油膜軸承密封裝置

《油膜軸承密封裝置》屬于軸承密封裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種主要適用于軸向竄動在5-10毫米之間、軸向周尺寸誤差在-3-5毫米之間的軋鋼機(jī)的油膜軸承密封裝置。

眾所周之，軋鋼機(jī)的油膜軸承在工作時(shí)為了防止?jié)櫥屯饴┖头乐顾魅胼S承并污染軸承潤滑油，則在油膜軸承外側(cè)加設(shè)密封裝置，2008年7月之前的常見密封裝置結(jié)構(gòu)特征如圖1、圖2所示：其主要構(gòu)件包括頸部密封件10、剛性環(huán)形密封端板54和內(nèi)密封環(huán)62。其中頸部密封件10由一種柔韌彈性體模制而成并具有環(huán)形密封體12，該密封體在內(nèi)部由埋在其中的螺旋彈簧14和鋼絲繩16加固。該密封體具有相反的水側(cè)和油側(cè)突出部18、20，圓柱形的外表面21的邊界由毗鄰另一個通常被稱為″拋油環(huán)″的第二油側(cè)法蘭24的油側(cè)法蘭22限定，而水側(cè)法蘭26則限定表面21的相反端。

法蘭22和26分別具有呈角度設(shè)置的外圍突出部28、30。突出部28從法蘭22沿拋抽環(huán)法蘭24的方向突出，該拋袖環(huán)法蘭沿同樣的方向相對于法蘭22呈角度地突出從而在它們之間形成向周圍環(huán)境開口的空間S。

頸部密封件10適用于安裝在軋鋼機(jī)輥頸36的錐形部分34上，而輥頸可旋轉(zhuǎn)地支承于油膜軸承中。該油膜軸承包括套管38，該套管通過傳統(tǒng)的裝置（末示出）固定于輥頸，從而在輥頸中旋轉(zhuǎn)。套管38具有外圓柱形軸承表面，該表面作為軸頸以在固定的襯套40的內(nèi)軸承表面中旋轉(zhuǎn)。該村套裝在軸承座42中。套管與輥頸一同旋轉(zhuǎn)，而襯套保持靜止。不斷地將高粘度潤滑油輸入套管38和襯套40的軸承表面之間。軸承座的環(huán)形延伸部分44形成貯藏池46，從軸承表面之間流出的潤滑油不斷地收集在該貯池中。通過一根合適的管子連接（未示出）將潤滑油從貯池中抽出，從而在循環(huán)回軸承表面之前將其冷卻和過濾。

當(dāng)輥?zhàn)釉诔睗竦沫h(huán)境下工作時(shí)，水持續(xù)地漫過輥身48并向下經(jīng)過其底面50。盡管會有將水甩離輥?zhàn)拥碾x心力，但總有一些水會在軸承的方向上沿輥頸行進(jìn)。

剛性環(huán)形密封端板54安裝并相對固定于軸承座42的環(huán)形延伸部分44。該密封端板具有徑向向內(nèi)延伸的剛性環(huán)形法蘭或閘板56，該閘板垂直于軸承的軸線。閘板的內(nèi)邊緣沿徑向與柔性密封體10的圓柱形外表面21間隔開。該密封端板還包括凸肩58，該凸肩沿反向于閘扳56基部的方向延伸。每個凸肩58具有平行于軸承軸線的圓柱形的凸肩表面60。圓柱形凸肩表面60環(huán)繞柔性密封法蘭22、26，并被布置成由其各自的柔性突出部28、30滑動接觸。

內(nèi)密封環(huán)62帶有彈性按鈕64并與輥?zhàn)拥亩嗣?0接合。內(nèi)密封環(huán)的內(nèi)邊緣在突出部分18和法蘭26的連接點(diǎn)處與柔性密封體12部位接觸。

在軋鋼操作中，上述裝置將以以下方式工作：內(nèi)密封環(huán)62、柔性頸部密封件10和套管38將同輥頸一起旋轉(zhuǎn)。密封端板54、軸承座42和襯套仍將保持靜止。潤滑油將不斷地從套管38和襯套40的軸承表面之間流出。大多數(shù)的這種潤滑油將通過拋袖環(huán)24回到頸部密封件上并將由此被導(dǎo)向貯池46，經(jīng)過拋抽環(huán)24的潤滑油將通過旋轉(zhuǎn)的油側(cè)法蘭22返回，并由與凸肩表面密封接合的柔性突出部28來阻止該潤滑抽從法蘭和凸肩表面60之間的逃逸出。

