MCL402压缩机径向轴承的设计验算

兰燕

摘 要：本文针对我公司离心式压缩机MCL402径向支撑轴承出现温度高，对径向軸承设计验算平均压力P、滑动速度V以及PV值;对径向轴承轴瓦刮研修复，根据轴的旋向，扩大润滑油入口过渡圆弧，保障油膜的形成，避免支撑瓦出现胶合现象。

关键词：径向轴承;温度;油膜;刮研

1 前言

离心式压缩机是高速旋转的叶轮给予气体的离心力作用，以及在扩压通道中给予气体的扩压作用，使气体压力得到提高。由于这种压缩机适于低、中压力，大流量的场合，而随着化学工业的发展，各种大型化工厂，炼油厂的建立，离心式压缩机就成为压缩和输送各种气体的关键机器，占有极其重要的地位。

我公司由于生产上的需要，选购了一系列高性能，低压力的离心式压缩机。在安装试运行期间，发现压缩机驱动端径向轴承温度过高（中央控制室显示轴承温度约为95℃），在沈阳鼓风机厂家技术员的指导下，对径向轴承不合理的地方进行了一些适当的改进，并取得成功。

2 MCL402压缩机简介

2.1 MCL402压缩机简介

该压缩机组是为云南先锋化工有限公司MTG装置配套的再生循环气离心式压缩机。型号为MCL402，原动机为二级异步电机，通过膜片联轴器与变速机相联接，拖动离心压缩机。压缩机、变速机共用一个底座，电机为单独底座。压缩机采用集中润滑供油。MCL402型压缩机机壳主体为水平剖分式，压缩机主要由定子（机壳、隔板、密封） ，转子（轴、叶轮、隔套、轴套、半联轴器等）及支撑轴承、推力轴承等组成。主机置于楼上，油站等辅机置于楼下。 机组布置示意图如图所示。

2.2 MCL402压缩机技术参数

2.3 滑动轴承

滑动轴承是各种传动装置中广泛采用的支承件，特别是在高速运转压缩机中，为了减小摩擦，提高传动效率，要求轴承与轴颈间脱离接触并具有足够的油膜厚度，以形成液体间的摩擦状态。

在滑动轴承设计中，只有当轴承尺寸、轴承载荷、相对运动速度、润滑油的粘度、轴承间隙以及表面粗糙度之间满足一定关系时，才能实现液体摩擦。以上参数的优化设计对轴承的使用性能及寿命有十分重要的作用。任一参数取值不当，将出现非液体摩擦状态，导致液体摩擦的失效。MCL402压缩机的支撑轴承选用可倾瓦轴承。轴承是由油站供油强制润滑，轴承装在机壳两端外侧的轴承箱内。在轴承箱进油孔处装有节流圈，或在前管路中有流量调节器根据运转时轴衬温度高低，来调整节流圈的孔径，或调节流量调节器阀开度控制进入轴衬的油量，压力润滑油进入轴衬进行润滑并带走产生的热量。

3 MCL402压缩机径向轴承的设计验算

当轴承温升过高，载荷过大，油膜破裂时，轴颈和轴承的相对运动表面材料发生粘附和迁移，从而造成轴承损坏，这就是所谓的胶合。

轴瓦上油孔和油槽的目的是把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。原则：尽量开在非承载区，尽量不要降低或减少承载区油膜的承载能力;轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当的油封面。下面就我公司MTG再生循环气压缩机径向轴承温度高，对现有工况所需最小油膜进行验算。

3.1 限制平均比压P

目的：避免在载荷作用下润滑油被完全挤出，防止轴承发生过度磨损。

（式3-1）

（式3-2）

（式3-3）

F——外载荷，43526.24N;

η——润滑油在平均温度下的粘度，44.88mm2/s（取样分析得知）;

B—— 轴承宽度，0.06m;

ω—— 轴颈圆周角速度，1145.58rad/s;

ψ——相对间隙， 0.37×10-3;

Cp—— 承载量系数，与轴承包角α，宽径比B/d和偏心率χ有关;

hmin——最小油膜厚度

将上述已知条件带入式3-1、式3-2计算求得P=9.07Mpa;Cp=0.538，根据表3-1，查得偏心率χ=0.5。将ψ、χ数值带入式3-3，求得hmin=14.8×10-6m。

由式3-3可知， hmin愈小，偏心率χ愈大，轴承承载能力愈大（因偏心率χ与承载量系数Cp有关）。 然而，最小油膜厚度不能无限缩小，因它受到轴颈和轴承孔表面粗糙度、轴的刚性及轴承与轴颈的几何形状误差等限制。为确保轴承处于液体摩擦状态应保证：

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

其中：Rz1、Rz2—— 分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。对于MCL402压缩机轴承可分别取值为1.6 μm和3.2μm。因此，求得：

hmin/（Rz1+Rz2）=3.08>2

满足式3-4条件。

3.2 限制轴承的pv值

目的：限制pv是控制轴承温升，避免边界油膜的破裂，防止轴承因过度发热，而发生胶合，限制pv即间接限制摩擦发热。

（式3-5）

将已知数据带入公式求得pv=0.417MPa*m/s。

3.3 限制滑动速度ν

目的：p、pv验算合格的轴承，当p较小时，避免由于v过高而引起轴瓦加速磨损 。

（式3-6）

将已知数据带入公式求得ν=0.046m/s。满足v≤[v]条件，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。

经上述公式验算，此轴承的设计尺寸满足现工况需求。但因轴承实际侧间隙调整不好，直接造成油膜形成不好，引起轴瓦温度偏高。按照稀油润滑轴承侧间隙为（1.2-2.0）‰d（d为轴径）进行刮瓦，并研磨使轴瓦与轴接触面积达80%以上。刮研轴瓦时，要注意轴的旋转方向，在与轴旋转方向一致的那一面的过渡圆弧要特别仔细地刮研，这关系着轴瓦中油膜形成效果的好坏。稍微扩大润滑油入口过渡圆弧，保障油膜的形成，避免支撑瓦出现胶合现象。

4 总结

经过以上公式计算分析结果满足φ80的径向轴承的实际运行，说明径向轴承最小油膜粗略计算公式可行。但因轴承进油口倒角过小，影响入口进油量，适当增加倒角深度，可降低油膜温度和排油温度，此外增加倒角深度还可改善油流的可靠性。经过处理轴瓦过后，机组运行平稳，通过近半年的观察，压缩机轴位移量基本无变化，油温正常，轴承确实改善（轴承温度约为60℃），排油温度正常（50℃），说明压缩机径向轴承已控制在正常水平，实现设备安全、稳定、长周期的运行。

参考文献：

[1]王书敏，何可禹，编著.离心式压缩机技术问答（第二版）[S].中国石化出版社.

[2]中国石油和石化工程研究所编著.炼油设备工程师手册[S].中国石化出版社.

[3]成大先，主编.机械设计手册（第五版）[S].北京化学工业出版社.

[4]任晓善 主编.化工机械维修手册（上卷）[S].北京化学工业出版社.