MCL402壓縮機徑向軸承的設計驗算

蘭 燕

（云南先鋒化工有限公司,云南 尋甸 655204）

1 前言

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

我公司由于生產上的需要，選購了一系列高性能，低壓力的離心式壓縮機。在安裝試運行期間，發現壓縮機驅動端徑向軸承溫度過高（中央控制室顯示軸承溫度約為95℃），在沈陽鼓風機廠家技術員的指導下，對徑向軸承不合理的地方進行了一些適當的改進，并取得成功。

2 MCL402壓縮機簡介

2.1 MCL402壓縮機簡介

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

2.2 MCL402壓縮機技術參數

MCL402壓縮機技術參數表

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，特別是在高速運轉壓縮機中，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。

在滑動軸承設計中，只有當軸承尺寸、軸承載荷、相對運動速度、潤滑油的粘度、軸承間隙以及表面粗糙度之間滿足一定關系時，才能實現液體摩擦。以上參數的優化設計對軸承的使用性能及壽命有十分重要的作用。任一參數取值不當，將出現非液體摩擦狀態，導致液體摩擦的失效。MCL402壓縮機的支撐軸承選用可傾瓦軸承。軸承是由油站供油強制潤滑，軸承裝在機殼兩端外側的軸承箱內。在軸承箱進油孔處裝有節流圈，或在前管路中有流量調節器根據運轉時軸襯溫度高低，來調整節流圈的孔徑，或調節流量調節器閥開度控制進入軸襯的油量，壓力潤滑油進入軸襯進行潤滑并帶走產生的熱量。

3 MCL402壓縮機徑向軸承的設計驗算

當軸承溫升過高，載荷過大，油膜破裂時，軸頸和軸承的相對運動表面材料發生粘附和遷移，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入軸頸和軸承所構成的運動副表面。原則：盡量開在非承載區，盡量不要降低或減少承載區油膜的承載能力；軸向油槽不能開通至軸承端部，應留有適當的油封面。下面就我公司MTG再生循環氣壓縮機徑向軸承溫度高，對現有工況所需最小油膜進行驗算。

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，防止軸承發生過度磨損。

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，與軸承包角α，寬徑比B/d和偏心率χ有關；

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，根據表3-1，查得偏心率χ=0.5。將ψ、χ數值帶入式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Cp有關）。 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應保證：

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

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，防止軸承因過度發熱，而發生膠合，限制pv即間接限制摩擦發熱。

將已知數據帶入公式求得pv=0.417MPa*m/s。

3.3 限制滑動速度ν

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

將已知數據帶入公式求得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。

經上述公式驗算，此軸承的設計尺寸滿足現工況需求。但因軸承實際側間隙調整不好，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間隙為（1.2-2.0）‰d（d為軸徑）進行刮瓦，并研磨使軸瓦與軸接觸面積達80%以上。刮研軸瓦時，要注意軸的旋轉方向，在與軸旋轉方向一致的那一面的過渡圓弧要特別仔細地刮研，這關系著軸瓦中油膜形成效果的好壞。稍微擴大潤滑油入口過渡圓弧，保障油膜的形成，避免支撐瓦出現膠合現象。

4 總結

經過以上公式計算分析結果滿足φ80的徑向軸承的實際運行，說明徑向軸承最小油膜粗略計算公式可行。但因軸承進油口倒角過小，影響入口進油量，適當增加倒角深度，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。經過處理軸瓦過后，機組運行平穩，通過近半年的觀察，壓縮機軸位移量基本無變化，油溫正常，軸承確實改善（軸承溫度約為60℃），排油溫度正常（50℃），說明壓縮機徑向軸承已控制在正常水平，實現設備安全、穩定、長周期的運行。

[1]王書敏,何可禹,編著.離心式壓縮機技術問答（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.煉油設備工程師手冊[S].中國石化出版社.

[3]成大先,主編.機械設計手冊（第五版）[S].北京化學工業出版社.

[4]任曉善 主編.化工機械維修手冊（上卷）[S].北京化學工業出版社.