陳賽

（山（shān）東太陽紙業股份有限公司）

1　烘缸工作環境

造紙機用鑄鐵烘缸屬Ⅰ類壓（yā）力容器。鑄（zhù）鐵烘缸的數量約占造紙行業壓力容器總數的2/3。製造烘缸的材料一般多為HT200、HT250。為了增加紙麵（miàn）光滑度（dù），要求把烘缸外表麵磨（mó）光並把內表麵鏜光，使整個烘缸壁（bì）保持厚薄一致，以保（bǎo）證（zhèng）烘缸的安全、平衡和各處（chù）傳熱均勻。烘（hōng）缸的作用是用來烘幹紙頁（yè）中的水分並整飾紙麵。

烘缸內部通入飽和蒸汽進行加熱，飽和蒸汽的溫度120～150℃。烘缸被安放到密閉的（de）氣罩內，並通過供風（fēng）係統通入（rù）預熱的幹熱空氣加速水分的蒸發。熱量（liàng）通（tōng）過烘缸壁傳導（dǎo）到紙張中，將紙張中的水（shuǐ）分由壓榨後的60%降低到出烘幹部約為7%。在正常生產（chǎn）過程中氣罩內的環（huán）境溫度可以達（dá）到70～80℃。

2　烘缸軸承故障簡述

某公司紙機（jī）從2004年開機，烘缸固定端（duān）軸承連續（xù）出現損傷失效症狀。按設計要求，在烘幹部的軸承使用壽命為8～10萬h。按連續生產來算這些軸承的壽命應該為8年（nián）左右。但是現在這些軸承隻有1～2年的工作壽命，有（yǒu）的甚至隻有2～3個月的壽命，明顯低於設（shè）計要求。

從2004年至2015年已經更（gèng）換了一百多套軸承。由於軸承頻繁的拆卸、安裝，又對烘缸的軸頭造成不可逆轉的損傷。烘缸軸承的不穩定工作對車間的正常生產（chǎn）產生（shēng）極大（dà）的影響。

3　烘缸軸承損壞和蒸汽壓力的關係

3.1蒸汽群組分類

在紙機生產（chǎn）過程中（zhōng），要從烘（hōng）缸固定端通入高溫的（de）蒸汽來實現對紙幅中水分的蒸發。根據紙機生產工藝，不同位置的烘缸（gāng）對紙麵的烘幹能力是不同的，通入的蒸（zhēng）汽壓（yā）力也是不同。若幹個相鄰的烘缸組成一個烘缸群，通入特定壓力的飽和蒸汽（qì）來實現組（zǔ）群的共同（tóng）加熱。該（gāi）紙機共有40個烘缸，劃分為11個烘缸群。不同的群（qún）通入的蒸汽壓力各不相同，烘缸表麵溫度也不同。

在（zài）生產過程中根據出幹燥部紙幅水分的大小，紙機（jī）會自動調節各個蒸汽群的供氣（qì）壓力。通過表2可以清晰看出蒸汽壓力較高的三個位置分（fèn）別是2B、3、4號烘缸群，這三個群的（de）供氣壓力峰值分別達到0.44MPa、0.54MPa、0.52MPa。蒸汽（qì）壓力（lì）較低的兩個位置分別是1C、5B烘缸群，其供汽壓力分別（bié）是0.14MPa、0.18MPa。

3.2烘缸固定（dìng）端軸承更換數量（liàng）

依據2004年至2015年間該車間維修記錄（lù），該車間重複性更換（huàn）了137套烘缸固（gù）定端軸承。結合烘幹部烘缸群組蒸汽（qì）壓（yā）力和對應烘缸位置軸承更（gèng）換數量，可以體現出蒸汽壓力和軸承損壞的關係並得到圖1（蒸汽壓力（lì）和軸（zhóu）承更換數量（liàng）對應（yīng）關係）。

通過圖1可以（yǐ）清晰地看出烘缸固定（dìng）端（duān）軸承更換頻（pín）次（cì）Z高（gāo）的（de）三個位置分別是2B、3、4號烘缸群，在這三個位置烘缸傳動側軸承更換平均頻次分別達到4.67次、3.125次、4次（cì）。更換頻次較低的兩（liǎng）個（gè）位置1C、5B烘缸，在這兩個位置內的烘缸軸承更換頻次分（fèn）別為1.5次、2次。

