多隔斷式牽伸輥內(nèi)部密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

羅 濤

(邯鄲宏大化纖機(jī)械有限公司,河北 邯鄲 056046)

0 引言

隨著我國(guó)綜合國(guó)力的提升,傳統(tǒng)棉紡織生產(chǎn)線正逐步向新型纖維紡織生產(chǎn)線轉(zhuǎn)變,國(guó)內(nèi)粘膠短纖維生產(chǎn)設(shè)備也在逐步朝著高產(chǎn)方向發(fā)展,大輥徑、重載荷的技術(shù)要求提上日程[1-2]。近年來(lái),國(guó)內(nèi)許多化纖生產(chǎn)企業(yè)的年產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到4700 t,一般粘膠短纖維生產(chǎn)企業(yè)的年產(chǎn)量約為3360 t。因此,筆者公司緊跟步伐,根據(jù)粘膠短纖維生產(chǎn)企業(yè)的需求不斷調(diào)整和優(yōu)化化纖生產(chǎn)設(shè)備,制造出符合生產(chǎn)需要的牽伸及其配套設(shè)備。筆者主要闡述多隔斷式粘膠短纖維牽伸機(jī)用牽伸輥內(nèi)部密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 懸臂式牽伸機(jī)的功能與組成

1.1 主要功能

牽伸是將纖維絲束抽長(zhǎng)拉細(xì)的過(guò)程,其本質(zhì)則是纖維沿絲束的軸向作相對(duì)位移,使其分布在更長(zhǎng)的片段上,其結(jié)果是聚合體的線密度更小,同時(shí)纖維進(jìn)一步伸直平行[3]。牽伸機(jī)作為中間加工設(shè)備,位于紡絲機(jī)和切斷機(jī)之間。紡絲機(jī)加工出來(lái)的纖維絲束無(wú)法滿足切斷機(jī)的加工技術(shù)要求,需要由牽伸機(jī)加工后再傳遞給切斷機(jī)。牽伸機(jī)的工作狀況直接影響切斷機(jī)的工作狀態(tài),所以作用十分重要[4-5]。

1.2 基本組成

目前,國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)粘膠短纖維生產(chǎn)企業(yè)選用的牽伸設(shè)備為懸臂式牽伸機(jī),一般由防護(hù)窗、牽伸輥、潤(rùn)滑組件、箱體等部件構(gòu)成。箱體、防護(hù)窗和潤(rùn)滑組件均對(duì)牽伸輥起防護(hù)作用,每臺(tái)牽伸機(jī)內(nèi)部均裝有5～7個(gè)牽伸輥,牽伸輥上下交替排列,采用單電機(jī)帶動(dòng)閉式齒輪傳動(dòng)或單輥單電機(jī)傳動(dòng)。

2 懸臂式牽伸機(jī)密封問(wèn)題

2.1 牽伸輥內(nèi)部密封結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有粘膠短纖維用懸臂式牽伸機(jī)的牽伸輥內(nèi)部密封結(jié)構(gòu)基本上參考傳統(tǒng)的密封結(jié)構(gòu)型式,見圖1。

1—輥筒;2—擋邊;3—箱體;4—密封圈;5—耐酸堿橡膠墊;6—軸承套;7—端蓋;8—油封;9—牽伸軸;10—輥芯結(jié)合件;11—輻板。圖1 牽伸輥傳統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)型式

牽伸輥內(nèi)部由輥芯結(jié)合件、輻板、牽伸軸、輥筒和擋邊等零件焊接組成。端蓋通過(guò)螺釘安裝在軸承套上,軸承套焊接到箱體上。因工作環(huán)境需要,外部的輥筒和擋邊選用904L型超級(jí)奧氏體不銹鋼(00Cr20Ni25Mo5Cu2型不銹鋼)。該不銹鋼屬低碳高鎳、鉬奧氏體不銹耐酸鋼,具有相當(dāng)強(qiáng)的活化-鈍化轉(zhuǎn)變能力,耐腐蝕性極好,在非氧化性酸如硫酸、醋酸、甲酸、磷酸中具有很好的耐蝕性,適用于70 ℃以下任何濃度硫酸,在常壓下耐任何濃度和溫度的醋酸,對(duì)甲酸與醋酸的混合酸耐腐蝕性良好。

