尼龍材料在高壓水中的應用

李常勇 王 河

（攀枝花市攀鋼釩軌梁廠,四川 攀枝花617000）

1 前言和系統組成

1.1 前言

尼龍材料作為一種新型材料，已逐漸被人們認識，且被廣泛使用，在工業應用中很常見如：聯軸器柱銷、換向閥內擋圈、減震墊、輥身保護套。筆者嘗試利用其特性，在高壓水系統中密封件和閥件替代橡膠件和不銹鋼件進行應用受益匪淺，特記下與大家分享。

高壓水系統是軌梁廠950 軋制線上的較重要的設備。它是利用水介質作為動力，驅動翻鋼機、夾料輥等執行機構，對不同的軋制品種進行校正、移動、翻轉。使鋼坯能順利對準孔型，并能按軋制要求實現對鋼坯進行翻轉軋制。其系統的正常運行，直接關系到生產的順利進行。

1.2 系統組成

統由高壓泵組、高壓蓄勢器、自動閥、分配閥、水閥、翻鋼機、夾料輥、高低壓輸水管道以及空壓機機組組成。

圖1 高壓水系統簡圖

2 高壓水系統的工作原理

其工作原理為：由低壓管和管道泵提供壓力為0.5MPa 的低壓水，通過自動清洗過濾器后被吸入高壓柱塞泵，輸出的高壓水通過單向閥、高壓手動閘閥，一部份通過自動閥進入高壓蓄勢器儲存，一部份送往翻鋼機、夾料輥控制閥組實現對鋼坯的翻轉、移動、校正。當翻鋼機、夾料輥設備不工作時，高壓泵組排出的高壓水頂開自動閥進入高壓蓄勢器儲存。罐內水位到達設定高水位時，泵組分配閥接收控制信號失電，關閉控制水，泵頭循環閥打開，高壓泵組處于空載循環狀態。此時，高壓泵組排出的水通過循環閥、回水管道輸送回水箱內循環使用。水罐內水位到達設定低水位時，各泵分配閥得電，控制水開啟，使泵頭循環閥關閉，高壓柱塞泵處于高壓工作狀態。當翻鋼機、夾料輥工作時，高壓泵組和高壓蓄勢器同時供水，以滿足軋制生產時的尖峰用水需要。

高壓泵組（出口壓力16MPa）配置四套，根據不同的軋制品種，分別采用4 臺、3 備1、2 備2 方式運行，每套由電機、減速器、高壓柱塞泵及相應的控制、檢測元件組成。

四臺泵工作制

泵站采用水位控制系統的運行方式，設定五級水位控制。

①當達到五級水位時，泵站各泵電機停止運行；

②當達到四級水位時，此時四臺高壓柱塞泵均打循環（低壓運行）；

③當降至二級水位時，4 臺泵同時打高壓；

④當降至一級水位時，4 臺泵同時打高壓，且關閉自動閥，高壓蓄勢器內的高壓水不再往泵站外輸送，避免造成“跑風”事故。

3 高壓水系統的常見故障

該套系統自投入運行以來，經過多年的運行管理摸索，主要故障形式已趨于穩定。其維護平時主要在處理水閥及密封的內泄和外泄。

高壓柱塞泵：型號：3W-5B5 出口壓力：16MPa 流量：250m3/h 柱塞直徑：50mm

柱塞數量：3 個 行程：140mm 介質：清水 進口壓力：正壓

其故障主要表現：（1）水閥閥面損傷；（2）機頭閥膠圈壞；（3）各接頭密封漏水。

4 針對常見故障，利用尼龍材料采取的改進方法

4.1 水閥閥面損傷及改進處理方法

翻鋼機、夾料輥通過水閥來控制其翻轉、夾持動作，但因壓力較高（6-9MPa），固設備故障率較高，其中水閥的故障比較突出，其主要原因在于：閥面1、閥面2 的損傷，造成水閥內泄。①當閥面1、2 損傷較小（溝痕較淺）時，泵站長時間打高壓，造成泵組備件損耗較快；②當閥面1、2 損傷較大（溝痕較深）時，泵站即便全部運行，也無法滿足生產。這與閥座1、工作閥2、放泄閥3的材質有很大的關系，閥座1、工作閥2、放泄閥3 都是2Cr13材質。由于水質的因素（尤其在雨季，泥沙較多），閥座1、工作閥2、放泄閥3 材質的因素，壓力的因素。閥面1、2 處極易出現拉傷、沖蝕損壞，泵站將無法正常運行（泵站長期打高壓，且處于低水位運行，極易造成事故）。