1#、2#、27#烘缸在正常（cháng）生（shēng）產過程中通入微量蒸（zhēng）汽，在蒸汽壓力為0的情況下這三個（gè）位置的烘缸軸承工作時間已經達（dá）到11年。通過（guò）振動監（jiān）測（cè）技術分析，這三（sān）個位（wèi）置的烘缸軸承狀態良好。

通過以上數據可（kě）以看出，烘缸傳（chuán）動（dòng）側軸承更換頻次和烘缸的供汽壓力呈正相關（guān）關係（xì）。

4　烘（hōng）缸軸（zhóu）承損壞（huài）模式

圖2顯示的是軸承內圈滾道失效的圖（tú）片。

♦軸承有打滑（huá）痕（hén）跡

♦滾道表（biǎo）麵（miàn）有環形色圈

♦滾道表麵次（cì）表層疲勞脫落（luò）

圖2顯示軸承滾道表麵的環形色圈、次表（biǎo）層脫落、滾動體（tǐ）表麵脫（tuō）落和碎裂、滾動體表麵磨損。對於以上軸承損傷原因可以引用ISO15243—2004Rolling bearings—Damage and failures滾動軸承損傷和失效—特（tè）征和原因一文（wén）中的說明（圖3）。

♦潤滑（huá）不良，軸承間隙過小。

♦相對於負（fù）載和速（sù）度存在嚴重的軸承負載。

♦過高的溫升降低了軸承材料的硬（yìng）度。

♦固體顆粒（lì）進入密封的軸承中導致磨損。

通過以上列舉的案（àn）例和數據可以反映出，造成烘缸傳動（dòng）側軸（zhóu）承損傷失效的根本原因（yīn）是烘缸傳動側汽頭內部的高溫引發的一（yī）係（xì）列影響軸承正常運行的惡劣條件（jiàn）。

5　烘缸的?熱結構

為了（le）減少烘缸（gāng）中的熱量向軸承的傳導，便有了隔熱套的產生。隔熱結構主要（yào）有隔熱套（tào）隔熱、端麵隔熱、隔熱套與端麵隔熱共同隔熱。

5.1隔（gé）熱結構的原理

隔熱套隔熱即把蒸（zhēng）汽用鋼管輸送，與（yǔ）軸頸用?氣隔開形成隔熱帶。空（kōng）氣比熱比較小、導熱係數低，熱量是通過輻射和對流散逸的（de）。通過設置隔熱帶，來保證高溫蒸汽不會散失到烘缸軸頭中。

在實際生產的過程中（zhōng）經常會發生隔熱失效的情況（kuàng）。在設備安裝或維（wéi）修過程中，因為軸頸和隔熱（rè）套尺（chǐ）寸和結構等原因（yīn），極易造成端麵密封（fēng）中隔熱密封環的（de）安裝損壞、破裂，如圖4所示的隔熱密封環就因為安裝不當造成隔（gé）熱密（mì）封環（huán）破裂。

安裝到汽頭上的隔熱（rè）密封環在工作過（guò）程中因為安裝不當造成損壞後，極（jí）易發生高壓（yā）蒸汽的泄漏。高溫蒸汽泄漏後進入（rù）到隔（gé）熱套和軸頸的空隙（xì）當中會形成冷凝水（shuǐ）。這時（shí）熱傳遞條件與軸頸不隔熱時幾乎相同，隔熱結（jié）構失（shī）效，大量的熱量穿透隔熱（rè）套傳遞到軸（zhóu）頸中（zhōng），造成軸承內外圈的溫度急劇上升。

5.2隔熱結構和無隔熱結構對（duì）比試（shì）驗

試驗條件（jiàn）：無隔熱套（tào）和端麵隔熱結構的軸承裝置、具備隔熱套和端麵隔熱結構的軸承裝置，試驗蒸汽溫度為130℃。

通過對兩套軸承（chéng）裝置通入相同溫度的蒸汽後分別測量（liàng）軸頭位（wèi）置、軸承內環、軸承滾動體、軸承外環等部（bù）位的溫度。無隔熱結構的軸（zhóu）承裝置在運行一定時間後，軸頭位置溫度達到121℃，軸承內環溫度達到107℃，滾動體溫度93℃，軸承外（wài）環溫度（dù）達到86℃。而具備隔熱結構的軸承裝置在運行相同時間後（hòu），軸頭位置溫度達到79℃，軸承內環溫度達到77℃，滾動體溫度73℃，軸承外環溫（wēn）度達到72℃。通過圖5可以明顯地看出具備隔熱結構的軸頭比沒（méi）有（yǒu）隔（gé）熱結構的軸頭溫度低42℃，軸承溫（wēn）升也大幅降低。

