孫亞強(qiáng)

(中國石化上海石油化工股份有限公司腈綸部，上海 200540)

腈綸聯(lián)合裝置熱牽伸機(jī)是腈綸紡絲工段的核心設(shè)備，從水洗機(jī)出來的腈綸，經(jīng)過預(yù)熱水槽再到熱牽伸機(jī)進(jìn)行高倍拉伸。熱牽伸機(jī)主要由7根輥和一個傳動箱組成，其中一輥筒軸為主動軸。傳動裝置由電動機(jī)提供動力，經(jīng)過減速器減速后驅(qū)動主動軸，其余各輥筒軸通過齒輪依次傳動。減速器失效會造成熱牽伸機(jī)故障，直接影響紡絲工段運(yùn)行的穩(wěn)定性，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。作為一種動力傳輸工具，減速器在降速的同時提高輸出扭矩，由于負(fù)載能力大，齒輪在傳動過程中受到的磨損也最嚴(yán)重。

減速器的功率和熱容量是固定的，當(dāng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時的熱平衡溫升超過減速器的熱容量時，會造成潤滑油溫度升高，影響油膜的形成，從而加速減速器軸承、齒輪和油封等關(guān)鍵部件的損壞，因此需根據(jù)減速器自身的特點(diǎn)和工況條件選擇合適的潤滑油冷卻系統(tǒng)，使?jié)櫥偷墓ぷ鳒囟缺３衷陬~定范圍內(nèi)，提高減速器的工作可靠性。

文章以熱牽伸機(jī)減速器為研究對象，分析了潤滑油溫度高的原因，提出了具體的改進(jìn)措施，并對改造前后的效果進(jìn)行了對比，對實(shí)際工程應(yīng)用具有一定的參考價值。

1 原因分析

由于生產(chǎn)負(fù)荷增大，熱牽伸機(jī)的紡速加快，導(dǎo)致熱牽伸機(jī)減速器的運(yùn)行負(fù)荷過高。雖然紡速提升后并未造成減速器的超負(fù)荷運(yùn)行，但是卻超出了該減速器的預(yù)定熱容量，減速器的溫度長期在70 ℃左右，減速器溫度過高會引起很多問題：

(1)減速器持續(xù)的高溫會降低潤滑油的黏度，使減速器齒輪在嚙合時無法形成良好的油膜，增加齒輪之間的接觸磨損；

(2)潤滑油容易變質(zhì)，油的性能下降，更嚴(yán)重的是造成軸承的潤滑油道被積炭堵塞，使軸承潤滑不良，降低軸承的使用壽命；

(3)加速油封的變質(zhì)老化，導(dǎo)致減速器漏油；

(4)使齒輪及相關(guān)工件溫度過高從而引起剛性度降低，軸的同心度降低，造成振動加大。

減速器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，運(yùn)動副摩擦?xí)a(chǎn)生大量的熱量，潤滑不良、負(fù)載過大等都會造成減速器的溫度過高，而造成熱牽伸機(jī)減速器溫度升高的主要原因是改造后減速器的負(fù)載相比之前增加了很多[1]。這表明現(xiàn)有的減速器冷卻方式不能滿足散熱需求，需增加一個潤滑油冷卻系統(tǒng)，帶走運(yùn)行中產(chǎn)生的多余熱量，使減速器內(nèi)的潤滑油溫度保持在一定的范圍內(nèi)，提高減速器可靠性。

2 減速器冷卻系統(tǒng)改進(jìn)

2.1 冷卻方式分析

對減速器進(jìn)行冷卻降溫首先要考慮溫度升高的原因，再根據(jù)原因有針對性地采取措施。如果溫度高是由于減速器本身的故障引起的，首先要排除減速器存在的故障然后再采取降溫措施。該減速器溫度升高是由于減速器負(fù)載加大引起的，可以直接增加降溫措施進(jìn)行處理。常見的降溫措施有：空氣冷卻、盤管冷卻、外部冷卻[2-4]。

(1)空氣冷卻是通過人工增加減速器周圍的空氣流動速度，提高減速器的自然散熱，帶走運(yùn)行產(chǎn)生的多余熱量，保持設(shè)備溫度的穩(wěn)定性。這種降溫措施的優(yōu)點(diǎn)是成本低，不需要消耗大量的工業(yè)用水，但是由于減速器的外表面比較平整，散熱面積小，對減速器而言這種方式降溫效果有限。原減速器改造前的冷卻方式就是在減速器附近放置工業(yè)風(fēng)扇，對著齒輪箱的箱體吹風(fēng)，達(dá)到降溫目的。在熱牽伸機(jī)紡速提升前，使用工業(yè)風(fēng)扇散熱可以達(dá)到降溫效果；紡速提升后，原有的風(fēng)扇冷卻已不能滿足散熱要求，需對原有的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

(2)盤管冷卻是一種水冷降溫方式，與風(fēng)冷相比只是降溫介質(zhì)不同，而且盤管冷卻的換熱更快，降溫效果更好。冷卻水盤管安裝在減速器底部的油池中，通過冷卻水泵使盤管中流動的冷卻水與潤滑油進(jìn)行換熱，帶走減速器運(yùn)行過程中產(chǎn)生的多余熱量使減速器內(nèi)潤滑油的溫度下降。這種方式降溫效果好、結(jié)構(gòu)簡單且易于系列化，但由于該減速器在設(shè)計(jì)時沒有預(yù)留盤管位置，很難實(shí)施這種降溫方式。

