摘要：分析新型LW6OOX1500臥螺離心機(jī)過(guò)程中出現(xiàn)的支撐轉(zhuǎn)鼓軸承損壞的問(wèn)題，針對(duì)該問(wèn)題，提出改進(jìn)臥螺離心機(jī)支撐轉(zhuǎn)鼓軸承設(shè)計(jì)的具體方法，對(duì)選擇軸承類(lèi)型、計(jì)算軸承受到的徑向力和軸向力、計(jì)算軸承最佳徑向間隙、設(shè)計(jì)軸承的潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)及選擇潤(rùn)滑脂等給出理論依據(jù)和詳細(xì)的設(shè)計(jì)方法。此方法也可作為其它類(lèi)型臥螺離心機(jī)軸承設(shè)計(jì)的參考。
關(guān)鍵詞：
l 前言
臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)臥螺離心機(jī))已成為一種重要的鉆井液固控設(shè)備，自20世紀(jì)80年代國(guó)內(nèi)許多石油機(jī)械公司相繼研制成功臥螺離心機(jī)。西安某石油機(jī)械制造公司于1994年研制成功臥螺離心機(jī)，經(jīng)多年不斷改進(jìn)在實(shí)際應(yīng)用中取得了很好的效果。隨著臥螺離心機(jī)向高分離因數(shù)、大處理量、高可靠性方向發(fā)展的趨勢(shì)，近年來(lái)該公司在參考國(guó)內(nèi)外臥螺離心機(jī)先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上又研制出LW6OOX1500臥螺離心機(jī)。然而，該型號(hào)離心機(jī)在克拉瑪依油田使用中經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)鼓支撐軸承損壞問(wèn)題，損壞嚴(yán)重時(shí)軸承內(nèi)圈與轉(zhuǎn)鼓軸發(fā)生燒結(jié)。筆者總結(jié)LW6OOX1500臥螺離心機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)臥螺離心機(jī)支撐軸承選擇與計(jì)算進(jìn)行分析。
2 臥螺離心機(jī)的工作原理n】
臥螺離心機(jī)主要清除鉆井液中大小為2—70 um的無(wú)用固相顆粒。臥螺離心機(jī)的工作原理如圖1所示，電機(jī)通過(guò)大、小端帶輪分別帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓、差速器旋轉(zhuǎn)，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有同心安裝的具有螺旋葉片的輸送器，轉(zhuǎn)鼓由軸承座支撐。轉(zhuǎn)鼓通過(guò)左軸承座處的空心軸與差速器的外殼相連接，差速器的輸出軸帶動(dòng)螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓同向轉(zhuǎn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)速不同，其轉(zhuǎn)差率為轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的0．2％ ～3％ 。鉆井液從進(jìn)料管進(jìn)入機(jī)內(nèi)，經(jīng)過(guò)螺旋輸送器進(jìn)到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)。在離心力的作用下，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)形成一環(huán)形液池，重相固體粒子離心沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面上而形成沉渣，由于螺旋葉片與轉(zhuǎn)鼓的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，沉渣被螺旋葉片推送到轉(zhuǎn)鼓的小端，沉渣從小端排渣孔排出。在轉(zhuǎn)鼓的大端蓋上開(kāi)設(shè)有若干個(gè)溢流孔，處理后的鉆井液從此處排出。
3 臥螺離心機(jī)軸承選擇和計(jì)算