6　高溫對潤滑油黏度的影響

黏度反（fǎn）映油品的內摩擦力，是（shì）表示油品油性和流動性的一項指標。在未加任何功能添加劑的前提下，黏度（dù）越大，油膜強度越（yuè）高，潤滑效果（guǒ）越好。黏度是隨著溫度（dù）變化的，溫度越高潤滑油的黏度就越（yuè）低。

通過圖6潤滑（huá）油黏溫曲線可以看出潤滑油（yóu）的（de）黏度隨著溫度的升（shēng）高快速（sù）降低。當油品溫度上升到100℃時該型號潤滑油黏度下降到18.1mm²/s。

潤滑油（yóu）的溫度越高其黏度下降的越大，潤（rùn）滑油的（de）油膜厚度越小（圖7），抵抗重載的（de）能力就（jiù）會越低，潤滑油的潤滑性能（néng）越差，軸承係統就會因為潤滑不良而（ér）過早損壞失效。

7　汽頭隔熱結構優化方案

采用二次（cì）密封的（de）方式（shì）對其進行改進，使得（dé）道（dào）密封破損失效後第二道密封結構繼續完成對蒸汽的密封作用。

7.1轉（zhuǎn）接法蘭設計

該方案是繼續采用威爾遜（xùn）9700型的烘缸汽頭結構，原來的隔熱密封環安裝（zhuāng）在轉接法蘭中（zhōng）。轉接法蘭安裝在烘缸軸頭上。當轉接法蘭安裝到位後在隔熱套和轉接法蘭中間會有7mm配合（hé）距離。第（dì）二道密封（fēng）就是在這7mm的位置上發揮作用（圖8）。

首先在距離轉接法蘭內側（cè）1mm的位（wèi）置加工一個3mm寬、2.5mm深的環形（xíng）O型圈槽。使用材質為氟橡膠的O型圈，安裝到O型槽（cáo）內。當轉接（jiē）法蘭安裝到位後，O型圈起到第二道密封的作用。

7.2密封材料的選擇

氟橡膠(fluororubber)是指主（zhǔ）鏈或側鏈的碳原子上含有氟原子的合成高分子彈性體。氟原子的引（yǐn）入，賦予橡膠優異的耐熱（rè）性、抗氧化性、耐（nài）油性、耐（nài）腐蝕性和耐大（dà）氣老化性，在航天、航空、汽車、石（shí）油和家用電器等領域得到了廣泛應用。

氟橡膠具（jù）有（yǒu）高度的化學穩定性（xìng），是目前所有彈性體（tǐ）中耐介質性能Z好的一種，氟橡（xiàng）膠的耐高溫性能和矽橡膠一（yī）樣，可以說是（shì）目前彈性（xìng）體中Z好的。氟橡膠在250℃下可長期使用。

8　烘缸軸承安（ān）裝方式優化

8.1安裝過程中的溫度控（kòng）製

安裝前軸承的提前預熱（rè）、軸頭溫度降溫處理。

現場維修過程中由於紙機設備停機檢修（xiū）時間短，烘缸體積大，短時間內軸頭溫度下降幅（fú）度有限，停機3h後的軸頭溫度依然高達75～85℃，此時軸頭和室溫條件下的軸承存在50～60℃的溫度差。由於烘缸軸承（chéng）尺寸較大，大幅溫（wēn）升後對其自身的熱膨脹形變造成影響，從而引起軸承（chéng）遊隙的變化。

8.2安裝方式——遊隙測（cè）量變更為液壓推進法

軸承內圈為錐（zhuī）度孔結構和烘缸軸頭錐麵過盈配合安裝。在安裝過程中（zhōng）一般使用（yòng）塞尺對其軸承安裝遊（yóu）隙進行測（cè）量。由於紙機傳動側部分烘缸傳動為（wéi）齒輪（lún）齒箱結構，齒箱結構（gòu）限製了烘缸軸承的拆卸、安裝。在起吊（diào）烘缸或者拆卸軸（zhóu）承的（de）過程中會造成烘缸（gāng）軸（zhóu）向的位移，使得軸承安裝位（wèi）置變化（huà）。在安裝過程中隨（suí）著軸承內環在軸頭的（de）移動會造成內外環的軸向移位，使得內外排滾動體軸承間隙異常變（biàn）大或者變小。很容易（yì）造成安裝人員使用塞（sāi）尺測量遊隙時的測量誤差（chà），導致軸承實際剩餘遊隙過大或（huò）者過小，不能滿足（zú）軸承（chéng）正常運（yùn）行的遊隙要求（qiú）。