(3)外部冷卻是指在減速器外部設(shè)置一個水冷或者風(fēng)冷裝置，將減速器內(nèi)的高溫潤滑油引入到外置散熱裝置中進(jìn)行冷卻，冷卻后的潤滑油再回到減速器內(nèi)進(jìn)行潤滑，并不斷循環(huán)以達(dá)到降溫目的。與前兩種方式相比，這種冷卻方式在增加降溫成本的同時也會增加設(shè)備的故障率，但降溫效果比前兩種方式更好。

通過對3種降溫措施進(jìn)行對比分析可知，前兩種方式都有各自的局限性，不能滿足降溫要求。雖然外部冷卻需要額外安裝冷卻設(shè)備增加成本，但使用外置冷卻設(shè)備所需要的停機(jī)時間更短，冷卻器的安裝技術(shù)難度小，具有更便捷的改造性。因此，采用外部冷卻來處理熱牽伸機(jī)減速器高溫是最為合適的方式[5-7]。

2.2 增加潤滑油冷卻系統(tǒng)

由于原減速器的高溫不能滿足熱牽伸機(jī)的安全運(yùn)行要求，因此可以通過降低潤滑油的溫度來間接降低減速器的溫度。主要是將減速器內(nèi)的潤滑油送到外部換熱器內(nèi)用冷卻水進(jìn)行循環(huán)冷卻，冷卻后的潤滑油重新回到減速器內(nèi)，即增加了一個潤滑油冷卻系統(tǒng)。潤滑油冷卻系統(tǒng)主要由潤滑油管、磁性過濾器、擺線齒輪油泵、冷卻水管和列管式油冷卻器組成。列管式油冷卻器的換熱面積(F)計(jì)算如下：

F=Q/(K△Tm

(1)

Q=ρVCp△T

(2)

△Tm=[(T1+t2)-(T2+t1)]/ln[(T1-t2)/(T2-t1)]

(3)

式中，Q為潤滑油換熱量，W；V為潤滑油油量，取油泵額定流量0.72 m3/h；ρ為潤滑油密度，取850 kg/m3；Cp為比熱容，取1.85 kJ/(kg·K)；△T是潤滑油溫差，△T=T2-T1；△Tm是對數(shù)平均溫差；T1是進(jìn)油溫度，取70 ℃,T2是出油溫度，取50 ℃；t1是冷卻水進(jìn)口溫度，取20 ℃，t2是冷卻水出口溫度，取30 ℃；K是換熱系數(shù)，根據(jù)資料取900 W/(m2·℃)。

由公式(1)～(3)計(jì)算可知:油冷卻器的換熱面積為0.20 m2，乘以1.10的裕量因子，算出的換熱面積為0.22 m2。對照廠家型號，選型如下：設(shè)計(jì)壓力殼程1.0 MPa，管程1.0 MPa，換熱面積0.23 m2。減速器潤滑油冷卻系統(tǒng)見圖1。

圖1 減速器潤滑油冷卻系統(tǒng)示意

潤滑油冷卻系統(tǒng)運(yùn)行時，擺線齒輪油泵先將減速器內(nèi)的潤滑油從減速器底部的排油孔抽出，經(jīng)過一個磁性過濾器，再依次通過擺線齒輪油泵的進(jìn)口和出口，然后進(jìn)入油冷卻器與冷卻水進(jìn)行熱量交換，最后從減速器頂部返回油池。

此系統(tǒng)有兩個特點(diǎn)：一是潤滑油在油泵的作用下，從齒輪的上部返回油池，潤滑油的潤滑方式由原來的油浸式飛濺潤滑變成強(qiáng)制潤滑，這樣可以保證齒輪的嚙合面有足夠的供油量，有利于油膜的形成；二是當(dāng)潤滑油通過磁性過濾器時，潤滑油中的鐵屑等雜質(zhì)就會吸附和沉淀在磁體周圍，保證潤滑油的清潔。

3 效果對比

潤滑油冷卻系統(tǒng)安裝投入使用后，減速器箱體溫度控制在50 ℃以下，潤滑油溫度明顯下降，未發(fā)現(xiàn)任何異常情況。同時減少了故障發(fā)生次數(shù)，降低了設(shè)備的檢修維護(hù)費(fèi)用，提高了生產(chǎn)效率。表1分別選取了改造前后減速器箱體的5個溫度測量值。

表1 改造前后減速器箱體溫度對比

從表1可以看出：改造后箱體溫度平均降低了20 K，潤滑油油溫控制在正常狀態(tài)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況達(dá)到了改造的預(yù)期效果，實(shí)踐證明改造是成功的。

4 結(jié)論

通過對減速器冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加一套潤滑油冷卻系統(tǒng)，運(yùn)用油冷卻器對運(yùn)行過程中溫度升高的潤滑油進(jìn)行熱量交換，取得了明顯的運(yùn)行效果。

(1)改善了減速器齒輪齒面的潤滑。改造后已運(yùn)行半年多時間，齒面未出現(xiàn)點(diǎn)蝕加劇和磨損加重情況，延長了減速器的安全運(yùn)行時間。

(2)潤滑油冷卻效果明顯。改造后，減速器的箱體溫度未超過50 ℃，各類油封、軸承也沒有更換，潤滑得到了改善，極大地減少了檢維修的工作量，提高了運(yùn)行效益。