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(chǎn)行業(yè)脫硫脫硝、污水處理工藝中常用設(shè)備，其運行情況直接影響生產(chǎn)線的平穩(wěn)及產(chǎn)品質(zhì)量。攪拌機是由一個水平的容器和旋轉(zhuǎn)的立式攪拌葉片等組成，物料攪拌時，容器不動，攪拌輪旋轉(zhuǎn)，形成流場，攪拌物料各介質(zhì)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(shè)置倆組軸承，分別承受軸向力和徑向力。本文分析了攪拌機軸承故障及壽命理論計算。

關(guān)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(yīng)生成CaCO3。

混合效率取決于攪拌槳直徑、流型及轉(zhuǎn)子速度，為了達到兩相的充分混合，轉(zhuǎn)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(jù)負荷，借助驅(qū)動器的調(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)進行混合，液體的流動方式是復(fù)雜的。這主要取決于轉(zhuǎn)子的運動，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動使整個液體隨之轉(zhuǎn)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(huán)場，加速物料混合。

2.攪拌器載重計算

傳動設(shè)備位于上部，轉(zhuǎn)動部件，包含軸與攪拌器等組件，自重約14293Kg。100%負荷時轉(zhuǎn)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(jù)

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(zhuǎn)速（r/min）

ε----命指數(shù)（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(shù)（第五版機械設(shè)計手冊）

Y----軸向動載荷系數(shù)（第五版機械設(shè)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(shù)，按照HG/T20569-2013《機械攪拌設(shè)備》查得。

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

Pqi----第i個攪拌器的設(shè)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(zhuǎn)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(nèi)上下軸承的距離，根據(jù)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(jù)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(jù)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(diào)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(jù)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(jù)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(diào)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(zhuǎn)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(nèi)上下軸承的距離，根據(jù)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(jù)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(jù)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(jù)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(jù)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(zhuǎn)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(nèi)上下軸承的距離，根據(jù)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(jù)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(jù)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(shè)置。

4結(jié)束語

上述三個軸承裝配方案理論壽命均滿足企業(yè)長周期運行需求，我裝置通過對比和現(xiàn)場結(jié)構(gòu)與合理檢修時間安排，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度、攪拌裝置運轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)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(shè)備或者其他類似設(shè)備設(shè)計與制作提供相關(guān)理論計算依據(jù)。

參考文獻

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