攪拌機(jī)軸承荷載情況探究及選型

王均寶

摘 要：攪拌機(jī)為水泥生產(chǎn)行業(yè)脫硫脫硝、污水處理工藝中常用設(shè)備，其運(yùn)行情況直接影響生產(chǎn)線的平穩(wěn)及產(chǎn)品質(zhì)量。攪拌機(jī)是由一個(gè)水平的容器和旋轉(zhuǎn)的立式攪拌葉片等組成，物料攪拌時(shí)，容器不動(dòng)，攪拌輪旋轉(zhuǎn)，形成流場(chǎng)，攪拌物料各介質(zhì)間運(yùn)動(dòng)方向交叉，互相接觸的機(jī)會(huì)增多。攪拌機(jī)原理：離心原理，當(dāng)含有細(xì)小顆粒的浮液靜置不動(dòng)時(shí)，由于重力場(chǎng)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(huì)上浮。攪拌機(jī)架設(shè)置倆組軸承，分別承受軸向力和徑向力。本文分析了攪拌機(jī)軸承故障及壽命理論計(jì)算。

關(guān)鍵詞：攪拌、載荷、軸承、受力計(jì)算、磨損時(shí)長(zhǎng)計(jì)算

引言

1.工藝簡(jiǎn)介

在脫硫工序中，通過(guò)一個(gè)攪拌器最大程度混合CaOH2及CO2反應(yīng)生成CaCO3。

混合效率取決于攪拌槳直徑、流型及轉(zhuǎn)子速度，為了達(dá)到兩相的充分混合，轉(zhuǎn)子速度在負(fù)荷低時(shí)必須高些，而在負(fù)荷高時(shí)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(jù)負(fù)荷，借助驅(qū)動(dòng)器的調(diào)速裝置，轉(zhuǎn)速可在5rpm和30rpm之間調(diào)節(jié)。液體在池內(nèi)或罐內(nèi)進(jìn)行混合，液體的流動(dòng)方式是復(fù)雜的。這主要取決于轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)使整個(gè)液體隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，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(dòng)方向。致使整個(gè)罐體或池體，形成一個(gè)大的循環(huán)場(chǎng)，加速物料混合。

2.攪拌器載重計(jì)算

傳動(dòng)設(shè)備位于上部，轉(zhuǎn)動(dòng)部件，包含軸與攪拌器等組件，自重約14293Kg。100%負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)速控制14～18rpm。電機(jī)功率15Kw，裝備西門(mén)子H3HV07B減速機(jī)、FSJ160機(jī)架，配套1塊22244軸承和2塊30244軸承，軸徑220mm。

計(jì)算書(shū)及公式依據(jù)

軸承基本額定壽命計(jì)算公式：L10h=106÷（60×n）×（C/P）ε

式中：L10h --基本額定壽命（h）

n-----轉(zhuǎn)速（r/min）

ε----命指數(shù)（球軸承ε=3，滾子軸承ε=10/3）

軸承當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算公式：P=X×Fr+Y×Fa

式中：X-----徑向動(dòng)載荷系數(shù)（第五版機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)）

Y----軸向動(dòng)載荷系數(shù)（第五版機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)）

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(gè)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(shù)，按照HG/T20569-2013《機(jī)械攪拌設(shè)備》查得。

Mnqi----第i個(gè)攪拌器功率產(chǎn)生的扭矩，Mnqi=9553×Pqi÷n

Pqi----第i個(gè)攪拌器的設(shè)計(jì)功率

Dji----第i個(gè)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(jì)算

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

Fa=14293Kg×9.8N/Kg=140071N

圓盤(pán)徑向力計(jì)算：計(jì)算中間軸承以上的動(dòng)盤(pán)，中間軸承一下的動(dòng)盤(pán)的徑向力被中間軸承吸收，可忽略。動(dòng)盤(pán)3件1組，共22組，動(dòng)盤(pán)直徑按1300mm計(jì)算。每個(gè)動(dòng)盤(pán)的功率：

