纺丝盘内部密封结构的改进

高占勇

(邯郸宏大化纤机械有限公司，河北 邯郸 056046)

0 引言

纺丝盘是粘胶短纤维纺丝机重要的器材之一，用于初生粘胶纤维丝束的喷丝头拉伸。喷丝头拉伸是指纺丝盘线速度与粘胶从喷丝头喷出速度的比值。棉型粘胶短纤维常采用喷丝头正拉伸，而高湿模量粘胶短纤维常采用喷丝头负拉伸。由于纺丝盘在纺丝过程中与酸液接触，需要对其采取防护措施，以防止纺丝盘内部的纺盘轴、轴承和轴承座等零件受到酸液腐蚀。生产发现，原纺丝盘内部密封在结构形式和零件材质等方面还存在问题，需要进行改进和完善，从而更好地满足用户使用要求。

1 原纺丝盘内部密封结构

在粘胶短纤维纺丝机上，目前应用较多的纺丝盘内部密封结构可分为单油封式和双油封式。

1.1 单油封式纺丝盘

单油封式纺丝盘内部密封结构如图1所示。

1—防护罩；2—密封罩；3—纺丝盘；4—内套；5—螺帽；6—纺盘轴；7—定位套；8—轴承端盖；9—油封；10—轴承；11—轴承座。图1 单油封式纺丝盘内部密封结构

由图1可以看出，纺丝盘通过内套、键与纺盘轴相连；螺帽通过螺纹固定在纺盘轴的轴端，并通过垫片与内套的右端面压紧；轴承的内圈通过纺盘轴和定位套进行固定，轴承的外圈安装在轴承座上；定位套的右端通过垫片压紧内套的左端面；轴承端盖和垫片通过螺栓固定在轴承座上，轴承端盖上装有密封罩和一个油封；密封罩的外圈安装在不锈钢防护罩上。

轴承座、轴承端盖和纺盘轴材质为碳钢，定位套、纺丝盘、内套和螺帽材质依次为304不锈钢、普通耐酸陶瓷、环氧树脂和尼龙1010，所有垫片、油封和密封罩材质均为普通耐酸、碱橡胶。

单油封式纺丝盘内部密封结构存在以下问题：

a) 密封效果差。由于轴承端盖和定位套间存在缝隙，当设备运转时，外界的酸液会依次沿着纺丝盘与防护罩、纺丝盘与密封罩、轴承端盖和定位套之间的缝隙流到油封的位置。油封在运转过程中，如果润滑不好，其唇边会摩擦生热，温度升高，导致唇边硬化，加剧对定位套的磨损。在酸液的腐蚀作用下，这种磨损会更加严重，当酸液流到轴承位置时会导致轴承、纺盘轴和轴承座受到酸液的腐蚀[1]。

b) 非金属材质零件的抗酸能力差，容易被酸液腐蚀。

1.2 双油封式纺丝盘

双油封式纺丝盘内部密封结构如图2所示。

由图2可以看出，纺丝盘通过内套、键与纺盘轴相连；螺帽通过螺纹固定在纺盘轴的轴端，并通过垫片和压板与内套的右端面压紧；轴承的内圈通过纺盘轴和定位套进行固定，轴承外圈安装在轴承座上；定位套右端与内套左端相连，并采用O型密封圈进行密封；轴承端盖及密封罩的内缘通过螺栓固定在轴承座上，且轴承端盖上装有两个油封；密封罩的外缘安装在防护罩上。

轴承座和纺盘轴均为碳钢材料，轴承端盖和定位套为316L不锈钢，纺丝盘为普通耐酸陶瓷，内套为环氧树脂，螺帽及其压板为尼龙1010，防护罩为硬聚氯乙烯，油封、密封罩和螺帽处使用垫片为普通耐酸、碱橡胶。

与单油封式结构相比，双油封式纺丝盘内部密封结构具有以下优势：① 进入纺丝盘内部的酸液较少；② 轴承端盖和定位套为316L不锈钢，耐酸能力较强；③ 轴承端盖上安装了2个油封，使得轴承、纺盘轴和轴承座的抗腐蚀能力得到加强。