同樣，施加到輥?zhàn)由系乃闹饕糠謱⑼ㄟ^旋轉(zhuǎn)的內(nèi)密封環(huán)62返回。任何經(jīng)過內(nèi)密封環(huán)的水將通過頸部密封件上旋轉(zhuǎn)的水側(cè)法蘭26返回，并由柔性突出部30來阻止水通過該法蘭及其周邊凸肩之間。

上述密封裝置存在的缺點(diǎn)包括：

1、這種密封裝置對安裝位置的準(zhǔn)確性要求過高，實(shí)際應(yīng)用中由于加工誤差的累計(jì)傳遞，常出現(xiàn)以下異常：

A：內(nèi)密封環(huán)62與套管38的軸向距離小于設(shè)計(jì)尺寸時(shí)，柔性密封件10受擠壓出現(xiàn)變形，造成柔性密封件10的柔性突出部28、30磨損，密封失效。

B：內(nèi)密封環(huán)62內(nèi)徑尺寸小于設(shè)計(jì)尺寸時(shí)，造成內(nèi)密封環(huán)62未安裝到位即為軋輥輥徑錐弧面卡住，柔性密封件10受擠壓出現(xiàn)變形，造成柔性密封件10的柔性突出部28、30磨損，密封失效。

2、這種密封裝置的動密封部位柔性突出部28、30與圓柱形的凸肩表面60接觸，接觸部位少，密封面與軋輥軸向平行，方向單一，抗軸向竄動與徑向跳動效果差。

3、這種密封裝置的柔性密封件10動密封接觸部位柔性突出部28、30與密封本體是一體結(jié)構(gòu)，柔性突出部28、30易磨損，柔性突出部28、30磨損后必須更換柔性密封件10，使維修成本提高。

圖1是傳統(tǒng)的頸部密封件10結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是傳統(tǒng)的局部使用狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是《油膜軸承密封裝置》的局部使用狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是《油膜軸承密封裝置》的頸部密封件A和密封部B的組裝結(jié)構(gòu)示意放大圖；

圖5是《油膜軸承密封裝置》的法蘭斷面水封C的結(jié)構(gòu)示意放大圖；

圖6是《油膜軸承密封裝置》的剛性環(huán)形密封端板F的結(jié)構(gòu)示意放大圖；

圖7是《油膜軸承密封裝置》的防護(hù)水封D的結(jié)構(gòu)示意放大圖。

2020年7月14日，《油膜軸承密封裝置》獲得第二十一屆中國專利獎優(yōu)秀獎。 2100433B

如圖3-圖7所示，《油膜軸承密封裝置》的主要結(jié)構(gòu)包括頸部密封件A和固定在軸承座E上的剛性環(huán)形密封端板F，頸部密封件A包括帶插槽7的環(huán)形密封體1和插接在插槽7上的密封部B，環(huán)形密封體1內(nèi)埋有螺旋彈簧6和鋼絲繩4，插槽7與剛性環(huán)形密封端板的密封面41相對，在與密封面41相對另一側(cè)的剛性環(huán)形密封端板F上設(shè)置有防護(hù)水封D。密封部B包括插接在插槽7內(nèi)的底座19、垂直于底座的封水肢17和封油肢25、在封水肢17和封油肢25上分別連接有相互背離的封水唇15和封油唇23，插接在插槽上的密封部B置于剛性環(huán)形密封端板F和環(huán)形密封體1之間且封水唇15、封油唇23均與密封面41接觸，沿輥頸I凹面與密封部B同側(cè)的環(huán)形密封體1的伸長部為吸附頸8，該吸附頸的端部連接有封水副唇9、封水冠11和封水主唇13，封水副唇9與輥頸I凹面接觸，封水主唇13與剛性環(huán)形密封端板F的擠壓端面33接觸，沿輥頸I凹面與密封部B異側(cè)的環(huán)形密封體1的伸長部為封油主唇3，封油主唇內(nèi)埋有補(bǔ)償彈簧18，封油主唇與輥頸凹面接觸。在防護(hù)水封D與封水冠11之間的剛性環(huán)形密封端板F上設(shè)置有法蘭端面水封C，法蘭端面水封包括法蘭31和V字型水封29，該V字型水封的密封底面32與法蘭31壓緊在剛性環(huán)形密封端板F上，V字型水封29的唇口與輥頸I凹面接觸，環(huán)形密封體1還連接有拋油唇27，該拋油唇27靠緊在套管H上。圖中除上述各結(jié)構(gòu)外，還包括負(fù)壓槽5、水封安裝孔35、防護(hù)水封安裝面37、剛性環(huán)形密封端板安裝孔39和箍緊鋼帶4。