Pq=15Kw÷158個(gè)=0.095Kw/個(gè)

每組轉(zhuǎn)盤(pán)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(dòng)盤(pán)距機(jī)架下軸承的距離和機(jī)架內(nèi)上下軸承的距離，根據(jù)力矩平衡公式可得機(jī)架上軸承所承受的徑向載荷Fr=15356N。

根據(jù)軸承當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算公式，可得該軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P=201543N。

根據(jù)軸承基本額定壽命計(jì)算公式可得L10h=849194h。

2.1.2軸承22244K計(jì)算（調(diào)心滾子軸承，承受純徑向力，無(wú)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(jù)軸承當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算公式，可得該軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P=15356N。

根據(jù)軸承基本額定壽命計(jì)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(jì)算（該軸承為推力調(diào)心滾子軸承，滾子角度θ=45°）

該軸承承受基本額定動(dòng)載荷C=1730000N，承受軸向載荷：

Fa=14293Kg×9.8N/Kg=140071N

動(dòng)盤(pán)徑向力計(jì)算：計(jì)算中間軸承以上的動(dòng)盤(pán)，中間軸承以下的動(dòng)盤(pán)的徑向力被中間軸承吸收，可忽略。動(dòng)盤(pán)3件1組，共22組，動(dòng)盤(pán)直徑按1300mm計(jì)算。每個(gè)動(dòng)盤(pán)的功率：

Pq=15Kw÷158個(gè)=0.095Kw/個(gè)

每組轉(zhuǎn)盤(pán)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(dòng)盤(pán)距機(jī)架下軸承的距離和機(jī)架內(nèi)上下軸承的距離，根據(jù)力矩平衡公式可得機(jī)架上軸承所承受的徑向載荷Fr=15356N。

根據(jù)軸承當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算公式，可得該軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P=155427N。

根據(jù)軸承基本額定壽命計(jì)算公式可得L10h=2565752h。

2.2.2軸承NJ244計(jì)算（該軸承為圓柱滾子軸承，承受純徑向力，無(wú)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(jù)軸承當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算公式，可得該軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P=15356N。

根據(jù)軸承基本額定壽命計(jì)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(jì)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(dòng)盤(pán)徑向力計(jì)算：計(jì)算中間軸承以上的動(dòng)盤(pán)，中間軸承以下的動(dòng)盤(pán)的徑向力被中間軸承吸收，可忽略。動(dòng)盤(pán)3件1組，共22組，動(dòng)盤(pán)直徑按1300mm計(jì)算。每個(gè)動(dòng)盤(pán)的功率：

Pq=15Kw÷158個(gè)=0.095Kw/個(gè)

每組轉(zhuǎn)盤(pán)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(dòng)盤(pán)距機(jī)架下軸承的距離和機(jī)架內(nèi)上下軸承的距離，根據(jù)力矩平衡公式可得機(jī)架上軸承所承受的徑向載荷Fr=15356N。

根據(jù)軸承當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算公式，可得該軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P=215250N。

根據(jù)軸承基本額定壽命計(jì)算公式可得L10h=134830h。

2.3.2軸承22244K計(jì)算（該軸承承受純徑向力，無(wú)軸向力）

計(jì)算過(guò)程同2.1.2。

3 選配對(duì)比表

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

4結(jié)束語(yǔ)

上述三個(gè)軸承裝配方案理論壽命均滿足企業(yè)長(zhǎng)周期運(yùn)行需求，我裝置通過(guò)對(duì)比和現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)與合理檢修時(shí)間安排，軸承裝配方式優(yōu)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(shè)備安裝的幾何尺寸精準(zhǔn)度、攪拌裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸承承受力面承受力的偏心程度、軸承和的機(jī)加工精度、整套裝置的安裝精度等。上述數(shù)據(jù)和計(jì)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(jì)算及選配可為同行同類(lèi)設(shè)備或者其他類(lèi)似設(shè)備設(shè)計(jì)與制作提供相關(guān)理論計(jì)算依據(jù)。

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