MCL402壓縮機(jī)徑向軸承的設(shè)計驗算

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)挠头饷妗Ｏ旅婢臀夜綧TG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)上述公式驗算，此軸承的設(shè)計尺寸滿足現(xiàn)工況需求。但因軸承實際側(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.