吳永輝，姚同林

（1.上海大隆機(jī)器廠有限公司，上海201900；2.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所，上海201108）

1 引言

雙螺桿壓縮機(jī)常用的軸承分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩種。根據(jù)API619中的規(guī)定，滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承的選用以額定功率（kW） 與額定轉(zhuǎn)速（r/min） 的乘積大小來(lái)確定，低于4×106可選用滾動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承游隙小，摩擦損耗小，維護(hù)也比較簡(jiǎn)單，有利于提高壓縮機(jī)的效率，但是其有一個(gè)工作壽命，根據(jù)軸承的負(fù)荷、速度、結(jié)構(gòu)材料、溫度和潤(rùn)滑狀況而計(jì)算得出的數(shù)值[1]。此外，由于每個(gè)軸承內(nèi)的滾珠或滾柱或多或少存在著微小差異，就會(huì)使得載荷分布不均勻，加快了軸承失效過(guò)程。本文介紹了滾動(dòng)軸承在螺桿壓縮機(jī)中的應(yīng)用，通過(guò)工程案例對(duì)其安裝方式壽命預(yù)測(cè)進(jìn)行了分析。

2 軸承配置形式

滾動(dòng)軸承在支撐轉(zhuǎn)子負(fù)荷的同時(shí)，還起到徑向和軸向定位的作用。吸氣端采用滾子軸承，排氣端采用滾子軸承加背靠背角接觸球軸承或背靠背圓錐滾子軸承。滾子軸承承受徑向載荷，角接觸球或圓錐滾子則承受正常工作以及異常工作時(shí)產(chǎn)生的軸向推力載荷，軸承型號(hào)和數(shù)量依據(jù)負(fù)荷大小而定。某一螺桿壓縮機(jī)排端典型安裝形式如圖1所示。

圖1 典型安裝型式

3 軸承的選擇與裝配

3.1 工作壽命預(yù)測(cè)

滾動(dòng)軸承的直徑越大，其承載能力越強(qiáng)，但是螺桿壓縮機(jī)的軸向載荷隨轉(zhuǎn)子直徑增大而增大的速度更快。在能量通量允許范圍內(nèi)選用滾動(dòng)軸承，中大型號(hào)的機(jī)型需要依據(jù)其承擔(dān)的載荷進(jìn)行壽命計(jì)算。

基于基本額定壽命的定義，一批相同的軸承，在相同的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中90%的軸承不發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前所轉(zhuǎn)過(guò)的總轉(zhuǎn)數(shù)，用L10表示，或用一定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)的總小時(shí)效L10h表示

式中C——基本額定動(dòng)載荷，kN

P——當(dāng)量動(dòng)載荷，kN

ε——壽命指數(shù)，球軸承取3，滾子軸承取10/3

n——工作轉(zhuǎn)速，r/min

通常要求螺桿壓縮機(jī)軸承的設(shè)計(jì)使用壽命高于25000 h，潤(rùn)滑油的清潔度越高，越有利于形成最小彈性體動(dòng)壓油膜，滾動(dòng)體和滾道的金屬表面和她們之間的油膜也不容易被污染物破壞，有利于形成均勻的應(yīng)力分布，軸承壽命也會(huì)因此提高。

3.2 預(yù)緊力的確定

對(duì)滾動(dòng)軸承施加一定的預(yù)載荷，可以使軸承初始狀態(tài)具有一定的彈性變形，避免滾珠和滾道間產(chǎn)生對(duì)軸承具損害性的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)提高剛度以及螺桿轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)精度，從而達(dá)到理想的工作壽命。

預(yù)付荷的大小通常根據(jù)軸承的類型來(lái)定，在剛度和負(fù)荷間取一個(gè)合理的值。對(duì)于角接觸球或深溝球軸承

式中C0——基本額定靜負(fù)荷，kN

P——當(dāng)量動(dòng)載荷，kN

n——工作轉(zhuǎn)速，r/min

dm——軸承平均直徑，r/min

圓錐滾子軸承

式中C——基本額定動(dòng)載荷，kN

Y——計(jì)算系數(shù)，kN

軸承安裝分為面對(duì)面和背靠背2種，通過(guò)彈簧施加預(yù)緊力則分為外側(cè)預(yù)緊和中部預(yù)緊，預(yù)緊力大小通過(guò)彈簧壓緊量調(diào)節(jié)。如圖2所示。

3.3 軸承的定位

螺桿壓縮機(jī)中軸承通常采用排端固定，吸端游動(dòng)的方式，在轉(zhuǎn)子溫度升高自由膨脹的同時(shí)，保證排氣端間隙不變，從而減小泄漏，提高效率。通過(guò)軸系上的墊片調(diào)整獲得最佳的軸承游隙和排端間隙。

4 案例分析

4.1 工況確定

現(xiàn)有某雙螺桿壓縮機(jī)，根據(jù)工藝條件初步計(jì)算獲得其軸承承載載荷，以陰轉(zhuǎn)子排端為例，其參數(shù)如表1所示。

4.2 方案分析

根據(jù)軸承段轉(zhuǎn)子軸徑不小于150 mm的要求，初步選擇徑向NU2338，主推力軸承7330，副推力軸承選擇同軸徑下小號(hào)角接觸軸承7230，采用面對(duì)面安裝形式，彈簧外側(cè)預(yù)緊。

徑向NU2338工作壽命計(jì)算值為

工作壽命計(jì)算值為

圖2 預(yù)載荷施加方式

表1 運(yùn)行工況參數(shù)

圖3 軸承裝配圖

均滿足25000 h的設(shè)計(jì)要求。

彈簧預(yù)緊力計(jì)算值為

軸承裝配布置如圖3所示。選擇合適的彈簧個(gè)數(shù)，將預(yù)緊力設(shè)置到位。通過(guò)調(diào)整墊片1的厚度，將軸承間隙調(diào)整到0.01～0.03 mm；再調(diào)整墊片2的厚度，將端面間隙調(diào)整到0.45～0.5 mm。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)介紹滾動(dòng)軸承在螺桿壓縮機(jī)中的應(yīng)用案例，針對(duì)某工況下的載荷進(jìn)行選型計(jì)算，選擇徑向軸承NU2338，主推力軸承7330，其運(yùn)行壽命均滿足24000 h；通過(guò)對(duì)預(yù)緊力的計(jì)算，選擇合適的彈簧大小及數(shù)量；通過(guò)墊片厚度調(diào)整，完成了軸承裝配定位，滿足軸承及轉(zhuǎn)子的安裝間隙要求。文中對(duì)滾動(dòng)軸承的選型、壽命預(yù)測(cè)以及裝配定位方法的探討，為工程化應(yīng)用提供參考。