攪拌機軸承荷載情況探究及選型

王均寶

摘 要：攪拌機為水泥生產行業脫硫脫硝、污水處理工藝中常用設備，其運行情況直接影響生產線的平穩及產品質量。攪拌機是由一個水平的容器和旋轉的立式攪拌葉片等組成，物料攪拌時，容器不動，攪拌輪旋轉，形成流場，攪拌物料各介質間運動方向交叉，互相接觸的機會增多。攪拌機原理：離心原理，當含有細小顆粒的浮液靜置不動時，由于重力場的作用使得浮的顆粒逐漸下沉。粒子越重，下沉越快，反之密度比液體小的粒子就會上浮。攪拌機架設置倆組軸承，分別承受軸向力和徑向力。本文分析了攪拌機軸承故障及壽命理論計算。

關鍵詞：攪拌、載荷、軸承、受力計算、磨損時長計算

引言

1.工藝簡介

在脫硫工序中，通過一個攪拌器最大程度混合CaOH2及CO2反應生成CaCO3。

混合效率取決于攪拌槳直徑、流型及轉子速度，為了達到兩相的充分混合，轉子速度在負荷低時必須高些，而在負荷高時必須低些，使混合效果最大限度的增加。

工藝中的攪拌器根據負荷，借助驅動器的調速裝置，轉速可在5rpm和30rpm之間調節。液體在池內或罐內進行混合，液體的流動方式是復雜的。這主要取決于轉子的運動，轉子的轉動使整個液體隨之轉動，同時，由于攪拌槳的離心作用，液體被迫甩向四周，這股液體在罐壁附近沿著軸的方向上改變流動方向。致使整個罐體或池體，形成一個大的循環場，加速物料混合。

2.攪拌器載重計算

傳動設備位于上部，轉動部件，包含軸與攪拌器等組件，自重約14293Kg。100%負荷時轉速控制14～18rpm。電機功率15Kw，裝備西門子H3HV07B減速機、FSJ160機架，配套1塊22244軸承和2塊30244軸承，軸徑220mm。

