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板材轧机油膜轴承系统故障诊断与分析

2013-01-04

作者：胡涛
（宝钢集团八钢公司轧钢厂）
　　摘　要：板材轧机油膜轴承系统在使用中的故障形式和表征现象分析，提出针对性的解决方案和事故预防措施。
　　关键词：油膜轴承；密封；系统监控
　　一　前言
　　在油膜轴承系统中，常见问题主要有四方面，一是水分（或其他类型水溶液等）混入油膜轴承油中；二是油品循环过程中油温、压力及流量异常波动；三是油品污染问题；四是循环过程中油品泄漏问题。这四方面问题，常常同时作用且制约着系统的平稳运行，结合各自的特点，需重点考虑有关因素的影响。
　　二　问题分析及解决方案
　　1.系统泵站及管线配置
　　（1）系统泵站的定位，应使远端润滑点与近端润滑点的液阻差Z小，同时兼顾管道受环境温度变化产生的温降Z小，即管线路由Z短原则油在循环过程中的压降和温降，要通过油泵和油。箱换热来补充实际运行中，提高泵的输出压力，可以满足远端。润滑点的流量和压力需求，但使近端润滑点压力上升较大。这种现象在轧制不同产品时，由于油膜轴承速度突变带来的系统压力和流量脉动，会带来个别点不能满足润滑的现象，从而导致油膜轴承局部润滑不良，在局部区域形成高温
不但会破坏轴承接触面，也会加速油的氧化。
　　在冶金行业连轧成套设备中，也有兼顾粗、中轧机组低速重载及精轧机组高速轻载，而配置两套独立泵站和使用不同牌号润滑油的解决方案，以期优化和缓解轧机负载和转速输出差异较大的矛盾。这种布局有利于消除管线配置中，路由较远对系统带来的影响。
　　（2）油膜轴承系统中，通常每组或几组润滑点的支线总供油管前都配置了相应的减压装置，可以满足所有润滑点的基本流量需求，但在该减压之后的分支供油管线形成的路由，则会对分布的润滑点有着更为直接的影响，在系统设备中对流量需求较小的一组或几组润滑点的供油管线路由方向、曲率半径和高度势差，都会对个别润滑点产生影响。
　　油膜轴承的密封形式，通常采用微张力唇口弹性记忆密封或多肢机械密封，这决定了在满足轴承的Z小流量需求下，尽量降低供油压力，以减少压力提升带来的密封失效问题。以1420mm连续冷轧机组的42-90油膜轴承为例，架轧机的支线总供油管压力在0.08～0.1MPa之间，上支撑辊与下支撑辊之间的供油点标高2480mm，假设忽略其他因素的影响，上下供油点的压力差为0.025Mpa，所以在进行设备本体配管时，管线的曲率半径选择和布局，应有利于消除各润滑点势差带来的不利影响。
　　上述的不利因素若不能得到很好控制，在运行中势必要通过进一步提高供油压力和加大供油流量来进行补偿，供油阻力Z小的润滑点就会形成较大的回油压力，加大了油品泄漏的危险性。另外，油膜轴承油腔内出现“困油”问题，会产生油沿密封件的唇口处泄漏，这种现象，通常可在油膜轴承解体检修中观察到。由于油膜轴承的供油流量，会在一个相对稳定的区间波动，所以在油腔的内壁会形成较明显的“油线”，该位置如果超过了油腔高度的2/3，就意味着有“困油”现象出现，持续发生“困油”现象，会导致油品泄漏。“困油”问题的出现，通常是由于轴承油腔和回油管线的回油不畅造成的。造成回油不畅主要有两个原因，一是回油管的管径偏小或回油管相对轴承回油口的位置偏高，二是油膜腔体或管线内形成的“负压”。对油膜轴承的回油管配置，在满足一般润滑系统的规范外，管径的选择及管线的斜度应具有较大的安全裕度，这是为了保证形成稳定的回油流速。特别指出的是，在具体的管线配置中，严禁回油管的高度高于油膜轴承回油口的高度，否则会造成轴承油腔内的液面升高。对于油膜腔体或管线内形成的“负压”问题，可以通过在大于Z高润滑点的位置加装空气呼吸器（或用管口向下的弯头替代）来解决，目的是保持每只回油支管与大气连通，这样可以使管壁内的空气流动速度与回油流速同步，起到稳定回油流速的作用。