西安某石油機(jī)械制造公司生產(chǎn)的LW6OOX1500臥螺離心機(jī)在改進(jìn)前的主要參數(shù)見(jiàn)表1。
LW6OOX1500離心機(jī)在克拉瑪依油田使用中，出現(xiàn)轉(zhuǎn)鼓支撐軸承很快損壞的情況，損壞時(shí)間從3—90 h不等，維修更換后仍出現(xiàn)同樣的問(wèn)題。轉(zhuǎn)鼓支撐軸承是離心機(jī)中比較薄弱的部件，其損壞由各方面原因的綜合表現(xiàn)，主要是由于工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件比較惡劣(溫差大，風(fēng)沙大)、離心機(jī)設(shè)計(jì)考慮不全面和制造工藝水平較低等原因造成的。對(duì)LW600X1500離心機(jī)進(jìn)行數(shù)次改進(jìn)，改進(jìn)后的離心機(jī)在克拉瑪依油田使用中獲得成功，工作1200h未出現(xiàn)轉(zhuǎn)鼓支撐軸承損壞，運(yùn)行狀況良好，初步達(dá)到了設(shè)計(jì)及使用要求。
3．1 軸承的類(lèi)型選擇基本額定動(dòng)靜載荷計(jì)算
(1)軸承類(lèi)型選擇
對(duì)于軸承座3(圖1)中的軸承，在現(xiàn)有制造工藝水平下，軸承座、底座加工和裝配精度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，改為調(diào)心球軸承可在一定程度上彌補(bǔ)兩軸承不同心問(wèn)題；其次由于離心機(jī)轉(zhuǎn)速較高，而球軸承的極限轉(zhuǎn)速通常要高于同內(nèi)徑的滾子軸承，所以選用調(diào)心球軸承。運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試證明，在工藝條件和工作條件不變的前提下使用調(diào)心球軸承與使用深溝球軸承相比較，前者軸承的工作溫升要比后者的工作溫升低20℃左右。對(duì)于軸承座8(圖1)中的軸承，主要考慮到承受軸向力作用，單個(gè)角接觸球軸承滿(mǎn)足不了離心機(jī)軸向受力要求，因?yàn)橐粚?duì)角接觸球軸承能夠承受的軸向力是單個(gè)軸承的1．62倍，所以選用一對(duì)角接觸球軸承。
(2)徑向當(dāng)量動(dòng)載荷JP計(jì)算
對(duì)于軸承座3和8內(nèi)的支撐軸承，徑向載荷受力計(jì)算公式如下：
離心機(jī)在改進(jìn)前沒(méi)有考慮 。但是在實(shí)際工作中，有鉆井液粘附于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，考慮其引起的偏心力作用使設(shè)計(jì)更加全面。
(3)確定軸向當(dāng)量動(dòng)載荷
臥螺離心機(jī)工作時(shí)，螺旋輸送器會(huì)受到一定的軸向力作用，支撐輸送器軸承選用能夠承受軸向力的圓錐滾子軸承。離心機(jī)實(shí)際運(yùn)行說(shuō)明，支撐輸送器的圓錐滾子軸承極少損壞。設(shè)計(jì)計(jì)算中是否考慮支撐轉(zhuǎn)鼓軸承所受的軸向力，及該軸向力大小如何計(jì)算一直是比較難處理的問(wèn)題。以前設(shè)計(jì)認(rèn)為軸向力較小，選用深溝球軸承完全滿(mǎn)足工作要求。但是，在返廠維修的臥螺離心機(jī)中80％ 的情況是由于轉(zhuǎn)鼓支撐軸承損壞而導(dǎo)致離心機(jī)不能工作，根據(jù)軸承損壞情況分析，軸承實(shí)際受到了較大軸向力作用。因此計(jì)算中應(yīng)考慮該軸向力，但軸向力大小確定較困難，用一般的測(cè)量手段也很難測(cè)出大小。考慮到軸向力相對(duì)于徑向力較次要，實(shí)際改進(jìn)設(shè)計(jì)中按軸向力為徑向力的一半來(lái)計(jì)算 】。
(4)沖擊載荷系數(shù) 選擇
離心機(jī)在工作時(shí)有振動(dòng)與沖擊存在，主要由于進(jìn)料不均勻、兩軸承座不同心和物料粘附于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁后產(chǎn)生不平衡力等原因造成。沖擊載荷系數(shù) 應(yīng)選擇中等沖擊1．2～1．8I4】。
3．2 軸承的基本額定壽命計(jì)算