當軸承安裝剩餘遊隙小於軸承許（xǔ）用Z小遊隙時，軸（zhóu）承運行過程中會出（chū）現軸承溫度升高、內外環滾道疲勞脫落、滾（gǔn）動體卡死、保持器斷裂、軸承內環脹裂（liè）等情（qíng）況發生，導致軸承異（yì）常損壞或過早出現損傷。軸承內（nèi）環脹（zhàng）裂還會導致烘缸研軸或者（zhě）軸承（chéng）抱死的惡性設備事故的發生。

當軸承安裝剩餘遊隙大於軸承許用Z大遊隙時，軸承運行過程中會出現軸承的異常振動、烘缸運（yùn）行異響。由於軸承遊隙過大在運（yùn）行過程中還會出現軸承滾動體在內外環滾道之間的異（yì）常打滑，造成軸承磨損（sǔn）加劇，嚴重時導致軸承內外環滾道疲勞脫落。

在各安裝部位正常無明顯磨損的情況下，現場安裝時建議采（cǎi）用液（yè）壓推進（jìn）法進（jìn）行軸承安裝（zhuāng），在安裝過程中使用液壓螺（luó）母對軸承（chéng）內環進行推進。通過查詢軸承型號後可以獲得該型號軸承（chéng）的（de）安裝數據：軸承的原始遊隙、遊隙減小量、Z小許用（yòng）遊隙、液壓螺母起始壓力、軸承內環推進距離等數據。當（dāng）軸承內環到達位置後即可完成軸（zhóu）承的安裝。可以避免因為人工測量導致的測量誤差，實現（xiàn）軸承的（de）精細安裝。

9　潤滑油品優化

造（zào）紙機烘幹部因為運行的溫度較高，常采用稀油潤滑方（fāng）式，采（cǎi）用油站供油由自動化控製係統進（jìn）行管?控製。由於現代紙機高速、重載荷連續運行，因此對潤（rùn）滑油黏溫性、氧（yǎng）化安定性、擠壓性、抗乳化性、抗水性（xìng）、過濾性等性能提出了較高的要求。現有紙機上配備的PMO無灰造紙（zhǐ）機循環油雖（suī）然在性能指標上（shàng）可以滿足紙機運行的基本（běn）要求，但是在高溫、高速、重載（zǎi）的（de）工（gōng）況下作業也暴露出油膜穩定性不足、潤滑（huá）性能降低等問題。

對於紙機烘幹部潤滑油的優（yōu）化可以采用CMO無灰極壓造紙（zhǐ）機循環油（yóu），該油品具有高溫穩定性（xìng）。有效的抗氧化劑保（bǎo）護高溫環境及高溫運行條件下的潤滑油使用壽命，減少沉積物的生成。

擠（jǐ）壓添加劑與無灰抗（kàng）磨劑提供良好的FZG和Timken表現性能。是在高溫高壓的邊界潤滑狀態下，能和金屬表麵形成高熔點化學反（fǎn）應膜，以防止發生熔結、咬黏、刮傷的添加劑（jì）。作用是通過分解的產物在摩擦高溫下（xià）與（yǔ）金屬起反應，生成剪切應力和熔點（diǎn）都比純（chún）金屬低（dī）的化合物，從而防（fáng）止接觸表麵咬合與焊（hàn）熔，有效地保護金屬表麵。輔助提升潤（rùn）滑油的潤滑性能，延長軸承重載條件下的使用壽命。

10　結束（shù）語

通過（guò）優化烘缸汽（qì）頭密封結構、采用極壓特性潤（rùn）滑油、優化軸承裝配工藝，可以有效地改善烘缸軸承在高溫、重載工況的運行條件，減少軸承內部摩擦，延長軸承的使用壽命。

來（lái）源：《中（zhōng）華紙業》2020年第8期