計算書及公式依據

軸承基本額定壽命計算公式：L10h=106÷（60×n）×（C/P）ε

式中：L10h --基本額定壽命（h）

n-----轉速（r/min）

ε----命指數（球軸承ε=3，滾子軸承ε=10/3）

軸承當量動載荷計算公式：P=X×Fr+Y×Fa

式中：X-----徑向動載荷系數（第五版機械設計手冊）

Y----軸向動載荷系數（第五版機械設計手冊）

Fr----軸承所承受徑向載荷（N）

Fa----軸承所承受軸向載荷（N）

第i個攪拌器上的流體徑向力Fhi=K1×Mnqi×103÷（3/8×Dji）

式中：K1----流體徑向力系數，按照HG/T20569-2013《機械攪拌設備》查得。

Mnqi----第i個攪拌器功率產生的扭矩，Mnqi=9553×Pqi÷n

Pqi----第i個攪拌器的設計功率

Dji----第i個攪拌器直徑，mm

2.1方案一：采用30244軸承+ 22244K軸承

2.1.1軸承32244計算

32244為圓錐滾子軸承，滾子角度θ=16°，基本額定動載荷C=1610000N。該軸承所承受軸向載荷：

Fa=14293Kg×9.8N/Kg=140071N

圓盤徑向力計算：計算中間軸承以上的動盤，中間軸承一下的動盤的徑向力被中間軸承吸收，可忽略。動盤3件1組，共22組，動盤直徑按1300mm計算。每個動盤的功率：

Pq=15Kw÷158個=0.095Kw/個

每組轉盤上的流體徑向力：

Fh=0.16×9553×0.095×3/20×1000×8/3÷1300=45N

已知每組動盤距機架下軸承的距離和機架內上下軸承的距離，根據力矩平衡公式可得機架上軸承所承受的徑向載荷Fr=15356N。

根據軸承當量動載荷計算公式，可得該軸承的當量動載荷P=201543N。

根據軸承基本額定壽命計算公式可得L10h=849194h。

2.1.2軸承22244K計算（調心滾子軸承，承受純徑向力，無軸向力）

該軸承承受基本額定載荷C=1520000N。

該軸承所承受軸向載荷Fa=0。

該軸承承受的景象載荷Fr=15356N。

根據軸承當量動載荷計算公式，可得該軸承的當量動載荷P=15356N。

根據軸承基本額定壽命計算公式，可得L10h=3738303816h。

2.2方案二：采用29344E軸承+NJ244軸承

2.2.1軸承29344E計算（該軸承為推力調心滾子軸承，滾子角度θ=45°）

該軸承承受基本額定動載荷C=1730000N，承受軸向載荷：

Fa=14293Kg×9.8N/Kg=140071N

動盤徑向力計算：計算中間軸承以上的動盤，中間軸承以下的動盤的徑向力被中間軸承吸收，可忽略。動盤3件1組，共22組，動盤直徑按1300mm計算。每個動盤的功率：

Pq=15Kw÷158個=0.095Kw/個

每組轉盤上的流體徑向力：

Fh=0.16×9553×0.095×3/20×1000×8/3÷1300=45N

已知每組動盤距機架下軸承的距離和機架內上下軸承的距離，根據力矩平衡公式可得機架上軸承所承受的徑向載荷Fr=15356N。

根據軸承當量動載荷計算公式，可得該軸承的當量動載荷P=155427N。

根據軸承基本額定壽命計算公式可得L10h=2565752h。

2.2.2軸承NJ244計算（該軸承為圓柱滾子軸承，承受純徑向力，無軸向力）

該軸承承受基本額定載荷C=765000N。

該軸承所承受軸向載荷Fa=0。

該軸承承受的景象載荷Fr=15356N。

根據軸承當量動載荷計算公式，可得該軸承的當量動載荷P=15356N。

根據軸承基本額定壽命計算公式，可得L10h=379083672h。

2.3方案三：采用30244軸承+22244K軸承

2.3.1軸承30244計算（該軸承為圓錐滾子軸承，滾子角度θ=15°）

該軸承承受基本額定載荷C=990000N，承受軸向載荷：

Fa=14293Kg×9.8N/Kg=140071N

動盤徑向力計算：計算中間軸承以上的動盤，中間軸承以下的動盤的徑向力被中間軸承吸收，可忽略。動盤3件1組，共22組，動盤直徑按1300mm計算。每個動盤的功率：

Pq=15Kw÷158個=0.095Kw/個

每組轉盤上的流體徑向力：

Fh=0.16×9553×0.095×3/20×1000×8/3÷1300=45N

已知每組動盤距機架下軸承的距離和機架內上下軸承的距離，根據力矩平衡公式可得機架上軸承所承受的徑向載荷Fr=15356N。

根據軸承當量動載荷計算公式，可得該軸承的當量動載荷P=215250N。

根據軸承基本額定壽命計算公式可得L10h=134830h。

2.3.2軸承22244K計算（該軸承承受純徑向力，無軸向力）

計算過程同2.1.2。

3 選配對比表

綜合考慮軸承荷載影響以及軸承類型特性，我裝置攪拌器機架裝配1塊22244K軸承+2塊30244軸承，即采用方案三的選配設置。

4結束語

上述三個軸承裝配方案理論壽命均滿足企業長周期運行需求，我裝置通過對比和現場結構與合理檢修時間安排，軸承裝配方式優選采用方案三。另外影響軸承使用壽命要素還有很多方面，例如設備安裝的幾何尺寸精準度、攪拌裝置運轉時軸承承受力面承受力的偏心程度、軸承和的機加工精度、整套裝置的安裝精度等。上述數據和計算均為理想工況下使用的理論壽命。本文所述攪拌器軸承理論計算及選配可為同行同類設備或者其他類似設備設計與制作提供相關理論計算依據。

參考文獻

[1]成大先 機械設計手冊（軸承） 化學工業出版社

[2]HG/T20569-2013《機械攪拌設備》中國計劃出版社

《機械攪拌設備》 HG 20569-2013

《鋼制機械攪拌容器技術條件》 HG/T2268-2009中國計劃出版社

《釜用機械密封輔助裝置》 HGT 2122-2003中國計劃出版社

《釜用機械密封試驗規范》 HGT 2099-2003 中國計劃出版社

《釜用機械密封技術條件》 HGT 2269-2003中國計劃出版社

《攪拌傳動裝置系統組合、選用及技術要求》 HG21563-1995中國計劃出版社

《攪拌傳動裝置—凸緣法蘭》 HG21564-1995中國計劃出版社

《攪拌傳動裝置—安裝底蓋》 HG21565-1995中國計劃出版社

《攪拌傳動裝置—雙支點機架》 HG21567-1995中國計劃出版社

《攪拌傳動裝置—傳動軸》 HG21568-1995中國計劃出版社