí)的同時(shí)再將軟管移至回油管，之后計(jì)算實(shí)際流量值（操作過(guò)程軋機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)）。
　?。?）為獲得準(zhǔn)確值，可通過(guò)多次測(cè)量取平均值。
　?。?）完成測(cè)量后，與軸承的額定設(shè)計(jì)流量值作比較分析，然后通過(guò)調(diào)節(jié)支線供油管減壓閥后再進(jìn)行上述流量測(cè)試。
　?。?）完成測(cè)試后，可以間接獲得減壓閥的壓力值，該值就是日常設(shè)備檢查中的壓力設(shè)定值。
　　三　油膜系統(tǒng)的在線監(jiān)控
　　油膜系統(tǒng)的在線監(jiān)控，通常有流量指示檢測(cè)、進(jìn)回油溫度的檢測(cè)、供油壓力檢測(cè)等，具體使用中需要注意以下幾方面的問(wèn)題。
　?。?）系統(tǒng)主供油管設(shè)置壓力和溫度檢測(cè)。該壓力值的設(shè)置要保證在滿足所有潤(rùn)滑點(diǎn)的壓力需求下，使系統(tǒng)的溢流量Z小，否則會(huì)使系統(tǒng)溫升過(guò)高，同時(shí)要及時(shí)對(duì)過(guò)濾裝置進(jìn)行切換。溫度值的設(shè)定通常與換熱系統(tǒng)聯(lián)鎖，具體值的確定要取決于潤(rùn)滑點(diǎn)的Z終檢測(cè)溫度。通常，夏季會(huì)靠近溫度區(qū)間的下限設(shè)置，冬季則靠上限設(shè)置（不同地區(qū)會(huì)有所區(qū)別）。
　　（2）每架軋機(jī)主供油管的壓力和溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置要盡量靠近潤(rùn)滑點(diǎn)，盡量縮小檢測(cè)值與潤(rùn)滑點(diǎn)的實(shí)際值之間的差異而帶來(lái)的不利影響。
　?。?）每個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)的供油支管必須設(shè)置流量監(jiān)測(cè)（或流量指示儀），而壓力檢測(cè)可以根據(jù)需要選擇安裝，如果只選擇壓力檢測(cè)會(huì)存在較大的潛在隱患，如供油管節(jié)流器堵塞或軟管連接彎折等，會(huì)出現(xiàn)壓力示值正常而實(shí)際流量卻供給不足的現(xiàn)象。
　?。?）每套油膜軸承的回油管需設(shè)置溫度檢測(cè)原件，進(jìn)行軸承溫度的間接檢測(cè)。該檢測(cè)可輔助軸承內(nèi)熱電偶的直接測(cè)量，同時(shí)對(duì)軸承的工作溫度做出診斷。正常情況下，兩者之間的檢測(cè)差值在20℃以內(nèi)。
來(lái)源：《設(shè)備管理與維修》2009年11期