磨機(jī)支承潤滑裝置冷卻設(shè)計(jì)選型

母彩軍

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裝備技術(shù)

磨機(jī)支承潤滑裝置冷卻設(shè)計(jì)選型

母彩軍

本文介紹了磨機(jī)滑履軸承潤滑裝置選擇的重要性，并以?4.2m磨機(jī)滑履軸承為例，詳細(xì)介紹了滑履軸承潤滑裝置冷卻設(shè)計(jì)選型方法。實(shí)踐證明，采用此方法設(shè)計(jì)的滑履軸承在磨機(jī)設(shè)計(jì)工況運(yùn)行、滑履瓦接觸合格的情況下，沒有發(fā)生過熱現(xiàn)象。

磨機(jī)；滑履軸承；滑履瓦；潤滑；散熱面積

1　引言

在磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，磨機(jī)滑環(huán)和滑履瓦之間的摩擦?xí)a(chǎn)生熱量，同時(shí)，粉磨產(chǎn)生的熱量也會(huì)通過筒體滑環(huán)傳遞到滑履瓦。為降低此熱量，往往給磨機(jī)配備稀油潤滑站供給冷卻潤滑油，從而實(shí)現(xiàn)潤滑和冷卻的目的。但潤滑油流量等參數(shù)一般都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇，且由于粉磨的物料以及工藝差異，同規(guī)格的磨機(jī)在不同工廠應(yīng)用狀況往往不同，參數(shù)難以確定，所以在工廠內(nèi)時(shí)常發(fā)生由于滑履瓦過熱，影響磨機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況。實(shí)踐證明，影響滑履瓦發(fā)熱的因素除設(shè)計(jì)是否合理、接觸是否良好外，潤滑站的選擇是否合理也是一個(gè)極其重要但卻容易被忽視的因素。針對這種情況，找到一套正確選擇磨機(jī)滑履軸承潤滑裝置參數(shù)的方法十分必要。

2磨機(jī)滑履軸承潤滑裝置冷卻器參數(shù)計(jì)算

主軸承是管磨機(jī)主要部件，磨機(jī)的無用功主要消耗在主軸承的摩擦上，約占磨機(jī)總能耗的10%以上，摩擦造成磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中軸瓦溫度升高，影響磨機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。管磨機(jī)的主軸承主要分兩類，一種為中空軸型式，另一種為滑履軸承型式。由于磨機(jī)的大型化，目前?3.8m以上磨機(jī)往往采用滑履軸承型式的主軸承，而滑履瓦溫度過高，往往超過80hC，成為了影響磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率的主要故障點(diǎn)，如何解決這個(gè)問題，是實(shí)現(xiàn)磨機(jī)高運(yùn)轉(zhuǎn)率的關(guān)鍵。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，往往缺少詳細(xì)的計(jì)算，無法選擇正確的軸承潤滑裝置，及時(shí)冷卻磨機(jī)軸承。針對此現(xiàn)象，我們研究出了以下計(jì)算方法。

影響磨機(jī)滑履瓦溫度升高的主要因素包括滑環(huán)和滑履瓦摩擦產(chǎn)生熱量及磨機(jī)筒體滑環(huán)傳熱。下面以目前常用的?4.2m磨機(jī)滑履軸承為例進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。

2.1熱平衡計(jì)算

已知該磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中每個(gè)滑履瓦的載荷為1 460kN，根據(jù)統(tǒng)計(jì)測量結(jié)果，滑環(huán)部位溫度在70～80hC左右，相比磨機(jī)出口水泥溫度一般低15～30hC左右，靠接觸方式傳熱給滑履瓦。

以潤滑油流入滑履瓦和流出滑履瓦為界限進(jìn)行滑履軸瓦工作時(shí)的熱平衡計(jì)算：

f·Fr·V+α·h·（th-tb）

=c·ρ·Q·（t0-t1）+Ks·A·（t0-t1）+αw·Aw·（tb-tw）

式中：

Fr——滑履瓦徑向載荷，kN，F(xiàn)r=1 460kN

f——軸承的摩擦系數(shù)，即潤滑油的內(nèi)摩擦系數(shù)，滑動(dòng)軸承液體摩擦系數(shù)在0.001～0.01，取f=0.01

V——軸頸圓周速度，m/s

α——滑履瓦的導(dǎo)熱系數(shù)，W/m·K，50℃時(shí)，

α=50.6W/m·K h——滑履瓦厚度，m，h=0.066m th——滑環(huán)溫度，℃，取th=80℃

tb——滑履瓦內(nèi)壁溫度，℃，取tb=55℃

c——潤滑油的比熱，J/kg·℃，對于礦物油，c=1 900J/kg·℃

ρ——潤滑油的密度，kg/m3，對于礦物油，ρ=850～900kg/m3

Q——潤滑油的流量，m3/s，該磨機(jī)選配80L/min潤滑站，對應(yīng)每個(gè)滑履瓦Q=0.04m3/min =0.000 667m3/s

Ks——瓦體的散熱系數(shù)，J/m2·℃，按照散熱條件考慮，Ks=80J/m2·℃

A——滑履瓦軸承體散熱面積，A=0.908 6m2

t0——潤滑油的出口溫度（出口溫度≯60～70℃），℃t1——潤滑油的入口溫度（應(yīng)在30～40℃之間），℃，

取t1=40℃

αw——水對滑履瓦的平均對流傳熱系數(shù)，W/m2·K，水強(qiáng)制對流時(shí)，α=1 000～15 000W/m2·K。由于冷卻水在瓦內(nèi)的流動(dòng)速度很低，取αw=1 000W/m2·K