　　2.油膜轴承密封
　　油膜轴承使用初期，配套的轴承密封件是在普通唇形油封基础上开发出的密封产品。密封件固定在轴承座上，同时通过唇口与旋转轴的环形接触形成密封。为起到可靠的密封作用，密封唇口的材料必须具有足够的接触强度和很好的耐磨性。即使这样，这种密封件使用周期仍然短、可靠性差，且检修更换时，需要解体油膜轴承，极其不方便。为了解决这些问题，研发出代组合密封，密封件安装在轴上随轴同时转动，这类密封的优点是检修时不必解体轴承，同时易于检查、维护和安装。缺点是对安装位置有较高要求，当轴承内的油位偏高时容易泄漏。为此1980年前后，开发了第二代组合密封，这种组合密封主要集成了油封、水封以及挡油封，也称之为“多肢”组合密封。目前这类密封技术较为成熟，国内的油膜轴承已普遍采用。
　　“多肢”组合密封，由复合丁腈橡胶“多肢”油封、喷涂陶瓷密封挡板、铝金属支撑环、复合丁腈橡胶水封等几个部分组成。
　　复合丁腈橡胶“多肢”油封安装在轴承锥套和辊身端部之间，有5个密封唇和一个密封端面，依次分布在辊颈的内外侧（1号密封唇在内侧、2号密封唇在外侧）、喷涂陶瓷密封挡板的内外侧（3号密封唇在内侧、4号5号密封唇在外侧）及锥套的端部（密封端面），并在这些位置形成一定强度的弹性接触，并起到内外腔体相对隔离作用。
　　喷涂陶瓷密封挡板，是金属挡环表面喷涂处理后的一种机械密封，经陶瓷喷涂处理可以增强表面的抗腐蚀能力、降低摩擦因数、减小密封唇磨损。
　　铝金属支撑环的主要作用是保持和修正“多肢”密封的相对位置，使密封唇与辊颈始终形成良好的接触。而复合丁腈橡胶水封的作用是分流或阻断水或其他流体介质对轴承的侵入。对于组合密封而言，任何一处密封唇及密封端面的老化及破损都会降低或破坏密封效果，进而导致密封失效，油品外泄、水分或其他杂质侵入。
　　为避免该问题的出现，正确安装。必要的定期检查和制定合理的更换周期，就显得非常重要正确安装包括两个内容，一是严格执行密封件结构设计中已经规范的系列操作内容。二是根据轧机的轴向定位形式不同，要着重考虑轴向游隙对密封件端面的“过挤压”或“欠挤压”问题。目前轧机的轴向定位方式有单向约束和双向约束两种，单向约束方式通常只对轧辊的一端轴承座进行定位，另一端通过拉杆连接传递轴向游隙。在拉杆尺寸确定的情况下，如果一端游隙调整过小，另一端的游隙就会偏大，导致一侧密封加剧磨损而另一端密封失效（进水或泄漏）。除此之外，拉杆连接销孔、销轴及连接法兰面的磨损和接触情况也要定期检查，确保完好。对于双向约束方式，可以通过调整垫来合理控制轴向游隙。需要指出的是，两种定位方式都要对锥套设置合适的预紧力，既便于轴承的拆装，又能对锥套形成良好定位。
　　3.系统流量与压力
　　在油膜轴承负荷运转之前，对供入油膜轴承的实际流量进行测试是一项必要的调试工作，该工作对油膜轴承出现“烧损”或油品无明显周期性特征泄漏的现象分析，显得非常重要。
　　如前所述，同一型号的系统设备由于根据设备的不同外形和布局特点会形成不同的管线路由，另外不同地区的环境温差波动也会对设备形成不同的影响，这些因素都需要通过实际测试来评定Z终的结果。以宝钢集团八一钢厂1420mm冷轧机组的42-90油膜轴承为例，完成系统调试后的试生产期间各架轧机油品泄漏问题经常出现，经测试，系统供给实际提供的流量为1750L/min，而轴承设计需求总流量为988L/min，这一差别，使实际使用中出现泄漏的原因显而易见。
