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      MCL402壓縮機(jī)徑向軸承的設(shè)計驗(yàn)算

      2014-10-21 15:30:55蘭燕
      山東工業(yè)技術(shù) 2014年20期
      關(guān)鍵詞:油膜溫度

      蘭燕

      摘 要:本文針對我公司離心式壓縮機(jī)MCL402徑向支撐軸承出現(xiàn)溫度高,對徑向軸承設(shè)計驗(yàn)算平均壓力P、滑動速度V以及PV值;對徑向軸承軸瓦刮研修復(fù),根據(jù)軸的旋向,擴(kuò)大潤滑油入口過渡圓弧,保障油膜的形成,避免支撐瓦出現(xiàn)膠合現(xiàn)象。

      關(guān)鍵詞:徑向軸承;溫度;油膜;刮研

      1 前言

      離心式壓縮機(jī)是高速旋轉(zhuǎn)的葉輪給予氣體的離心力作用,以及在擴(kuò)壓通道中給予氣體的擴(kuò)壓作用,使氣體壓力得到提高。由于這種壓縮機(jī)適于低、中壓力,大流量的場合,而隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展,各種大型化工廠,煉油廠的建立,離心式壓縮機(jī)就成為壓縮和輸送各種氣體的關(guān)鍵機(jī)器,占有極其重要的地位。

      我公司由于生產(chǎn)上的需要,選購了一系列高性能,低壓力的離心式壓縮機(jī)。在安裝試運(yùn)行期間,發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)驅(qū)動端徑向軸承溫度過高(中央控制室顯示軸承溫度約為95℃),在沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠家技術(shù)員的指導(dǎo)下,對徑向軸承不合理的地方進(jìn)行了一些適當(dāng)?shù)母倪M(jìn),并取得成功。

      2 MCL402壓縮機(jī)簡介

      2.1 MCL402壓縮機(jī)簡介

      該壓縮機(jī)組是為云南先鋒化工有限公司MTG裝置配套的再生循環(huán)氣離心式壓縮機(jī)。型號為MCL402,原動機(jī)為二級異步電機(jī),通過膜片聯(lián)軸器與變速機(jī)相聯(lián)接,拖動離心壓縮機(jī)。壓縮機(jī)、變速機(jī)共用一個底座,電機(jī)為單獨(dú)底座。壓縮機(jī)采用集中潤滑供油。MCL402型壓縮機(jī)機(jī)殼主體為水平剖分式,壓縮機(jī)主要由定子(機(jī)殼、隔板、密封) ,轉(zhuǎn)子(軸、葉輪、隔套、軸套、半聯(lián)軸器等)及支撐軸承、推力軸承等組成。主機(jī)置于樓上,油站等輔機(jī)置于樓下。 機(jī)組布置示意圖如圖所示。

      2.2 MCL402壓縮機(jī)技術(shù)參數(shù)

      2.3 滑動軸承

      滑動軸承是各種傳動裝置中廣泛采用的支承件,特別是在高速運(yùn)轉(zhuǎn)壓縮機(jī)中,為了減小摩擦,提高傳動效率,要求軸承與軸頸間脫離接觸并具有足夠的油膜厚度,以形成液體間的摩擦狀態(tài)。

      在滑動軸承設(shè)計中,只有當(dāng)軸承尺寸、軸承載荷、相對運(yùn)動速度、潤滑油的粘度、軸承間隙以及表面粗糙度之間滿足一定關(guān)系時,才能實(shí)現(xiàn)液體摩擦。以上參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計對軸承的使用性能及壽命有十分重要的作用。任一參數(shù)取值不當(dāng),將出現(xiàn)非液體摩擦狀態(tài),導(dǎo)致液體摩擦的失效。MCL402壓縮機(jī)的支撐軸承選用可傾瓦軸承。軸承是由油站供油強(qiáng)制潤滑,軸承裝在機(jī)殼兩端外側(cè)的軸承箱內(nèi)。在軸承箱進(jìn)油孔處裝有節(jié)流圈,或在前管路中有流量調(diào)節(jié)器根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)時軸襯溫度高低,來調(diào)整節(jié)流圈的孔徑,或調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)器閥開度控制進(jìn)入軸襯的油量,壓力潤滑油進(jìn)入軸襯進(jìn)行潤滑并帶走產(chǎn)生的熱量。

      3 MCL402壓縮機(jī)徑向軸承的設(shè)計驗(yàn)算

      當(dāng)軸承溫升過高,載荷過大,油膜破裂時,軸頸和軸承的相對運(yùn)動表面材料發(fā)生粘附和遷移,從而造成軸承損壞,這就是所謂的膠合。

      軸瓦上油孔和油槽的目的是把潤滑油導(dǎo)入軸頸和軸承所構(gòu)成的運(yùn)動副表面。原則:盡量開在非承載區(qū),盡量不要降低或減少承載區(qū)油膜的承載能力;軸向油槽不能開通至軸承端部,應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠头饷?。下面就我公司MTG再生循環(huán)氣壓縮機(jī)徑向軸承溫度高,對現(xiàn)有工況所需最小油膜進(jìn)行驗(yàn)算。

