多隔斷式牽伸輥內部密封結構設計

羅 濤

(邯鄲宏大化纖機械有限公司,河北 邯鄲 056046)

0 引言

隨著我國綜合國力的提升,傳統棉紡織生產線正逐步向新型纖維紡織生產線轉變,國內粘膠短纖維生產設備也在逐步朝著高產方向發展,大輥徑、重載荷的技術要求提上日程[1-2]。近年來,國內許多化纖生產企業的年產量已經達到4700 t,一般粘膠短纖維生產企業的年產量約為3360 t。因此,筆者公司緊跟步伐,根據粘膠短纖維生產企業的需求不斷調整和優化化纖生產設備,制造出符合生產需要的牽伸及其配套設備。筆者主要闡述多隔斷式粘膠短纖維牽伸機用牽伸輥內部密封結構的優化設計。

1 懸臂式牽伸機的功能與組成

1.1 主要功能

牽伸是將纖維絲束抽長拉細的過程,其本質則是纖維沿絲束的軸向作相對位移,使其分布在更長的片段上,其結果是聚合體的線密度更小,同時纖維進一步伸直平行[3]。牽伸機作為中間加工設備,位于紡絲機和切斷機之間。紡絲機加工出來的纖維絲束無法滿足切斷機的加工技術要求,需要由牽伸機加工后再傳遞給切斷機。牽伸機的工作狀況直接影響切斷機的工作狀態,所以作用十分重要[4-5]。

1.2 基本組成

目前,國內絕大多數粘膠短纖維生產企業選用的牽伸設備為懸臂式牽伸機,一般由防護窗、牽伸輥、潤滑組件、箱體等部件構成。箱體、防護窗和潤滑組件均對牽伸輥起防護作用,每臺牽伸機內部均裝有5～7個牽伸輥,牽伸輥上下交替排列,采用單電機帶動閉式齒輪傳動或單輥單電機傳動。

2 懸臂式牽伸機密封問題

2.1 牽伸輥內部密封結構

現有粘膠短纖維用懸臂式牽伸機的牽伸輥內部密封結構基本上參考傳統的密封結構型式,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—輥芯結合件;11—輻板。圖1 牽伸輥傳統密封結構型式

牽伸輥內部由輥芯結合件、輻板、牽伸軸、輥筒和擋邊等零件焊接組成。端蓋通過螺釘安裝在軸承套上,軸承套焊接到箱體上。因工作環境需要,外部的輥筒和擋邊選用904L型超級奧氏體不銹鋼(00Cr20Ni25Mo5Cu2型不銹鋼)。該不銹鋼屬低碳高鎳、鉬奧氏體不銹耐酸鋼,具有相當強的活化-鈍化轉變能力,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,對甲酸與醋酸的混合酸耐腐蝕性良好。

為了節約成本和便于加工,內部選用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,并在間隙內涂抹環氧樹脂膠泥,達到簡單的密封效果。密封圈材質為W2-A型玻璃鋼,即酚醛環氧型乙烯基酯樹脂,是綜合性能優良的耐高溫耐蝕樹脂,熱變形溫度為125 ℃,對有機溶劑及氧化性介質的穩定性較高;內部軸承蓋和牽伸軸之間放置2個油封,以構成內部密封結構。此密封結構對設備起一定的防護作用,防止部分酸性液體進入內部腐蝕軸承套。

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性能最佳的一種,該橡膠板在極端環境下的體積膨脹系數小,耐高溫性能好,可在250 ℃條件下長期使用;擁有極好的耐天候老化性能,一般配合的強度為10 MPa～20 MPa,扯斷伸長率為150%～350%,抗撕裂強度為3 kN/m～4 kN/m,機械性能優良,完全可以滿足粘膠短纖維生產線的工作環境需要。環氧樹脂膠泥適用溫度范圍一般為-50 ℃～+150 ℃,在一般環境下防水、耐油、耐強酸、耐強堿,需放置在避免陽光直射的陰涼位置,保質期為12個月,也可保證在一定程度上防止酸性液體滲入牽伸輥內部。

2.2 問題原因

傳統密封結構簡單,短時間內這樣的密封結構可以滿足牽伸機正常工作的防腐蝕技術要求,但是粘膠短纖維生產過程中加入的化工原料,經化學反應后都以廢液、廢氣、廢物的形式排出,對設備產生嚴重的腐蝕或銹蝕,出現異常磨損和異響;酸性物質易腐蝕牽伸軸,使牽伸軸轉動異常,引發牽伸輥跳動超差,偏離實際使用要求,導致設備工作異常,最終引發設備故障。

具體問題有：① 長時間的酸性液體沖刷和老化,會導致外部的環氧樹脂膠泥形變、漏孔或脫落,致使密封效果變差失效;② 少量酸性液體會從密封圈和套筒之間的縫隙進入,即使大部分會隨著向心力的作用向密封圈方向流動到近地端、流出密封結構,但仍有少部分酸性液體會向輻板方向流動導致焊道腐蝕;③ 工作過程中不僅產生酸性液體,而且會產生酸性氣體,酸性氣體沿著密封圈與擋邊之間的縫隙進入牽伸輥內部,腐蝕軸承套、輻板和輥芯,使牽伸軸受到腐蝕、出現斑點,影響軸承工作,最終影響牽伸輥正常工作。

3 多隔斷式牽伸輥內部密封結構

為了解決上述問題,兼顧設備的運行平穩和改進方案的實用性,并未采取將易腐蝕件全部更換為904L型不銹鋼材質的方案。因為該方案成本陡增,且強度會有所下降,除了增加設備的防腐能力外并無其他益處。

考慮讓酸性物質向輥芯內流入時增加更長的路徑,只要將軸承套和傳動軸與外界分割開,這樣就可達到預期的密封效果。經過綜合考慮,采用如圖2所示迷宮式、多隔斷式牽伸輥內部密封結構,有效解決了牽伸輥密封問題,防止生產過程中酸性液體和酸性氣體對輥芯內軸承套和傳動軸的腐蝕,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 多隔斷式牽伸輥內部密封結構

多隔斷式牽伸輥內部密封結構采取以下設計方案：① 外部增加防護罩并焊接在箱體外板上,在防護罩和端蓋之間涂抹環氧樹脂膠泥,以防止酸性氣體向內蔓延腐蝕軸承套;② 對箱體與擋邊間的密封圈進行改進,增加1圈凸起,多1層防護,使酸性液體流向牽伸輥內部更困難,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罩,阻擋通過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個密封套,通過螺釘固定在輥芯上,端蓋內側增加2個油封,外側增加1個水封。

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

4 結語

4.1采取多隔斷式內部密封結構后,牽伸輥的密封效果得到極大改善,酸性氣體、酸性液體即使進入牽伸輥內部也很難與主要部件接觸,延長了牽伸輥部件的使用壽命;增加的零件結構簡單,便于加工,也能很好地起到阻擋酸性物質的作用。

4.2實踐表明,在化纖生產企業正式投用并定期進行設備維護后,未發現牽伸軸受到酸性液體腐蝕的問題,滿足了化纖生產企業的使用需求,取得較好的實際效益。

4.3需要注意的是,在多處涂抹的環氧樹脂膠泥隨時間的延長會逐漸老化脫落,化纖生產企業須對設備進行定期維護,盡早發現可能出現的問題并及時維修或反饋給設備制造企業,以延長設備的使用壽命、提高生產效率,避免事故發生。