而常規的處理方法是：①當閥面1、2 損傷較小（溝痕較淺），將閥座1、工作閥2 配研；將工作閥2、放泄閥3 配研，時間較長1-2 小時；②當閥面1、2 損傷較大（溝痕較深），無法研磨時，只有更換一套，將其換下的全部報廢。在這情況下，設備的正常運轉存在嚴重的制約。

為了保證設備的正常運轉，對比材料特性，利用尼龍材料的優點：具有較高的強度，較強的耐腐蝕性，彌補鋼件的缺陷，且尼龍材料具備密封性的特點，把原有的工作閥2 由2Cr13 材質改為尼龍材質。理由：①工作閥2 與閥座1（材質為2Cr13），工作閥2 與放泄閥3（材質為2Cr13）不再是硬碰硬，且尼龍材料有彈性，閉合效果好(液壓系統密封常有)即便是水質原因，最終損壞的是工作閥2；②處理工作閥2 時間較短，且不需研磨，容易加工。通過以上的改進，試用到至今，事故時間大幅減少，工作量大幅減小，維修備件費用大幅降低。

圖2

缺點：①尼龍具有吸水特點，使用一段時間體積有所增加，即外徑會變大，工作閥2 外徑為￠40mm,加工為￠39.9mm，且使用3～4 周，需把閥再加工到￠39.9mm，這樣以后該閥才能正常使用。根據這一特性，為后續的設備維修及改進積累了相應的經驗。②工作閥2 與放泄閥3 連接是螺紋連接，需定期檢查螺紋的損傷情況。

4.2 機頭閥膠圈壞及改進處理方法

機頭閥是直接關系到泵是否正常打壓的關鍵，其上、下腔靠O 型密封圈隔開，若O 型密封圈壞，泵打壓能力將降低或不打壓，且減速機聲音大，降低減速機使用壽命。由于橡膠具有一定的脆性，且中間套與閥體之間具有一定的間隙，在檢修完機頭閥時，緊固壓蓋時，橡膠密封有可能已損壞，且泵打高壓時上、下腔壓差較大，橡膠密封更易損壞，更換密封時間較長1～2小時，且較頻繁1～2 周；利用尼龍較高的強度，具有一定的吸水性，把原有的機頭閥處的橡膠O 型密封，改為尼龍三角墊。通過改進，機頭閥的密封壽命周期由原來的1～2 周，提高到1～2 月，且可以循環使用。既延長了機頭閥的檢修周期，同時也降低了材料費用。

圖3

圖4 尼龍三角墊示意圖

4.3 各接頭密封漏水及改進處理方法

高壓水系統具有大量的接頭，但因其存在水蝕、氣蝕、壓力的波動、水錘現象，接頭密封存在一定的難度，以往利用紫銅加工墊圈進行密封，現利用尼龍較高的強度，具有一定的吸水性，且相對紫銅墊有較大的壓縮量，把部分閥與閥之間的密封由原來的紫銅件，改為尼龍材質。既減少了材料費用，又減少了處理時間。且效果明顯。例：①高壓蓄勢罐體密封漏水，需更換接頭密封，由于長期壓縮紫銅墊，紫銅墊與罐體難以分割，這時加工一件1mm 厚的尼龍墊即可解決問題；②翻鋼機、夾料輥與水閥之間為軟管連接，連接處硬碰硬，密封效果不好，造成翻鋼機、夾料輥接頭絲扣損傷較快，且膠管容易滑落，造成廢鋼和事故時間，以往加紫銅墊，現改為尼龍墊，大大的降低了材料費用,且效果明顯。

5 總結對比

綜上所述，尼龍材料的優點：①較紫銅便宜，且壓縮量比紫銅大；②比橡膠密封強度大，使用壽命長，可反復使用，廠礦現場容易加工。缺點：①局限于環形密封墊，且外徑尺寸受限于尼龍棒的外徑尺寸；②在某些安裝條件下，沒有橡膠密封的靈活性。