热连轧机精轧油膜轴承失效分析及改进措施

安钢1780mm热连轧机组有七架精轧机，其支承辊的轴承为油膜轴承，共计 28 套，是极其关键的部件。2013年上半年，热连轧机精轧机组数次出现停转事故，不能生产，经分析是支承辊油膜轴承集中损坏，损坏的原因是多方面的，经过攻关改进，解决了问题，保证了生产。

1、设备概况

油膜轴承，也叫液体摩擦轴承，是滑动轴承的一种，在运转中轴颈和轴衬之间被一层油膜完全隔离开来，使金属脱离接触，形成纯液体摩擦。油膜轴承能在高达25MPa 的压力下处于液体摩擦状态，摩擦系数仅为 0.001~0.008。具有摩擦系数小、承载能力大、工作速度高、刚性好、寿命长等优点，是一种高精密的轴承(如图1所示)，广泛用在现代的冷、热带钢连轧机的支承辊上。使用油膜轴承的轧机能轧出高精度的轧件。

2、在问题及分析

2.1水封易产生漏点

1）热连轧机组环境恶劣，工作中轧机支承辊处于大量的冷却水中，处于支承辊两端的油膜轴承的密封装置性能要求较高。油膜轴承密封分为静密封和回转密封( 辊径密封) 。辊径密封由脚型密封、密封盖、铝环组件、水封等组成。水封的材质是丁晴橡胶(NBR) Φ1400mm，是密封装置中的薄弱环节，是外露零件，在整个密封的最外面，长期浸泡在轧机冷却水中，水封如果密封失效，轧机冷却水和氧化铁皮将直接进入油膜轴承。

2）支承辊端面磨损造成沟槽。水封的密封唇口压在支承辊端面上，二者之间相对转动，时间长了支承辊端面会被磨出粗糙的沟槽，而粗糙的沟槽又会加剧水封的磨损。现场统计表明，在支承辊寿命的中后期，即辊径减小1/3时，支承辊端面上的磨损沟槽磨损严重，最大能达到深3mm，宽10mm(如图2所示) 。出现这种状况时，即使更换新水封，水封唇口的压缩量也会不足，密封性能失效。

2.2轴承污染

侵入轴承的杂质，大多数是在轴承装配过程中带到轴承中的，也有部分是随润滑油带入轴承的。当大于油膜厚度( 约20μm) 的杂物进入轴承，轻则在衬套上划出道道沟痕，重者损坏整套轴承。使用中，这些情况也是多见的。

2.3润滑系统大量进水，轴承得不到有效润滑

因水封失效及润滑系统冷却器故障，大量冷却水及氧化铁皮进入油膜轴承润滑系统，润滑油的粘度下降，油液乳化，侵蚀了轴承，在锥套的工作表面，衬套的内外表面产生氧化层，并出现严重的锈斑。锥套的工作表面粗糙度要求为0.01~0.05，如镜面精度。一旦起锈，锈蚀面迅速扩展，表面光洁度指标彻底丧失，不能使用，衬套的锈蚀一旦伤及巴氏合金层，就无法继续使用。

2.4负压导致的回油不畅和透视盖凹陷

轧辊高速旋转会在轴承座内产生负压，使油膜轴承内部气压低于外部气压，导致水封受吸，外部冷却水进入、轴承座内回油不畅、轧辊端罩上的透视盖凹陷等现象出现。

2.5弧形板质量问题造成油膜轴承边缘磨损

边缘磨损，一般发生在油膜轴承靠近辊身侧的承载区边缘，主要原因是轴承的自动调位性能差。轧机支撑辊轴承座底部安装有弧形板，保证轴承可在轧辊轴线的竖直平面内转动。工作一段时间后，弧面被压成了窄平面，造成油膜轴承边缘磨损。

3、改进措施

3.1增加水封防护系统

1） 防护水封的设计安装。现场观察发现，水封的损坏多发生在下支承辊上部约 60°部位，分析水封的结构和工作环境，设计增加了一套防护水封装置，减少冷却水和水封的接触。通过钢带紧箍到密封盖外壁，安装在下支承辊轴承座上，防护水封安装使用后，起到了分流防护作用，保护水封的作用非常明显。防护水封制造成本低，钢带紧箍及半环状防护水封均具有伸缩弹性，安装精度要求不高，维护简便，因此该防护水封在同类型机组中具有推广应用价值。设计原理及安装如图3所示。

2）支承辊端面修复。磨损严重的支承辊端面须进行修复，对端面沟槽进行补焊，焊后修磨平整，达到表面光滑，保证水封密封唇口和轧辊端面的正确接触和正常压缩量。装配时，在轧辊端面与水封接触的部位均匀涂抹一薄层润滑脂，改善水封摩擦条件。

3.2严格执行清洗规程，加强管控

高标准的清洁维护是延长轴承使用寿命的有效手段。装配过程中，严格控制清洁度，防止轴承污染。全程监管油膜轴承的拆解和装配工作，严格执行油膜轴承的特定清洗规程。确保油膜轴承干净清洁，装配的每一个环节都达到技术要求。

3.3改进润滑系统

1）油膜轴承润滑油的含水量要求为≤2% ，润滑油中的含水量若＞2% 时，不仅会破坏油膜形成，并且会使轴承产生锈蚀，因此必须排除排除油中水份。为此新增了一台大功率净油机，型号为GZL-300L /min，提高了系统的脱水净化能力。同时对板式冷却器进行检修，防止冷却水进入油中。

2）增大流量降低轴承温度，对转速最高的油膜轴承进油口的节流孔板尺寸适当放大，提高其油膜轴承润滑油流量分配，使其轴承温升控制在理想温度内。

3.4增加透气孔

为解决轴承座负压，通过开孔使轴承座内外相通，共进行了两次透气孔改造，结构形式如图4所示。首次的不足之处是原管接头通气路径过短，特别是在下辊大量浇水的恶劣工况下，可能会从透气孔溅水入轴承座内，为避免出现透气孔进水的情况，将透气孔改为“长象鼻”结构，杜绝从透气孔进水。

3.5改进弧形板接触精度

对上机备件打硬度、用样板测量弧形面几何精度，上机前清洁弧形板并均匀涂抹润滑脂防锈，对下线轧辊的弧形板表面进行检查，发现凹坑、裂纹等问题，或者弧形面线接触变成平面接触，必须及时更换。

4、改进效果

通过对热连轧油膜轴承失效问题进行技术改进，油膜轴承磨损情况得到改善，实际运行情况表明效果良好，延长了油膜轴承的使用寿命。

1）新型防护水封安装使用后，能把氧化铁皮、冷却水分流隔开，保护了水封，使水封的工况条件大为改善，有效解决了水封进水的问题，水封的更换周期延长一倍。支承辊端面磨损沟槽修复后，解决了水封压缩唇口的异常磨损。

2）在装配过程中杜绝了杂物带入，清洁度控制达到要求，油膜轴承磨损大大降低，轴承的寿命延长数倍，同时投用大功率净油机后，润滑系统的含水量控制到了 2% 以下的正常指标，油膜轴承不再锈蚀。安装透气孔后，回油通畅，透视盖不再损坏进水。弧形板接触良好，能保证油膜轴承在轧辊轴线的竖直平面内转动自如，提高了轧机设备精度。

5、结语

安钢通过对1780mm热连轧油膜轴承失效问题进行分析和技术改进，解决了油膜轴承易磨损的难题，有效地延长了油膜轴承的使用寿命。为设备的良性运行，稳定生产，发挥产能提供了保障。

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