搅拌机轴承荷载情况探究及选型

王均宝

摘 要：搅拌机为水泥生产行业脱硫脱硝、污水处理工艺中常用设备，其运行情况直接影响生产线的平稳及产品质量。搅拌机是由一个水平的容器和旋转的立式搅拌叶片等组成，物料搅拌时，容器不动，搅拌轮旋转，形成流场，搅拌物料各介质间运动方向交叉，互相接触的机会增多。搅拌机原理：离心原理，当含有细小颗粒的浮液静置不动时，由于重力场的作用使得浮的颗粒逐渐下沉。粒子越重，下沉越快，反之密度比液体小的粒子就会上浮。搅拌机架设置俩组轴承，分别承受轴向力和径向力。本文分析了搅拌机轴承故障及寿命理论计算。

关键词：搅拌、载荷、轴承、受力计算、磨损时长计算

引言

1.工艺简介

在脱硫工序中，通过一个搅拌器最大程度混合CaOH2及CO2反应生成CaCO3。

混合效率取决于搅拌桨直径、流型及转子速度，为了达到两相的充分混合，转子速度在负荷低时必须高些，而在负荷高时必须低些，使混合效果最大限度的增加。

工艺中的搅拌器根据负荷，借助驱动器的调速装置，转速可在5rpm和30rpm之间调节。液体在池内或罐内进行混合，液体的流动方式是复杂的。这主要取决于转子的运动，转子的转动使整个液体随之转动，同时，由于搅拌桨的离心作用，液体被迫甩向四周，这股液体在罐壁附近沿着轴的方向上改变流动方向。致使整个罐体或池体，形成一个大的循环场，加速物料混合。

2.搅拌器载重计算

传动设备位于上部，转动部件，包含轴与搅拌器等组件，自重约14293Kg。100%负荷时转速控制14～18rpm。电机功率15Kw，装备西门子H3HV07B减速机、FSJ160机架，配套1块22244轴承和2块30244轴承，轴径220mm。

