油膜軸承密封裝置榮譽表彰

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》的主要結構包括頸部密封件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相對另一側的剛性環(huán)形密封端板F上設置有防護水封D。密封部B包括插接在插槽7內的底座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異側的環(huán)形密封體1的伸長部為封油主唇3，封油主唇內埋有補償彈簧18，封油主唇與輥頸凹面接觸。在防護水封D與封水冠11之間的剛性環(huán)形密封端板F上設置有法蘭端面水封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。圖中除上述各結構外，還包括負壓槽5、水封安裝孔35、防護水封安裝面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、防護水封D為橡膠彈性密封件，所以在安裝使用時，會產生必須的幾何變形，如圖4、5、7中的部分結構與圖1中的相同結構相比較的差異就可明顯看出，受到作用力的各結構產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。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入貯油池（圖中未指出），越過拋油唇20的潤滑油將通過旋轉的封油肢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。

外部雜質與大量冷卻水首先被防護水封D密封，少量冷卻水越過防護水封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。

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

3、根據權利要求1所述的油膜軸承密封裝置，其特征是：所述的封油主唇內埋有補償彈簧。

4、根據權利要求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的剛性環(huán)形密封端板上設置有防護水封，在防護水封與封水冠之間的剛性環(huán)形密封端板上設置有法蘭端面水封。

5、根據權利要求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、根據權利要求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》屬于軸承密封裝置技術領域，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毫米之間的軋鋼機的油膜軸承密封裝置。

圖1是傳統(tǒng)的頸部密封件10結構示意圖；

圖2是傳統(tǒng)的局部使用狀態(tài)結構示意圖；

圖3是《油膜軸承密封裝置》的局部使用狀態(tài)結構示意圖；

圖4是《油膜軸承密封裝置》的頸部密封件A和密封部B的組裝結構示意放大圖；

圖5是《油膜軸承密封裝置》的法蘭斷面水封C的結構示意放大圖；

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

圖7是《油膜軸承密封裝置》的防護水封D的結構示意放大圖。

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方案

《油膜軸承密封裝置》的目的是這樣實現的：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)形密封體內埋有螺旋彈簧和鋼絲繩。所述的封油主唇內埋有補償彈簧。在與密封面相對另一側的剛性環(huán)形密封端板上設置有防護水封，在防護水封與封水冠之間的剛性環(huán)形密封端板上設置有法蘭端面水封。

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。這些密封設計可改變2008年前油膜軸承普遍進水的問題。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，降低了維護成本。取消了原密封裝置中的剛性內密封環(huán)，改善了頸部密封件對軸向安裝尺寸誤差的適應性，同時也改善了運行時軸向竄動對密封裝置的影響。

眾所周之，軋鋼機的油膜軸承在工作時為了防止?jié)櫥屯饴┖头乐顾魅胼S承并污染軸承潤滑油，則在油膜軸承外側加設密封裝置，2008年7月之前的常見密封裝置結構特征如圖1、圖2所示：其主要構件包括頸部密封件10、剛性環(huán)形密封端板54和內密封環(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和油側突出部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)″的第二油側法蘭24的油側法蘭22限定，而水側法蘭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輥頸36的錐形部分34上，而輥頸可旋轉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。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的內軸承表面中旋轉。該村套裝在軸承座42中。套管與輥頸一同旋轉，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。

當輥子在潮濕的環(huán)境下工作時，水持續(xù)地漫過輥身48并向下經過其底面50。盡管會有將水甩離輥子的離心力，但總有一些水會在軸承的方向上沿輥頸行進。

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。

內密封環(huán)62帶有彈性按鈕64并與輥子的端面50接合。內密封環(huán)的內邊緣在突出部分18和法蘭26的連接點處與柔性密封體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。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向貯池46，經過拋抽環(huán)24的潤滑油將通過旋轉的油側法蘭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，施加到輥子上的水的主要部分將通過旋轉的內密封環(huán)62返回。任何經過內密封環(huán)的水將通過頸部密封件上旋轉的水側法蘭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包括：

1、這種密封裝置對安裝位置的準確性要求過高，實際應用中由于加工誤差的累計傳遞，常出現以下異常：

A：內密封環(huán)62與套管38的軸向距離小于設計尺寸時，柔性密封件10受擠壓出現變形，造成柔性密封件10的柔性突出部28、30磨損，密封失效。

B：內密封環(huán)62內徑尺寸小于設計尺寸時，造成內密封環(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構，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。

密封裝置，就是用于防止流體或固體微粒從相鄰結合面間泄漏或防止外界雜質如灰塵與水分等侵入機器設備內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

防止容腔內的氣體或液體向外泄漏的組件。

應用學科

航空科技（一級學科），推進技術與航空動力裝置（二級學科）

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)(沿軸頸旋轉方向間隙逐漸變大），另一個叫收斂區(qū)（沿軸頸旋轉方向逐漸減小）。

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

在收斂區(qū)內軸承間隙沿軸頸旋轉方向變陡，最小油膜厚度變小，油膜內的壓力變大，承載力變大，直至與軋制力達到平衡，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)內的一個最重要的參數就是最小油膜厚度。如果最小油膜厚度值太小，而潤滑油中的金屬雜質顆粒過大，金屬顆粒的外形尺寸在數值上大于最小油膜厚度時，金屬顆粒隨潤滑油通過最小油膜厚度處時，就像造成金屬接觸，嚴重時就會燒瓦。另外如果最小油膜厚度值太小，當出現堆鋼等事故時，很容易造成軸頸和油膜軸承的金屬接觸而導致燒瓦。

最小油膜厚度值的大小與油膜軸承的結構尺寸及材料、相關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。2100433B