　　轧机油膜轴承的在线流量测量，可以通过专用仪器也可以实施手工测量目前的流量测量仪种类较多，有压差式流量仪。孔板节流式流量仪、弯管式流量仪及便携超声波流量仪等，这些仪器对仪器在管道上的安装位置、流体特性、流体温度、测量的环境、管道的材料、管道的壁厚甚至管道的涂漆都有要求。尽管是这样，实际测量的误差仍然在2%～10%之间。所以，在具体使用测量得到的数据时，更倾向于对数据的参考或估算，而且这种仪器价格相对昂贵，使用局限性很强。利用手工测量轧机油膜轴承的流量，可以根据设备的特点制定合理的测量方案，准确度也可以满足实际需要。在有条件的情况下，可以利用手工测量的抽样数据与仪器测量的数据进行比对，从而获得相应的修正系数，使仪器在相同工况下的测量数据更具有实际应用意义。
 　　4.手工在线测量轧机油膜轴承流量的步骤
　　（1）确定油膜轴承的额定设计流量值，即轴承设计允许的Z大需求流量值L/min。
　　（2）每个油膜轴承的供油软管前端安装节流油嘴，该节流油嘴或节流器在系统安装时可配套安装。建议安装细长孔节流器，这类节流器较孔板式节流器稳定。
　　（3）使系统具备在设计工况下的运行条件，包括油品的黏度、温度等。
　　（4）接入轴承的供油软管直接与油口连接，可使用扣压式快换接头（或其他开口式接头）。
　　尽量避免使用单向止封功能的快换接头，这种接头在低压系统使用，具有明显的阻尼作用。
　　（5）将需要测量的润滑点供油软管拆开并直接插入对应的回油软管中，在软管处放置合适的容器（或用200L清洁空油桶代替）。
　　（6）系统运行至各润滑点温度、压力正常显示时，将测量的供油管移至容器中并用秒表计时，完成计时的同时再将软管移至回油管，之后计算实际流量值（操作过程轧机不转动）。
　　（7）为获得准确值，可通过多次测量取平均值。
　　（8）完成测量后，与轴承的额定设计流量值作比较分析，然后通过调节支线供油管减压阀后再进行上述流量测试。
　　（9）完成测试后，可以间接获得减压阀的压力值，该值就是日常设备检查中的压力设定值。
　　三　油膜系统的在线监控
　　油膜系统的在线监控，通常有流量指示检测、进回油温度的检测、供油压力检测等，具体使用中需要注意以下几方面的问题。
　　（1）系统主供油管设置压力和温度检测。该压力值的设置要保证在满足所有润滑点的压力需求下，使系统的溢流量Z小，否则会使系统温升过高，同时要及时对过滤装置进行切换。温度值的设定通常与换热系统联锁，具体值的确定要取决于润滑点的Z终检测温度。通常，夏季会靠近温度区间的下限设置，冬季则靠上限设置（不同地区会有所区别）。
　　（2）每架轧机主供油管的压力和温度监测点设置要尽量靠近润滑点，尽量缩小检测值与润滑点的实际值之间的差异而带来的不利影响。
　　（3）每个润滑点的供油支管必须设置流量监测（或流量指示仪），而压力检测可以根据需要选择安装，如果只选择压力检测会存在较大的潜在隐患，如供油管节流器堵塞或软管连接弯折等，会出现压力示值正常而实际流量却供给不足的现象。
　　（4）每套油膜轴承的回油管需设置温度检测原件，进行轴承温度的间接检测。该检测可辅助轴承内热电偶的直接测量，同时对轴承的工作温度做出诊断。正常情况下，两者之间的检测差值在20℃以内。
来源：《设备管理与维修》2009年11期

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