计算书及公式依据

轴承基本额定寿命计算公式：L10h=106÷（60×n）×（C/P）ε

式中：L10h --基本额定寿命（h）

n-----转速（r/min）

ε----命指数（球轴承ε=3，滚子轴承ε=10/3）

轴承当量动载荷计算公式：P=X×Fr+Y×Fa

式中：X-----径向动载荷系数（第五版机械设计手册）

Y----轴向动载荷系数（第五版机械设计手册）

Fr----轴承所承受径向载荷（N）

Fa----轴承所承受轴向载荷（N）

第i个搅拌器上的流体径向力Fhi=K1×Mnqi×103÷（3/8×Dji）

式中：K1----流体径向力系数，按照HG/T20569-2013《机械搅拌设备》查得。

Mnqi----第i个搅拌器功率产生的扭矩，Mnqi=9553×Pqi÷n

Pqi----第i个搅拌器的设计功率

Dji----第i个搅拌器直径，mm

2.1方案一：采用30244轴承+ 22244K轴承

2.1.1轴承32244计算

32244为圆锥滚子轴承，滚子角度θ=16°，基本额定动载荷C=1610000N。该轴承所承受轴向载荷：

Fa=14293Kg×9.8N/Kg=140071N

圆盘径向力计算：计算中间轴承以上的动盘，中间轴承一下的动盘的径向力被中间轴承吸收，可忽略。动盘3件1组，共22组，动盘直径按1300mm计算。每个动盘的功率：

Pq=15Kw÷158個=0.095Kw/个

每组转盘上的流体径向力：

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

已知每组动盘距机架下轴承的距离和机架内上下轴承的距离，根据力矩平衡公式可得机架上轴承所承受的径向载荷Fr=15356N。

根据轴承当量动载荷计算公式，可得该轴承的当量动载荷P=201543N。

根据轴承基本额定寿命计算公式可得L10h=849194h。

2.1.2轴承22244K计算（调心滚子轴承，承受纯径向力，无轴向力）

该轴承承受基本额定载荷C=1520000N。

该轴承所承受轴向载荷Fa=0。

该轴承承受的景象载荷Fr=15356N。

根据轴承当量动载荷计算公式，可得该轴承的当量动载荷P=15356N。

根据轴承基本额定寿命计算公式，可得L10h=3738303816h。

2.2方案二：采用29344E轴承+NJ244轴承

2.2.1轴承29344E计算（该轴承为推力调心滚子轴承，滚子角度θ=45°）

该轴承承受基本额定动载荷C=1730000N，承受轴向载荷：

Fa=14293Kg×9.8N/Kg=140071N

动盘径向力计算：计算中间轴承以上的动盘，中间轴承以下的动盘的径向力被中间轴承吸收，可忽略。动盘3件1组，共22组，动盘直径按1300mm计算。每个动盘的功率：

Pq=15Kw÷158个=0.095Kw/个

每组转盘上的流体径向力：

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

已知每组动盘距机架下轴承的距离和机架内上下轴承的距离，根据力矩平衡公式可得机架上轴承所承受的径向载荷Fr=15356N。

根据轴承当量动载荷计算公式，可得该轴承的当量动载荷P=155427N。

根据轴承基本额定寿命计算公式可得L10h=2565752h。

2.2.2轴承NJ244计算（该轴承为圆柱滚子轴承，承受纯径向力，无轴向力）

该轴承承受基本额定载荷C=765000N。

该轴承所承受轴向载荷Fa=0。

该轴承承受的景象载荷Fr=15356N。

根据轴承当量动载荷计算公式，可得该轴承的当量动载荷P=15356N。

根据轴承基本额定寿命计算公式，可得L10h=379083672h。

2.3方案三：采用30244轴承+22244K轴承

2.3.1轴承30244计算（该轴承为圆锥滚子轴承，滚子角度θ=15°）

该轴承承受基本额定载荷C=990000N，承受轴向载荷：

Fa=14293Kg×9.8N/Kg=140071N

动盘径向力计算：计算中间轴承以上的动盘，中间轴承以下的动盘的径向力被中间轴承吸收，可忽略。动盘3件1组，共22组，动盘直径按1300mm计算。每个动盘的功率：

Pq=15Kw÷158个=0.095Kw/个

每组转盘上的流体径向力：

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

已知每组动盘距机架下轴承的距离和机架内上下轴承的距离，根据力矩平衡公式可得机架上轴承所承受的径向载荷Fr=15356N。

根据轴承当量动载荷计算公式，可得该轴承的当量动载荷P=215250N。

根据轴承基本额定寿命计算公式可得L10h=134830h。

2.3.2轴承22244K计算（该轴承承受纯径向力，无轴向力）

计算过程同2.1.2。

3 选配对比表

综合考虑轴承荷载影响以及轴承类型特性，我装置搅拌器机架装配1块22244K轴承+2块30244轴承，即采用方案三的选配设置。

4结束语

上述三个轴承装配方案理论寿命均满足企业长周期运行需求，我装置通过对比和现场结构与合理检修时间安排，轴承装配方式优选采用方案三。另外影响轴承使用寿命要素还有很多方面，例如设备安装的几何尺寸精准度、搅拌装置运转时轴承承受力面承受力的偏心程度、轴承和的机加工精度、整套装置的安装精度等。上述数据和计算均为理想工况下使用的理论寿命。本文所述搅拌器轴承理论计算及选配可为同行同类设备或者其他类似设备设计与制作提供相关理论计算依据。

参考文献

[1]成大先 机械设计手册（轴承） 化学工业出版社

[2]HG/T20569-2013《机械搅拌设备》中国计划出版社

《机械搅拌设备》 HG 20569-2013

《钢制机械搅拌容器技术条件》 HG/T2268-2009中國计划出版社

《釜用机械密封辅助装置》 HGT 2122-2003中国计划出版社

《釜用机械密封试验规范》 HGT 2099-2003 中国计划出版社

《釜用机械密封技术条件》 HGT 2269-2003中国计划出版社

《搅拌传动装置系统组合、选用及技术要求》 HG21563-1995中国计划出版社

《搅拌传动装置—凸缘法兰》 HG21564-1995中国计划出版社

《搅拌传动装置—安装底盖》 HG21565-1995中国计划出版社

《搅拌传动装置—双支点机架》 HG21567-1995中国计划出版社

《搅拌传动装置—传动轴》 HG21568-1995中国计划出版社