母彩軍

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裝備技術

磨機支承潤滑裝置冷卻設計選型

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本文介紹了磨機滑履軸承潤滑裝置選擇的重要性，并以?4.2m磨機滑履軸承為例，詳細介紹了滑履軸承潤滑裝置冷卻設計選型方法。實踐證明，采用此方法設計的滑履軸承在磨機設計工況運行、滑履瓦接觸合格的情況下，沒有發(fā)生過熱現(xiàn)象。

磨機；滑履軸承；滑履瓦；潤滑；散熱面積

1　引言

在磨機運轉過程中，磨機滑環(huán)和滑履瓦之間的摩擦會產生熱量，同時，粉磨產生的熱量也會通過筒體滑環(huán)傳遞到滑履瓦。為降低此熱量，往往給磨機配備稀油潤滑站供給冷卻潤滑油，從而實現(xiàn)潤滑和冷卻的目的。但潤滑油流量等參數(shù)一般都是根據經驗選擇，且由于粉磨的物料以及工藝差異，同規(guī)格的磨機在不同工廠應用狀況往往不同，參數(shù)難以確定，所以在工廠內時常發(fā)生由于滑履瓦過熱，影響磨機正常運轉的情況。實踐證明，影響滑履瓦發(fā)熱的因素除設計是否合理、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滑履軸承潤滑裝置參數(shù)的方法十分必要。

2磨機滑履軸承潤滑裝置冷卻器參數(shù)計算

主軸承是管磨機主要部件，磨機的無用功主要消耗在主軸承的摩擦上，約占磨機總能耗的10%以上，摩擦造成磨機運轉中軸瓦溫度升高，影響磨機的安全運轉。管磨機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。由于磨機的大型化，目前?3.8m以上磨機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，成為了影響磨機運轉率的主要故障點，如何解決這個問題，是實現(xiàn)磨機高運轉率的關鍵。在傳統(tǒng)的設計中，往往缺少詳細的計算，無法選擇正確的軸承潤滑裝置，及時冷卻磨機軸承。針對此現(xiàn)象，我們研究出了以下計算方法。

影響磨機滑履瓦溫度升高的主要因素包括滑環(huán)和滑履瓦摩擦產生熱量及磨機筒體滑環(huán)傳熱。下面以目前常用的?4.2m磨機滑履軸承為例進行相關計算。

2.1熱平衡計算

已知該磨機運轉中每個滑履瓦的載荷為1 460kN，根據統(tǒng)計測量結果，滑環(huán)部位溫度在70～80hC左右，相比磨機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行滑履軸瓦工作時的熱平衡計算：

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)，即潤滑油的內摩擦系數(shù)，滑動軸承液體摩擦系數(shù)在0.001～0.01，取f=0.01

V——軸頸圓周速度，m/s

α——滑履瓦的導熱系數(shù)，W/m·K，50℃時，

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，該磨機選配80L/min潤滑站，對應每個滑履瓦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，水強制對流時，α=1 000～15 000W/m2·K。由于冷卻水在瓦內的流動速度很低，取αw=1 000W/m2·K

Aw——滑履瓦內腔過水冷卻面積，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

通過以上計算可以看出，潤滑油出口溫度t0符合要求，磨機的結構設計及潤滑油流量的選擇合理?；耐叱叽缫妶D1。

圖1　滑履瓦外形尺寸圖

2.2冷卻器散熱面積計算

根據出口溫度，核算潤滑站冷卻能力，潤滑油的熱負荷：

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

熱交換面積計算：

式中：

k——傳熱系數(shù)，與換熱器結構型式有關

Δtm=，其中T'1為冷卻水進口溫度，取T'1=30℃；T'2為冷卻水出口溫度，正常設計冷卻水溫升5～10℃。

通過計算可以看出，該磨機配置的潤滑裝置，如采用管式冷卻器，換熱面積應該在13m2以上。常用換熱器型式計算所需的換熱面積見表1。而有些潤滑站生產廠家的冷卻器標準配置的換熱面積是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)，因磨內隔熱處理不到位造成磨機筒體滑環(huán)溫度過高，磨機超載運行的情況下，冷卻能力明顯不足，從而導致因滑履瓦過熱影響磨機正常運行的情況時有發(fā)生，這時現(xiàn)場不得不增加冷卻器。

表1　常用換熱器型式計算所需的換熱面積

3　結語

經過多臺磨機的實際運行情況驗證，按照本文方法配置潤滑站冷卻器后，在磨機設計工況運行、滑履瓦接觸合格情況下，滑履瓦均未發(fā)生過熱現(xiàn)象。

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