由于頸部密封件A、密封部B、法蘭端面水封C、防護(hù)水封D為橡膠彈性密封件，所以在安裝使用時(shí)，會產(chǎn)生必須的幾何變形，如圖4、5、7中的部分結(jié)構(gòu)與圖1中的相同結(jié)構(gòu)相比較的差異就可明顯看出，受到作用力的各結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不同程度的幾何變形。在軋鋼操作中，上述裝置將以以下方式工作：密封部B、頸部密封件A和套管H將同輥頸一起旋轉(zhuǎn)。剛性環(huán)形密封端板B、軸承座E和襯套G仍將保持靜止。潤滑油將不斷地從套管H和襯套G的軸承表面之間流出。大多數(shù)的這種潤滑油將通過拋油唇20回到頸部密封件上并將由此被導(dǎo)入貯油池（圖中未指出），越過拋油唇20的潤滑油將通過旋轉(zhuǎn)的封油肢25返回，并通過與密封面密封接合的封油唇23來阻止該潤滑抽從封油肢26和剛性環(huán)形密封端板F之間逃逸出。

外部雜質(zhì)與大量冷卻水首先被防護(hù)水封D密封，少量冷卻水越過防護(hù)水封D，被法蘭端面水封C密封，未被阻擋住的微量冷卻水還會受到封水副唇9、封水主唇13及封水冠11的密封，可拆卸密封件B的封水肢17上的封水唇15為最后一道水密封。

油膜軸承密封裝置專利目的

《油膜軸承密封裝置》的目的是提供一種多重密封、安全耐磨的油膜軸承密封裝置。

油膜軸承密封裝置技術(shù)方案

《油膜軸承密封裝置》的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：它包括頸部密封件和固定在軸承座上的剛性環(huán)形密封端板，其特征是：所述的頸部密封件包括帶插槽的環(huán)形密封體和插接在插槽上的密封部，該插槽與剛性環(huán)形密封端板的密封面相對，密封部置于剛性環(huán)形密封端板和環(huán)形密封體之間且與密封面接觸，沿輥頸凹面與密封部同側(cè)的環(huán)形密封體的伸長部為吸附頸，該吸附頸的端部連接有封水副唇、封水冠和封水主唇，封水副唇與輥頸凹面接觸，封水主唇與剛性環(huán)形密封端板的擠壓端面接觸，沿輥頸凹面與密封部異側(cè)的環(huán)形密封體的伸長部為封油主唇，封油主唇與輥頸凹面接觸，環(huán)形密封體還連接有拋油唇。

所述的環(huán)形密封體內(nèi)埋有螺旋彈簧和鋼絲繩。所述的封油主唇內(nèi)埋有補(bǔ)償彈簧。在與密封面相對另一側(cè)的剛性環(huán)形密封端板上設(shè)置有防護(hù)水封，在防護(hù)水封與封水冠之間的剛性環(huán)形密封端板上設(shè)置有法蘭端面水封。

所述的法蘭端面水封包括法蘭和V字型水封，該V字型水封的密封底面與法蘭壓緊在剛性環(huán)形密封端板上，V字型水封的唇口與輥頸凹面接觸。

所述的密封部包括插接在插槽內(nèi)的底座、垂直于底座的封水肢和封油肢、在封水肢和封油肢上分別連接有相互背離的封水唇和封油唇。

油膜軸承密封裝置改善效果

《油膜軸承密封裝置》整個密封系統(tǒng)既有軸向密封，又有徑向密封，還有雙向端面密封，加大了水的滲透阻力，既有效封水，摩擦阻力又較小。這些密封設(shè)計(jì)可改變2008年前油膜軸承普遍進(jìn)水的問題。密封部用耐熱、耐磨又耐油的彈性橡膠制造，延長了使用壽命，即使損壞了只需更換密封部，無需將頸部密封件整體更換，降低了維護(hù)成本。取消了原密封裝置中的剛性內(nèi)密封環(huán)，改善了頸部密封件對軸向安裝尺寸誤差的適應(yīng)性，同時(shí)也改善了運(yùn)行時(shí)軸向竄動對密封裝置的影響。