Aw——滑履瓦內(nèi)腔過水冷卻面積，m2，Aw=1.09m2

tw——冷卻水流入溫度，℃，tw=25℃

則：

t0=［0.01 1 460 000 3.59+50.6 0.066

（80-55）-1 000 1.09 （55-25）］

/（1 900 900 0.000 667+80 0.908 6）+40

=56.32hC

通過以上計(jì)算可以看出，潤滑油出口溫度t0符合要求，磨機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及潤滑油流量的選擇合理。滑履瓦尺寸見圖1。

圖1　滑履瓦外形尺寸圖

2.2冷卻器散熱面積計(jì)算

根據(jù)出口溫度，核算潤滑站冷卻能力，潤滑油的熱負(fù)荷：

H=Q·ρ·c·（T1-T2），W

式中：

Q——潤滑油的流量，Q=0.000 667m3/s

ρ——潤滑油的密度，對于礦物油，ρ=850～900kg/m3

c——潤滑油的比熱，對于礦物油，c=1 900J/kg.℃

T1——潤滑油進(jìn)口溫度，T1=t0=56.32℃

T2——潤滑油出口溫度，取T2=40℃

則：

H=0.000 667 900 1 900 （56.32-40）=18 614.1W

熱交換面積計(jì)算：

式中：

k——傳熱系數(shù)，與換熱器結(jié)構(gòu)型式有關(guān)

Δtm=，其中T'1為冷卻水進(jìn)口溫度，取T'1=30℃；T'2為冷卻水出口溫度，正常設(shè)計(jì)冷卻水溫升5～10℃。

通過計(jì)算可以看出，該磨機(jī)配置的潤滑裝置，如采用管式冷卻器，換熱面積應(yīng)該在13m2以上。常用換熱器型式計(jì)算所需的換熱面積見表1。而有些潤滑站生產(chǎn)廠家的冷卻器標(biāo)準(zhǔn)配置的換熱面積是8m2，甚至6m2，這樣的配置可以滿足承載力引起的發(fā)熱冷卻。但在一些入磨物料溫度較高或環(huán)境溫度較高地區(qū)，因磨內(nèi)隔熱處理不到位造成磨機(jī)筒體滑環(huán)溫度過高，磨機(jī)超載運(yùn)行的情況下，冷卻能力明顯不足，從而導(dǎo)致因滑履瓦過熱影響磨機(jī)正常運(yùn)行的情況時(shí)有發(fā)生，這時(shí)現(xiàn)場不得不增加冷卻器。

表1　常用換熱器型式計(jì)算所需的換熱面積

3　結(jié)語

經(jīng)過多臺磨機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況驗(yàn)證，按照本文方法配置潤滑站冷卻器后，在磨機(jī)設(shè)計(jì)工況運(yùn)行、滑履瓦接觸合格情況下，滑履瓦均未發(fā)生過熱現(xiàn)象。

“羅濱森杯”第十屆全國建材機(jī)械行業(yè)技術(shù)革新獎(jiǎng)申報(bào)工作正式啟動(dòng)

中國建材機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)自2007年開展全國建材機(jī)械行業(yè)技術(shù)革新獎(jiǎng)評審工作以來，經(jīng)過近十年的發(fā)展，目前已成為我國建材機(jī)械領(lǐng)域中展示企業(yè)先進(jìn)技術(shù)、團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新能力的唯一權(quán)威機(jī)構(gòu)。作為行業(yè)公益行為，十年來參與評審企業(yè)超過500家，授獎(jiǎng)上千人次，鼓舞了大批企業(yè)科技人員和一線員工積極創(chuàng)新、勇于創(chuàng)新的精神，涌現(xiàn)出大量先進(jìn)技術(shù)和人才，對我國建材機(jī)械行業(yè)技術(shù)進(jìn)步起到了巨大的推動(dòng)作用。

為進(jìn)一步提升建材機(jī)械技術(shù)革新的步伐，提升行業(yè)整體技術(shù)水平，協(xié)會(huì)決定繼續(xù)開展“羅濱森杯”第十屆全國建材機(jī)械行業(yè)技術(shù)革新獎(jiǎng)評審工作。有意申報(bào)的單位請致電中國建材機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)秘書處。

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