為了節(jié)約成本和便于加工,內(nèi)部選用Q235-A型鋼材。為了防止酸性液體、酸性氣體滲透腐蝕軸承套,在擋邊和箱體中間增加密封圈和耐酸堿橡膠板,并在間隙內(nèi)涂抹環(huán)氧樹脂膠泥,達(dá)到簡(jiǎn)單的密封效果。密封圈材質(zhì)為W2-A型玻璃鋼,即酚醛環(huán)氧型乙烯基酯樹脂,是綜合性能優(yōu)良的耐高溫耐蝕樹脂,熱變形溫度為125 ℃,對(duì)有機(jī)溶劑及氧化性介質(zhì)的穩(wěn)定性較高;內(nèi)部軸承蓋和牽伸軸之間放置2個(gè)油封,以構(gòu)成內(nèi)部密封結(jié)構(gòu)。此密封結(jié)構(gòu)對(duì)設(shè)備起一定的防護(hù)作用,防止部分酸性液體進(jìn)入內(nèi)部腐蝕軸承套。

其中,耐酸堿橡膠板大多選用氟橡膠,是目前所有彈性體中耐介質(zhì)性能最佳的一種,該橡膠板在極端環(huán)境下的體積膨脹系數(shù)小,耐高溫性能好,可在250 ℃條件下長(zhǎng)期使用;擁有極好的耐天候老化性能,一般配合的強(qiáng)度為10 MPa～20 MPa,扯斷伸長(zhǎng)率為150%～350%,抗撕裂強(qiáng)度為3 kN/m～4 kN/m,機(jī)械性能優(yōu)良,完全可以滿足粘膠短纖維生產(chǎn)線的工作環(huán)境需要。環(huán)氧樹脂膠泥適用溫度范圍一般為-50 ℃～+150 ℃,在一般環(huán)境下防水、耐油、耐強(qiáng)酸、耐強(qiáng)堿,需放置在避免陽(yáng)光直射的陰涼位置,保質(zhì)期為12個(gè)月,也可保證在一定程度上防止酸性液體滲入牽伸輥內(nèi)部。

2.2 問(wèn)題原因

傳統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,短時(shí)間內(nèi)這樣的密封結(jié)構(gòu)可以滿足牽伸機(jī)正常工作的防腐蝕技術(shù)要求,但是粘膠短纖維生產(chǎn)過(guò)程中加入的化工原料,經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后都以廢液、廢氣、廢物的形式排出,對(duì)設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕或銹蝕,出現(xiàn)異常磨損和異響;酸性物質(zhì)易腐蝕牽伸軸,使?fàn)可燧S轉(zhuǎn)動(dòng)異常,引發(fā)牽伸輥跳動(dòng)超差,偏離實(shí)際使用要求,導(dǎo)致設(shè)備工作異常,最終引發(fā)設(shè)備故障。

具體問(wèn)題有：① 長(zhǎng)時(shí)間的酸性液體沖刷和老化,會(huì)導(dǎo)致外部的環(huán)氧樹脂膠泥形變、漏孔或脫落,致使密封效果變差失效;② 少量酸性液體會(huì)從密封圈和套筒之間的縫隙進(jìn)入,即使大部分會(huì)隨著向心力的作用向密封圈方向流動(dòng)到近地端、流出密封結(jié)構(gòu),但仍有少部分酸性液體會(huì)向輻板方向流動(dòng)導(dǎo)致焊道腐蝕;③ 工作過(guò)程中不僅產(chǎn)生酸性液體,而且會(huì)產(chǎn)生酸性氣體,酸性氣體沿著密封圈與擋邊之間的縫隙進(jìn)入牽伸輥內(nèi)部,腐蝕軸承套、輻板和輥芯,使?fàn)可燧S受到腐蝕、出現(xiàn)斑點(diǎn),影響軸承工作,最終影響牽伸輥正常工作。

3 多隔斷式牽伸輥內(nèi)部密封結(jié)構(gòu)

