尼龙材料在高压水中的应用

李常勇 王 河

（攀枝花市攀钢钒轨梁厂,四川 攀枝花617000）

1 前言和系统组成

1.1 前言

尼龙材料作为一种新型材料，已逐渐被人们认识，且被广泛使用，在工业应用中很常见如：联轴器柱销、换向阀内挡圈、减震垫、辊身保护套。笔者尝试利用其特性，在高压水系统中密封件和阀件替代橡胶件和不锈钢件进行应用受益匪浅，特记下与大家分享。

高压水系统是轨梁厂950 轧制线上的较重要的设备。它是利用水介质作为动力，驱动翻钢机、夹料辊等执行机构，对不同的轧制品种进行校正、移动、翻转。使钢坯能顺利对准孔型，并能按轧制要求实现对钢坯进行翻转轧制。其系统的正常运行，直接关系到生产的顺利进行。

1.2 系统组成

统由高压泵组、高压蓄势器、自动阀、分配阀、水阀、翻钢机、夹料辊、高低压输水管道以及空压机机组组成。

图1 高压水系统简图

2 高压水系统的工作原理

其工作原理为：由低压管和管道泵提供压力为0.5MPa 的低压水，通过自动清洗过滤器后被吸入高压柱塞泵，输出的高压水通过单向阀、高压手动闸阀，一部份通过自动阀进入高压蓄势器储存，一部份送往翻钢机、夹料辊控制阀组实现对钢坯的翻转、移动、校正。当翻钢机、夹料辊设备不工作时，高压泵组排出的高压水顶开自动阀进入高压蓄势器储存。罐内水位到达设定高水位时，泵组分配阀接收控制信号失电，关闭控制水，泵头循环阀打开，高压泵组处于空载循环状态。此时，高压泵组排出的水通过循环阀、回水管道输送回水箱内循环使用。水罐内水位到达设定低水位时，各泵分配阀得电，控制水开启，使泵头循环阀关闭，高压柱塞泵处于高压工作状态。当翻钢机、夹料辊工作时，高压泵组和高压蓄势器同时供水，以满足轧制生产时的尖峰用水需要。

高压泵组（出口压力16MPa）配置四套，根据不同的轧制品种，分别采用4 台、3 备1、2 备2 方式运行，每套由电机、减速器、高压柱塞泵及相应的控制、检测元件组成。

四台泵工作制

泵站采用水位控制系统的运行方式，设定五级水位控制。

①当达到五级水位时，泵站各泵电机停止运行；

②当达到四级水位时，此时四台高压柱塞泵均打循环（低压运行）；

③当降至二级水位时，4 台泵同时打高压；

④当降至一级水位时，4 台泵同时打高压，且关闭自动阀，高压蓄势器内的高压水不再往泵站外输送，避免造成“跑风”事故。

3 高压水系统的常见故障

该套系统自投入运行以来，经过多年的运行管理摸索，主要故障形式已趋于稳定。其维护平时主要在处理水阀及密封的内泄和外泄。

高压柱塞泵：型号：3W-5B5 出口压力：16MPa 流量：250m3/h 柱塞直径：50mm

柱塞数量：3 个 行程：140mm 介质：清水 进口压力：正压

其故障主要表现：（1）水阀阀面损伤；（2）机头阀胶圈坏；（3）各接头密封漏水。

4 针对常见故障，利用尼龙材料采取的改进方法

4.1 水阀阀面损伤及改进处理方法

翻钢机、夹料辊通过水阀来控制其翻转、夹持动作，但因压力较高（6-9MPa），固设备故障率较高，其中水阀的故障比较突出，其主要原因在于：阀面1、阀面2 的损伤，造成水阀内泄。①当阀面1、2 损伤较小（沟痕较浅）时，泵站长时间打高压，造成泵组备件损耗较快；②当阀面1、2 损伤较大（沟痕较深）时，泵站即便全部运行，也无法满足生产。这与阀座1、工作阀2、放泄阀3的材质有很大的关系，阀座1、工作阀2、放泄阀3 都是2Cr13材质。由于水质的因素（尤其在雨季，泥沙较多），阀座1、工作阀2、放泄阀3 材质的因素，压力的因素。阀面1、2 处极易出现拉伤、冲蚀损坏，泵站将无法正常运行（泵站长期打高压，且处于低水位运行，极易造成事故）。

