新型干法水泥回转窑设备托轮轴承密封系统的改造

  【1】 沃林R H.密封件与密封手册[M].北京:国防工业出版社,1990.

  【2】 成大先.机械设计手册:第3卷[M].北京:化学工业出版社,2002.

  【4】 张传贤,火金三.合成橡胶技术丛书:第四分册:丁腈橡胶[M].北京:中国石化出版社,2010.

  水泥回转窑(旋窑)设备是一个有一定斜度的圆筒状物，斜度为3%～3.5%，借助窑的转动来促进料在旋窑内搅拌，使料互相混合、接触进行反应。窑头喷煤燃烧产生的大量热量，以辐射、对流、窑砖(窑皮)传导等方式传给物料，物料依靠窑筒体的斜度及窑的转动在窑内向前运动。

  惠州塔牌回转窑在生产的全部过程中，托轮轴密封失效漏油严重，部分油沿托轮端面流到托轮表面造成托轮表面油污较多，托轮与轮带的摩擦力较大，影响了回转窑的正常上下窜动，虽然每次检修时都更换密封，但效果不理想。本文作者通过对旋窑托轮支撑辊轴承密封的分析，提出一种新的密封方案——双向K型油封，并结合借助有限元分析方法，确定双向K型油封的结构参数。

  旋窑的基本结构如图1所示，其由3个托轮支撑轴承座组成。托轮轴承座内密封安装部位如图2所示，密封圈主要起到防止轴承座内部的油液泄漏和外部尘埃的进入，来保证拖轮的正常运转。密封圈通过压盖压紧，以防止密封圈随托轮一起转动。由于设备庞大，拆卸困难，密封圈基本采用剖分结构。

  目前惠州塔牌回转窑使用的密封圈为由设备厂家提供的高密度羊毛毡，通过羊毛毡外部开槽安装拉伸弹簧来实现锁紧，来保证密封效果。但从实际使用情况去看，该密封圈为个体周期很短(一般上机几天出现泄漏)。该密封圈主要存在以下问题：

  (2)外用弹簧拉伸一段时间后没办法保证对羊毡的正常压力，最后导致羊毛毡与轴接触面无法压实，由此产生漏油；

  (3)采用稀油润滑，油液会渗入羊毛毡，当羊毛毡渗入的油液饱和后，就会出现泄漏；

  (5)由于窑身存在一定的倾斜及上下窜动，羊毛毡补偿不了窜动所带来的间隙，因此导致泄漏。

  【5】 梁星宇,周木英.橡胶工艺手册[M].北京:化学工业出版社，1992.

  从现场泄漏情况去看，托轮轴承2泄漏最为严重，主要是托轮轴承2处在支点位置，既要承受托轮轴承1处进料带来的冲压力，又要承受托轮轴承3处出料带来的失重，在窑身倾斜及上下窜动的情况下，对密封的要求更为严格。因此首先针对托轮轴承2的密封进行改进[1]。

  根据托轮轴承座密封的使用上的要求，新设计的密封一定要考虑防尘功能及回弹性，要求材料的弹性好，密封可靠性高；产品必须要轴向与压盖压紧，防止产品打转；产品要求跟随性好，在托轮上下窜动时能自动补偿；因设备装拆困难，只能采用剖分形式。基于托轮轴承座密封的要求，提出如图3～6所示的4种密封结构，并对其密封性能进行了比较分析，如表2所示[2]。

  根据双向K型油封使用特点，产品采用剖分结构以便于安装。采用分段连续硫化工艺制作双向K型油封，唇口部位采用撕边模结构以便于清理胶边，模具结构如图7所示。该模具结构及形式的特点为：成本低、效率高；产品取出方便，减少产品制作的步骤中的缺陷；采用撕边模，修边方便；易于控制产品的尺寸[5]。

  图10示出了过盈量与接触压力的关系，能够准确的看出，该结构最大接触压力随着过盈量增大，先增加再减小，过盈量在1.7～2.4 mm之间有最大接触压力，而过盈量大于2 mm后，密封唇部与压盖的挤压逐步增大，所以密封过盈量的选取在1.7～2 mm之间。

  根据水泥回转窑托轮轴承座密封的使用上的要求，提出了一种带喉箍的双向K型油封并借助有限元分析分析密封唇部的最佳设计值。目前该产品应用于惠州塔牌旋窑2号托轮轴承的密封，密封效果良好，产品密封可靠性高，具有推广应用价值。

  【作者单位】惠州塔牌水泥有限公司 广东惠州516820;广州机械科学研究院有限公司 广东广州510700;广州机械科学研究院有限公司 广东广州510700;惠州塔牌水泥有限公司 广东惠州516820;惠州塔牌水泥有限公司 广东惠州516820

  可以看到，羊毛毡、J型油封在旋窑使用的过程中失效比较快；聚氨酯剖分油封对轴的损害大，由于水泥旋窑生产的全部过程中粉尘、杂质等比较多，聚氨酯剖分油封缺少防尘功能，密封的使用效果相对而言也会逐渐变差[3]。

  基于以上分析提出了采用双向K型油封来改造托轮轴承2的密封，产品外圈设置喉箍锁紧，以保证产品的整体性能、密封效果及足够的预紧力。

  以过盈2 mm作为一个临界值，采用基于ANSYS的有限元分析方法，来寻找最为合理的过盈量取值[6]。图8示出了产品过盈量接近临界值时的接触应力及与沟槽的接触情况。能够正常的看到，当过盈量达到临界值时，密封唇部与压盖开始接触，当过盈量达到2.4 mm时安装后密封唇部与压盖挤压严重，如图9所示。

  根据惠州塔牌旋窑托轮轴承2密封系统的工况条件，密封材料要求耐油、耐磨，弹性韧性足够好，因此可选择丁腈橡胶(NBR)或聚氨酯材料。因聚氨酯剖分油封防尘效果差，硬度高，对轴的损害大，这里选取丁腈橡胶(NBR85)作为密封的基本材料。选取的密封材料丁腈橡胶(NBR)的性能要求见表3[4]。