      3.1 限制平均比壓P

      目的:避免在載荷作用下潤滑油被完全擠出,防止軸承發(fā)生過度磨損。

      (式3-1)

      (式3-2)

      (式3-3)

      F——外載荷,43526.24N;

      η——潤滑油在平均溫度下的粘度,44.88mm2/s(取樣分析得知);

      B—— 軸承寬度,0.06m;

      ω—— 軸頸圓周角速度,1145.58rad/s;

      ψ——相對間隙, 0.37×10-3;

      Cp—— 承載量系數(shù),與軸承包角α,寬徑比B/d和偏心率χ有關(guān);

      hmin——最小油膜厚度

      將上述已知條件帶入式3-1、式3-2計算求得P=9.07Mpa;Cp=0.538,根據(jù)表3-1,查得偏心率χ=0.5。將ψ、χ?jǐn)?shù)值帶入式3-3,求得hmin=14.8×10-6m。

      由式3-3可知, hmin愈小,偏心率χ愈大,軸承承載能力愈大(因偏心率χ與承載量系數(shù)Cp有關(guān))。 然而,最小油膜厚度不能無限縮小,因它受到軸頸和軸承孔表面粗糙度、軸的剛性及軸承與軸頸的幾何形狀誤差等限制。為確保軸承處于液體摩擦狀態(tài)應(yīng)保證:

      hmin/(Rz1+Rz2)≥2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (式3-4)

      其中:Rz1、Rz2—— 分別為軸頸和軸承孔表面粗糙度十點(diǎn)高度。對于MCL402壓縮機(jī)軸承可分別取值為1.6 μm和3.2μm。因此,求得:

      hmin/(Rz1+Rz2)=3.08>2

      滿足式3-4條件。

      3.2 限制軸承的pv值

      目的:限制pv是控制軸承溫升,避免邊界油膜的破裂,防止軸承因過度發(fā)熱,而發(fā)生膠合,限制pv即間接限制摩擦發(fā)熱。

      (式3-5)

      將已知數(shù)據(jù)帶入公式求得pv=0.417MPa*m/s。

      3.3 限制滑動速度ν

      目的:p、pv驗(yàn)算合格的軸承,當(dāng)p較小時,避免由于v過高而引起軸瓦加速磨損 。

      (式3-6)

      將已知數(shù)據(jù)帶入公式求得ν=0.046m/s。滿足v≤[v]條件,成立。

      查表3-2知:[P]=25 MPa,[v]=80 m/s,[p·v]=20MPa*m/s。因此,p≤[p]、p·v≤[p·v]、v≤[v],成立。

      經(jīng)上述公式驗(yàn)算,此軸承的設(shè)計尺寸滿足現(xiàn)工況需求。但因軸承實(shí)際側(cè)間隙調(diào)整不好,直接造成油膜形成不好,引起軸瓦溫度偏高。按照稀油潤滑軸承側(cè)間隙為(1.2-2.0)‰d(d為軸徑)進(jìn)行刮瓦,并研磨使軸瓦與軸接觸面積達(dá)80%以上。刮研軸瓦時,要注意軸的旋轉(zhuǎn)方向,在與軸旋轉(zhuǎn)方向一致的那一面的過渡圓弧要特別仔細(xì)地刮研,這關(guān)系著軸瓦中油膜形成效果的好壞。稍微擴(kuò)大潤滑油入口過渡圓弧,保障油膜的形成,避免支撐瓦出現(xiàn)膠合現(xiàn)象。

      4 總結(jié)

      經(jīng)過以上公式計算分析結(jié)果滿足φ80的徑向軸承的實(shí)際運(yùn)行,說明徑向軸承最小油膜粗略計算公式可行。但因軸承進(jìn)油口倒角過小,影響入口進(jìn)油量,適當(dāng)增加倒角深度,可降低油膜溫度和排油溫度,此外增加倒角深度還可改善油流的可靠性。經(jīng)過處理軸瓦過后,機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn),通過近半年的觀察,壓縮機(jī)軸位移量基本無變化,油溫正常,軸承確實(shí)改善(軸承溫度約為60℃),排油溫度正常(50℃),說明壓縮機(jī)徑向軸承已控制在正常水平,實(shí)現(xiàn)設(shè)備安全、穩(wěn)定、長周期的運(yùn)行。

      參考文獻(xiàn):

      [1]王書敏,何可禹,編著.離心式壓縮機(jī)技術(shù)問答(第二版)[S].中國石化出版社.

      [2]中國石油和石化工程研究所編著.煉油設(shè)備工程師手冊[S].中國石化出版社.

      [3]成大先,主編.機(jī)械設(shè)計手冊(第五版)[S].北京化學(xué)工業(yè)出版社.

      [4]任曉善 主編.化工機(jī)械維修手冊(上卷)[S].北京化學(xué)工業(yè)出版社.

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