為了解決上述問(wèn)題,兼顧設(shè)備的運(yùn)行平穩(wěn)和改進(jìn)方案的實(shí)用性,并未采取將易腐蝕件全部更換為904L型不銹鋼材質(zhì)的方案。因?yàn)樵摲桨赋杀径冈?且強(qiáng)度會(huì)有所下降,除了增加設(shè)備的防腐能力外并無(wú)其他益處。

考慮讓酸性物質(zhì)向輥芯內(nèi)流入時(shí)增加更長(zhǎng)的路徑,只要將軸承套和傳動(dòng)軸與外界分割開,這樣就可達(dá)到預(yù)期的密封效果。經(jīng)過(guò)綜合考慮,采用如圖2所示迷宮式、多隔斷式牽伸輥內(nèi)部密封結(jié)構(gòu),有效解決了牽伸輥密封問(wèn)題,防止生產(chǎn)過(guò)程中酸性液體和酸性氣體對(duì)輥芯內(nèi)軸承套和傳動(dòng)軸的腐蝕,保證了牽伸輥的正常工作。

1—軸承套;2—軸承;3—端蓋;4—油封;5—密封圈;6—輥芯;7—水封;8—密封板;9—輻板;10—輥筒;11—密封罩;12,13—密封圈;14—擋邊;15—密封罩;16—箱體;17—耐酸堿橡膠墊。圖2 多隔斷式牽伸輥內(nèi)部密封結(jié)構(gòu)

多隔斷式牽伸輥內(nèi)部密封結(jié)構(gòu)采取以下設(shè)計(jì)方案：① 外部增加防護(hù)罩并焊接在箱體外板上,在防護(hù)罩和端蓋之間涂抹環(huán)氧樹脂膠泥,以防止酸性氣體向內(nèi)蔓延腐蝕軸承套;② 對(duì)箱體與擋邊間的密封圈進(jìn)行改進(jìn),增加1圈凸起,多1層防護(hù),使酸性液體流向牽伸輥內(nèi)部更困難,密封效果更好;③ 在輻板外端焊接一塊厚度為2 mm的904L型不銹鋼板,且在鋼板上焊接防護(hù)罩,阻擋通過(guò)密封圈的酸性氣體和酸性液體,避免輻板腐蝕;④ 在端蓋與輥芯之間增加1個(gè)密封套,通過(guò)螺釘固定在輥芯上,端蓋內(nèi)側(cè)增加2個(gè)油封,外側(cè)增加1個(gè)水封。

水封和密封套構(gòu)成該結(jié)構(gòu)的最后一道防線,油封和水封均為耐酸堿橡膠,即使通過(guò)層層阻隔的酸性液體和酸性氣體到達(dá)這道防線,也會(huì)被水封和端蓋阻隔。事實(shí)上,能到達(dá)這層的酸性氣體和液體量比較少,可以有效避免腐蝕,最后的氣體也會(huì)被油封阻擋。故由油封、端蓋和密封套組成的密封結(jié)構(gòu),能完全起到密封作用。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1采取多隔斷式內(nèi)部密封結(jié)構(gòu)后,牽伸輥的密封效果得到極大改善,酸性氣體、酸性液體即使進(jìn)入牽伸輥內(nèi)部也很難與主要部件接觸,延長(zhǎng)了牽伸輥部件的使用壽命;增加的零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于加工,也能很好地起到阻擋酸性物質(zhì)的作用。

4.2實(shí)踐表明,在化纖生產(chǎn)企業(yè)正式投用并定期進(jìn)行設(shè)備維護(hù)后,未發(fā)現(xiàn)牽伸軸受到酸性液體腐蝕的問(wèn)題,滿足了化纖生產(chǎn)企業(yè)的使用需求,取得較好的實(shí)際效益。

4.3需要注意的是,在多處涂抹的環(huán)氧樹脂膠泥隨時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)逐漸老化脫落,化纖生產(chǎn)企業(yè)須對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù),盡早發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的問(wèn)題并及時(shí)維修或反饋給設(shè)備制造企業(yè),以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命、提高生產(chǎn)效率,避免事故發(fā)生。