1、一種油膜軸承密封裝置，它包括頸部密封件和固定在軸承座上的剛性環(huán)形密封端板，其特征是：所述的頸部密封件包括帶插槽的環(huán)形密封體和插接在插槽上的密封部，該插槽與剛性環(huán)形密封端板的密封面相對，密封部置于剛性環(huán)形密封端板和環(huán)形密封體之間且與密封面接觸，沿輥頸凹面與密封部同側(cè)的環(huán)形密封體的伸長部為吸附頸，該吸附頸的端部連接有封水副唇、封水冠和封水主唇，封水副唇與輥頸凹面接觸，封水主唇與剛性環(huán)形密封端板的擠壓端面接觸，沿輥頸凹面與密封部異側(cè)的環(huán)形密封體的伸長部為封油主唇，封油主唇與輥頸凹面接觸，環(huán)形密封體還連接有拋油唇。

2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的油膜軸承密封裝置，其特征是：所述的環(huán)形密封體內(nèi)埋有螺旋彈簧和鋼絲繩。

3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的油膜軸承密封裝置，其特征是：所述的封油主唇內(nèi)埋有補(bǔ)償彈簧。

4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的油膜軸承密封裝置，其特征是：在與密封面相對另一側(cè)的剛性環(huán)形密封端板上設(shè)置有防護(hù)水封，在防護(hù)水封與封水冠之間的剛性環(huán)形密封端板上設(shè)置有法蘭端面水封。

5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的油膜軸承密封裝置，其特征是：所述的法蘭端面水封包括法蘭和V字型水封，該V字型水封的密封底面與法蘭壓緊在剛性環(huán)形密封端板上，V字型水封的唇口與輥頸凹面接觸。

6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的油膜軸承密封裝置，其特征是：所述的密封部包括插接在插槽內(nèi)的底座、垂直于底座的封水肢和封油肢、在封水肢和封油肢上分別連接有相互背離的封水唇和封油唇。

密封裝置，就是用于防止流體或固體微粒從相鄰結(jié)合面間泄漏或防止外界雜質(zhì)如灰塵與水分等侵入機(jī)器設(shè)備內(nèi)部的部件或部件的組合。

中文名稱

密封裝置

英文名稱

seal

定　　義

防止容腔內(nèi)的氣體或液體向外泄漏的組件。

應(yīng)用學(xué)科

航空科技（一級學(xué)科），推進(jìn)技術(shù)與航空動力裝置（二級學(xué)科）

工作原理

其工作原理是：在軋制過程中，由于軋制力的作用，迫使輥軸軸頸發(fā)生移動，油膜軸承中心與軸頸的中心產(chǎn)生偏心，使油膜軸承與軸頸之間的間隙形成了兩個區(qū)域，一個叫發(fā)散區(qū)(沿軸頸旋轉(zhuǎn)方向間隙逐漸變大），另一個叫收斂區(qū)（沿軸頸旋轉(zhuǎn)方向逐漸減小）。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)的軸頸把有粘度的潤滑油從發(fā)散區(qū)帶入收斂區(qū)，沿軸頸旋轉(zhuǎn)方向軸承間隙由大變小，形成一種油楔，使?jié)櫥蛢?nèi)產(chǎn)生壓力。油膜內(nèi)各點(diǎn)的壓力沿軋制方向的合力就是油膜軸承的承載力。當(dāng)軋制力大于承載力時(shí)，軸頸中心與油膜軸承中心之間的偏心距增大。

在收斂區(qū)內(nèi)軸承間隙沿軸頸旋轉(zhuǎn)方向變陡，最小油膜厚度變小，油膜內(nèi)的壓力變大，承載力變大，直至與軋制力達(dá)到平衡，軸頸中心不再偏移，油膜軸承與軸頸完全被潤滑油隔開，理論上形成了全流體潤滑。

從油膜軸承的工作原理可知道油膜軸承系統(tǒng)內(nèi)的一個最重要的參數(shù)就是最小油膜厚度。如果最小油膜厚度值太小，而潤滑油中的金屬雜質(zhì)顆粒過大，金屬顆粒的外形尺寸在數(shù)值上大于最小油膜厚度時(shí)，金屬顆粒隨潤滑油通過最小油膜厚度處時(shí)，就像造成金屬接觸，嚴(yán)重時(shí)就會燒瓦。另外如果最小油膜厚度值太小，當(dāng)出現(xiàn)堆鋼等事故時(shí)，很容易造成軸頸和油膜軸承的金屬接觸而導(dǎo)致燒瓦。

最小油膜厚度值的大小與油膜軸承的結(jié)構(gòu)尺寸及材料、相關(guān)零件的加工精度及油膜軸承系統(tǒng)的安裝精度、潤滑油及軋制力的大小等有關(guān)。2100433B