而常规的处理方法是：①当阀面1、2 损伤较小（沟痕较浅），将阀座1、工作阀2 配研；将工作阀2、放泄阀3 配研，时间较长1-2 小时；②当阀面1、2 损伤较大（沟痕较深），无法研磨时，只有更换一套，将其换下的全部报废。在这情况下，设备的正常运转存在严重的制约。

为了保证设备的正常运转，对比材料特性，利用尼龙材料的优点：具有较高的强度，较强的耐腐蚀性，弥补钢件的缺陷，且尼龙材料具备密封性的特点，把原有的工作阀2 由2Cr13 材质改为尼龙材质。理由：①工作阀2 与阀座1（材质为2Cr13），工作阀2 与放泄阀3（材质为2Cr13）不再是硬碰硬，且尼龙材料有弹性，闭合效果好(液压系统密封常有)即便是水质原因，最终损坏的是工作阀2；②处理工作阀2 时间较短，且不需研磨，容易加工。通过以上的改进，试用到至今，事故时间大幅减少，工作量大幅减小，维修备件费用大幅降低。

图2

缺点：①尼龙具有吸水特点，使用一段时间体积有所增加，即外径会变大，工作阀2 外径为￠40mm,加工为￠39.9mm，且使用3～4 周，需把阀再加工到￠39.9mm，这样以后该阀才能正常使用。根据这一特性，为后续的设备维修及改进积累了相应的经验。②工作阀2 与放泄阀3 连接是螺纹连接，需定期检查螺纹的损伤情况。

4.2 机头阀胶圈坏及改进处理方法

机头阀是直接关系到泵是否正常打压的关键，其上、下腔靠O 型密封圈隔开，若O 型密封圈坏，泵打压能力将降低或不打压，且减速机声音大，降低减速机使用寿命。由于橡胶具有一定的脆性，且中间套与阀体之间具有一定的间隙，在检修完机头阀时，紧固压盖时，橡胶密封有可能已损坏，且泵打高压时上、下腔压差较大，橡胶密封更易损坏，更换密封时间较长1～2小时，且较频繁1～2 周；利用尼龙较高的强度，具有一定的吸水性，把原有的机头阀处的橡胶O 型密封，改为尼龙三角垫。通过改进，机头阀的密封寿命周期由原来的1～2 周，提高到1～2 月，且可以循环使用。既延长了机头阀的检修周期，同时也降低了材料费用。

图3

图4 尼龙三角垫示意图

4.3 各接头密封漏水及改进处理方法

高压水系统具有大量的接头，但因其存在水蚀、气蚀、压力的波动、水锤现象，接头密封存在一定的难度，以往利用紫铜加工垫圈进行密封，现利用尼龙较高的强度，具有一定的吸水性，且相对紫铜垫有较大的压缩量，把部分阀与阀之间的密封由原来的紫铜件，改为尼龙材质。既减少了材料费用，又减少了处理时间。且效果明显。例：①高压蓄势罐体密封漏水，需更换接头密封，由于长期压缩紫铜垫，紫铜垫与罐体难以分割，这时加工一件1mm 厚的尼龙垫即可解决问题；②翻钢机、夹料辊与水阀之间为软管连接，连接处硬碰硬，密封效果不好，造成翻钢机、夹料辊接头丝扣损伤较快，且胶管容易滑落，造成废钢和事故时间，以往加紫铜垫，现改为尼龙垫，大大的降低了材料费用,且效果明显。

5 总结对比

综上所述，尼龙材料的优点：①较紫铜便宜，且压缩量比紫铜大；②比橡胶密封强度大，使用寿命长，可反复使用，厂矿现场容易加工。缺点：①局限于环形密封垫，且外径尺寸受限于尼龙棒的外径尺寸；②在某些安装条件下，没有橡胶密封的灵活性。