但该结构存在以下问题：

a) 密封性能有待进一步加强。虽然316L不锈钢耐酸能力比较强，但无法耐受酸液的长期腐蚀。若轴承端盖因酸液腐蚀而失效，酸液会沿着其安装面或螺栓孔流到轴承上，造成腐蚀；若定位套外圆面因酸液腐蚀，油封磨损而失效，酸液会从定位套和油封之间的缝隙渗透到轴承和纺盘轴上，造成腐蚀。

b) 易接触酸液的非金属材质零件抗酸能力较差。

2 改进后纺丝盘内部密封结构

为了解决单油封式和双油封式纺丝盘内部密封结构存在的问题，综合用户提出的意见和建议，笔者对两种结构进行改进，设计出一种新型纺丝盘内部密封结构，如图3所示。

由图3可以看出，改进后的纺丝盘通过内套、键与纺盘轴相连；螺帽通过螺纹固定在纺盘轴的轴端，并通过O型密封圈、压板和垫片与内套右端面压紧；轴承的内圈通过纺盘轴和定位套进行固定，轴承的外圈安装在轴承座上；定位套的右端压紧内套的左端面，并采用O型密封圈进行密封；轴承端盖和垫片通过螺栓固定在轴承座上，且轴承端盖上装有两个油封(此处结构与图2相应部位的结构相同)；密封罩的外缘通过螺钉安装在纺丝机的机架上，内缘套在定位套上；密封罩的内缘与定位套的外圆面间有一定的间隙，可实现两者间的相对转动；同时，为增强密封效果，在定位套上安装一个V型密封圈，其唇部紧压密封罩的右端面，可防止酸液、酸气或尘埃的侵入，从而提高油封的防腐蚀能力。

1—密封罩；2—纺丝盘；3—螺帽；4—纺盘轴；5—内套；6—定位套；7—V型密封圈；8—轴承端盖；9—油封；10—轴承；11—轴承座。图3 改进后纺丝盘内部密封结构

为了进一步提高零件的抗酸能力，优选零件材质，具体为：轴承座采用316L不锈钢制成，其外露的非安装表面涂一层厚度为0.5 mm的环氧树脂；纺盘轴采用经调质处理的3Cr13不锈钢，不仅提高了纺盘轴的耐腐蚀能力，还满足了纺盘轴的强度要求；轴承端盖、定位套、密封罩、螺帽及其压板全部采用抗酸能力强的904L不锈钢；纺丝盘采用品质更优的99瓷；内套采用增强聚丙烯，与原环氧树脂材料相比，增强聚丙烯不仅耐腐蚀性能卓越，还具有使用寿命长、刚度较高、耐高压、卫生无毒、可回收利用等优点；油封、V型密封圈、所有O型密封圈及垫片全部采用优质氟橡胶材料，具有耐高温、耐酸碱、耐油、耐强氧化剂和耐候性好等优异性能[2-4]。

为了提高油封、V型密封圈及与其唇部接触零件的抗磨损能力，在定位套的外圆面(与两个油封接触的区域)和密封罩的右端面(与V型密封圈接触的区域)分别喷涂氧化铬陶瓷，并添加充足的通用锂基润滑脂。另外，为进一步提高O型密封圈及垫片的密封效果，在安装时需在橡胶密封件上涂抗酸能力较强的密封剂[5-8]。

改进后纺丝盘内部密封结构主要有以下优点：

a) 密封措施得当，防腐蚀能力强；

b) 零件的耐腐蚀性能优良；

c) 油封和V型密封圈的润滑效果好；

d) 非金属材质的零件品种较少；

e) 安装、维护方便。

在纺丝机上应用改进后的纺丝盘内部密封结构，改善了原结构经常出现的密封效果不佳和零件耐腐蚀能力较差等问题，使得轴承座、轴承和纺盘轴等重要零件得到了很好的保护，且油封和V型密封圈等橡胶密封件的密封效果良好，使用周期长。

3 结语

改进后的纺丝盘内部密封结构设计合理，性能稳定可靠，防腐效果和润滑效果良好，安装和维护都比较方便，满足了纺丝盘的使用要求；故障率降低，保证了粘胶短纤维纺丝机的正常生产。为了进一步提高纺丝盘内部密封结构的可靠性，除了减少酸液的腐蚀外，还需不断改善纺丝车间的空气质量，以减少二氧化硫和硫化氢等腐蚀性气体对纺丝盘内部密封结构的腐蚀。

参考文献：

[1] 王慧，于平超，唐志坚，等.磁力密封的开发应用[J].液压气动与密封，2015，35(9)：10-11.

[2] 成大先.机械设计手册[M].4版.北京：化学工业出版社，2002.

[3] 刘鸿文.材料力学[M].4版.北京：高等教育出版社，2004.

[4] 濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2001.

[5] 王足生，李瑞生.对液压缸活塞的改进设计[J].液压气动与密封，2015，35(9)：12-13.

[6] 沈伟光，倪忠迁.新型硬密封球阀设计及应用[J].通用机械配套，2015(12)：44-45.

[7] 唐志坚，王慧.密封设计注意细节问题[J].通用机械配套，2015(12)：57-59.

[8] 张军.密封件质量体系的特殊性和解决方案[J].液压气动与密封，2009，29(6)：6-8.