大型風(fēng)機(jī)電機(jī)冷卻問題的解決

單為春，高元紅，宮迎春

（濟(jì)南鋼鐵股份有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

濟(jì)南鋼鐵股份有限公司一燒結(jié)廠6500風(fēng)機(jī)兩臺2 000kW電機(jī) （電壓6 000V，轉(zhuǎn)速1 500r/min） 的滑動軸承一直采用甩油環(huán)潤滑，2005年4月滑動軸承溫度高達(dá)80℃，直接影響風(fēng)機(jī)運行和生產(chǎn)進(jìn)行。

1.溫升過高的原因

分析認(rèn)為，該電機(jī)滑動軸承原設(shè)計僅采用甩油環(huán)潤滑，由于潤滑油流量不足，無法滿足軸承散熱要求，故造成溫升過高。

2.計算分析

（1） 滑動軸承潤滑方式的選擇

利用K值計算法對該電機(jī)進(jìn)行軸承潤滑方法的選擇。

式中：p——軸頸上的平均單位壓力，MPa；

v——軸頸的圓周速度，m/s；

P——軸承所受的最大徑向載荷，N（取值P=35 000N）；

d——軸頸直徑，m（取d=0.14m）；

l——軸承工作長度，m（取d=0.3m）。

當(dāng)K≤2時，用潤滑脂潤滑（可用黃油杯）；當(dāng)2＜K≤15時，用潤滑油潤滑（可用針閥油杯等）；當(dāng)15＜K≤30時，用油環(huán)、飛濺潤滑，需用水或循環(huán)油冷卻；當(dāng)K＞30時，必須用循環(huán)壓力潤滑。如p=P/dl=35 000/(0.14×0.3)=0.833MPa，v=1 500πd/60=1 500π ×0.14/60=10.99m/s， 則 K= 姨p v3=33.25＞30。

結(jié)論：采用甩油環(huán)潤滑不能滿足軸承散熱冷卻的要求，系統(tǒng)必須采用壓力強(qiáng)制潤滑。

為滿足潤滑和密封要求，確保改造后的可靠性，研究采用復(fù)合潤滑方式，不改變滑動軸承的結(jié)構(gòu)，即在繼續(xù)使用甩油環(huán)潤滑的同時，每臺電機(jī)增加一套強(qiáng)制潤滑系統(tǒng)，潤滑原理見圖1。

因原有軸承密封能承受0.4MPa的壓力，因此確定強(qiáng)制潤滑系統(tǒng)壓力不超過0.4MPa。

（2） 壓力循環(huán)潤滑系統(tǒng)的給油量計算

滑動軸承循環(huán)潤滑給油量

圖1 潤滑原理圖

式中：Q——循環(huán)潤滑給油量，L/min；

k——系數(shù)，高速機(jī)械（渦輪鼓風(fēng)機(jī)、高速電機(jī)等）為6～15， 低速機(jī)械為0.3～0.6；

D——軸孔直徑，mm；

L——軸承長度，mm。

滑動軸承散熱給油量

式中：Q——散熱給油量，L/min；

n——轉(zhuǎn)速，r/min；

Mf——主軸摩擦轉(zhuǎn)矩，N·m（取Mf=19.6N·m）；

ρ——潤滑油密度，kg/m3（ 取ρ=870kg/m3） ；

c——潤滑油比熱容，J/kg·K(取c=75.744J/kg·K)；

Δt——潤滑油通過軸承的實際溫升，K（取Δt=285.15K）。

甩油環(huán)基本滿足軸承的循環(huán)潤滑給油量，壓力潤滑系統(tǒng)主要用于滑動軸承的散熱冷卻，因此給油量計算為Q=2πnMf/(ρcΔt)=2π×1 500×19.6/(870×75.744×285.15)=9.8×10-3（ m3/min） =9.8L/min。

結(jié)論：潤滑系統(tǒng)主要參數(shù)確定為流量10L/min、壓力0.4MPa，每個滑動軸承的潤滑油流量為5L/min，軸承座供油框圖見圖2。

圖2 軸承座供油框圖

（3） 冷卻器冷卻面積計算

冷卻器散熱面積為

式中：ΔP——潤滑系統(tǒng)總發(fā)熱功率，kW（經(jīng)計算ΔP=

3.827kW）；

Pc——潤滑系統(tǒng)散熱功率，kW（經(jīng)計算Pc=0.6kW）；

Kc——冷卻器散熱系數(shù)，W/m2·℃（取Kc=372.16W/m2·℃） ；

Δθm—— 平均溫差， ℃。 其值為Δθm=[(θ1+θ2)/2]-

[(θ1'+θ2')/2]；

θ1——油的入口溫度，℃；

θ2——油的出口溫度，℃；

θ1'——冷卻水的入口溫度，℃；

θ2'——冷卻水的出口溫度，℃。

經(jīng)計算，得A=0.867m2。

結(jié)論：10L/min稀油站標(biāo)準(zhǔn)配置，冷卻器換熱面積為0.6m2，冷卻器的面積必須加大。選擇標(biāo)準(zhǔn)系列中換熱面積為1m2的冷卻器。

3.設(shè)備制作及安裝調(diào)試

根據(jù)以上分析，制訂了改進(jìn)計劃，向潤滑設(shè)備制造廠提供的滑動軸承進(jìn)出油口的尺寸后，要求廠商提前完成潤滑配管、冷卻水配管、潤滑站到電控箱之間的所有外購件的采購，并完成潤滑系統(tǒng)中間配管的酸洗處理。濟(jì)鋼燒結(jié)廠技術(shù)人員先進(jìn)行擋流板的制造及施工，并負(fù)責(zé)備好外部電源到電控箱的材料及所有電氣安裝。利用燒結(jié)廠停產(chǎn)檢修的機(jī)會，安裝潤滑系統(tǒng)，達(dá)到了設(shè)計改造的要求，燒結(jié)6500風(fēng)機(jī)電機(jī)實現(xiàn)了無故障運行。