碳纖維干燥機導熱輥密封結構的改進

何敬軍

(恒天重工股份有限公司，河南 鄭州 450001)

碳纖維干燥機導熱輥密封結構的改進

何敬軍

(恒天重工股份有限公司，河南 鄭州 450001)

分析了碳纖維干燥機導熱輥軸頭密封漏油的原因，針對漏油問題對導熱輥密封結構進行了改進，保證了設備使用的可靠性，滿足了用戶的生產工藝要求。

碳纖維干燥機；導熱輥；導熱油；密封結構；改進

碳纖維是一種力學性能優異的新材料，以其高強度、高模量、輕量化、耐磨、耐疲勞、耐腐蝕、耐熱性、導電減振等一系列優異特性而廣泛應用于航空航天、軍事、醫療衛生、汽車、體育用品等領域。碳纖維的品質、性能決定了其對生產環境要求非常嚴格，稍有污染就會影響產品質量甚至造成產品報廢。碳纖維干燥機是恒天重工股份有限公司根據某碳纖維廠家生產工藝要求設計生產的，用于聚丙烯晴基碳纖維(PAN-CF)生產線中，PAN原絲經過預氧化、低高溫碳化后制得碳纖維，碳纖維再經表面處理、上漿烘干、收絲后得到碳纖維產品。此單元機位于上漿烘干機后面，收絲機前面，利用3個內通導熱油的旋轉導熱輥使碳纖維表面鋪展、烘干成型，從而得到成型穩定性好、外觀質量美觀的碳纖維。

碳纖維干燥機以電力為熱源，以導熱油為熱載體，具有節能、環保、節省設備投資的顯著優點。其導熱輥采用夾套式焊接結構，導熱油通過兩層夾套的縫隙與輥壁外的絲束進行熱交換，從而達到碳纖維表面鋪展、烘干成型的目的。碳纖維干燥機導熱輥溫度很高，若導熱油泄露會污染環境并可能引起火災，因而導熱輥密封結構的設計非常關鍵。

1 導熱輥簡介

碳纖維干燥機的導熱輥部件是此設備的關鍵部件。導熱輥采用夾套結構，體內裝有導流板，促使導熱油均勻流過輥體，以保證輥體內各點溫度盡可能均勻。如圖1所示，導熱油經有機熱載體電加熱爐加熱后，利用熱油循環泵強制導熱油液相循環，通過安裝在輥子右側的旋轉接頭進出導熱輥。導熱油無毒，熱含量高，性能穩定，技術成熟，配套設施方便，避免使用蒸汽鍋爐，利于環保。導熱油可循環使用，熱量損耗小，因而導熱油已被廣泛用于紡織工業中絲束或織物的加熱。

2 原導熱輥密封結構

在進行初次設計時，導熱輥采用了圖2所示的結構。旋轉接頭安裝在右軸頭7上，導熱油經旋轉接頭、右軸頭7進入導熱輥，通過導熱輥夾套內的導流板到達導熱輥左端，經回油管8、旋轉接頭流出，利用熱油循環泵進入有機熱載體電加熱爐加熱進行循環。此結構中，左軸頭1、右軸頭7不但要通過安裝在其上的軸承支撐整個輥子，而且軸頭端面與輥體端面的結合面要通過墊片3、5密封。在試車過程中，發現兩側軸頭與導熱輥體結合面處漏油嚴重，我們采取了更換墊片3、5的材料，增加厚度等措施，但仍不能解決該處的漏油問題。通過對原導熱輥結構進行分析，軸頭在工作過程中既要起支撐作用，又要與輥體結合面起密封作用。整機運轉過程中，在兩端軸頭軸承的支撐作用下，輥子軸線上半部軸頭端面受到一個向輥體內部的力，使得軸頭端面、密封墊和輥體端面三者結合得更緊密，但輥子軸線下半部的軸頭端面，會受到一個向外部的力，導致三者的結合沒有上半部緊密，這種交變應力在輥子運轉過程中一直發生作用。此外因軸頭的加工是在整個輥體裝配后進行的，密封墊處為柔性連接，致使加工時軸頭的徑向跳動不好掌握，產生較大的加工誤差，再加上安裝誤差等原因，難以保證兩端軸頭的同軸度和軸頭端面的密封性二者同時兼顧，以上原因導致輥體密封效果不佳，結合面漏油。由于原輥體密封結構中存在設計缺陷無法克服，盡管設計和安裝人員想盡辦法，費了很大周折，但效果都不理想，無法滿足生產工藝要求。

3 改進后導熱輥密封結構

針對安裝調試過程導熱輥存在的漏油問題，在對原結構進行認真分析的基礎上，查閱相關資料，經過反復比較、推敲，對原導熱輥密封結構進行了改進設計，改進后的結構如圖3所示。

改進后的導熱輥結構，左軸頭1、右軸頭8與輥體直接聯接，安裝在其上的軸承只對輥體起支承作用，沒有了因密封墊產生的柔性連接，軸頭的徑向跳動在加工時完全可以保證。輥體內部新增加了法蘭端蓋3、進油管9與導熱輥體5聯接，二者之間加密封墊4、6，依靠密封墊4、6對輥體兩端面和法蘭端蓋3、進油管9的端面進行密封，密封墊4、6沉在導熱輥體5兩端面的凹槽內，該結構的密封性更可靠。旋轉接頭安裝在進油管9上，導熱油的循環路徑與原結構保持一致。輥體結構改進后，軸頭1、8對輥體的支撐和輥體與法蘭端蓋3、進油管9的密封為兩個獨立的結構，互不干涉影響，避免了加工、安裝誤差對密封性的影響。改進后的輥體，密封可靠，漏油問題迎刃而解，完全滿足了生產工藝的要求。

4 結語

對于碳纖維干燥機在試車過程中發現的漏油問題，針對導熱輥密封結構進行了深入分析，找出了漏油的關鍵原因，在保證循環路徑不變的基礎上，把原輥體軸頭支承及密封兩者分開考慮，進行改進設計。通過對導熱輥密封結構的改進，解決了漏油問題，密封可靠，由此提高了機器使用的可靠性，為該機的推廣應用提供了完備的技術支持。

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Improvement for the Sealing Structure of Heat Conductive Roller of Carbon Fiber Dryer

HE Jing-jun

(Hi-tech Heavy Industry Co. Ltd., Zhengzhou 450001, China)

The reasons for sealing oil leakage of heat roller shaft of carbon fiber dryer were analyzed. The sealing structure of heat conductive roller was improved based on the oil leakage, so as to ensure the reliability of the equipment and meet the production process requirements.

carbon fiber dryer; heat conductive roller; heat-conducting oil; sealing structure; improvement

2016-04-07

何敬軍(1966-)，男，工程師，主要從事紡織機械的研發工作,E-mail：hejingjun1966@163.com。

TS102.4

B

1673-0356(2016)06-0033-03