固控設(shè)備中臥螺離心機(jī)為間歇式開(kāi)機(jī)，平均每天使用3h左右，設(shè)計(jì)壽命10年。預(yù)期使用壽命應(yīng)選為10000h較合適。
3．3 軸承合理游隙的選擇
滾動(dòng)軸承的周向固定和徑向游隙大小是通過(guò)軸承與軸承座的配合達(dá)到的。徑向游隙不僅關(guān)系到軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)精度，同時(shí)影響它的壽命。軸承游隙直接影響軸承的載荷分布、振動(dòng)、噪聲、磨損、溫度和機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)精度等技術(shù)性能。軸承的額定載荷隨游隙大小而變化，軸承樣本中的額定負(fù)荷就是軸承在工作游隙為零時(shí)的推薦值。
過(guò)盈配合的軸承應(yīng)該通過(guò)計(jì)算選擇合理的徑向游隙。內(nèi)圈由于動(dòng)平衡及轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不平衡的考慮，內(nèi)圈受到??上受力不均，則當(dāng)套圈壁厚與直徑相比較薄時(shí)容易變形。如果壓力均勻地施加于內(nèi)
圓周或外圓周，且壁厚超過(guò)直徑的20％ ，可視為厚壁圓環(huán)進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算方法為以下陳述。
假設(shè)離心機(jī)軸長(zhǎng)為2m時(shí)，由于溫差引起的伸縮量在lmm以上，此伸縮量足以使支撐軸承損壞。因lt，在設(shè)計(jì)中一端軸承選擇過(guò)渡配合，以便使轉(zhuǎn)鼓軸在熱脹冷縮時(shí)可以相對(duì)于調(diào)心球軸承內(nèi)圈進(jìn)行有限滑動(dòng)，避免軸承受到因熱脹冷縮產(chǎn)生的軸向力作用。
基于以上計(jì)算，支撐軸承中一對(duì)角接觸球軸承一端應(yīng)選用過(guò)盈配合，并計(jì)算合適的過(guò)盈量。調(diào)心球軸承一端應(yīng)選用過(guò)渡配合。
3．4 軸承潤(rùn)滑及潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)
軸承的潤(rùn)滑及潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)對(duì)軸承的壽命有極大影響。脂潤(rùn)滑可做到充填一次潤(rùn)滑脂后長(zhǎng)時(shí)間不需補(bǔ)充，且其密封裝置的結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單，因此在鉆井液離心機(jī)中使用廣泛。潤(rùn)滑脂的填充量以填充軸承和軸承殼體空間的1／3～1／2為宜，一般
潤(rùn)滑脂填充量隨軸承轉(zhuǎn)速升高而減少，當(dāng)轉(zhuǎn)速很低時(shí)，為防止外部異物進(jìn)入軸承內(nèi)，可填滿(mǎn)軸承空間。該離心機(jī)選用極壓鋰脂潤(rùn)滑油。
因此為該離心機(jī)的軸承座8(圖l中)設(shè)計(jì)了較獨(dú)特的潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，很好的解決了軸承潤(rùn)滑和調(diào)節(jié)一對(duì)角接觸球軸承的間隙問(wèn)題。如圖2所示，從注油孔l注入的潤(rùn)滑脂可通過(guò)軸承擋圈2的通孔直接進(jìn)入一對(duì)角接觸球軸承中間，在軸承3高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，潤(rùn)滑脂將對(duì)軸承起到很好的潤(rùn)滑作用，極大的改善了軸承的潤(rùn)滑條件。適當(dāng)設(shè)計(jì)軸承擋圈4的厚度可調(diào)節(jié)一對(duì)角接觸球軸承的間隙，而適當(dāng)?shù)拈g隙可在一定程度上延長(zhǎng)角接觸球軸承的壽命 】。
4 總 結(jié)
筆者在實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提供了一種臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓支撐軸承選擇與計(jì)算方法。應(yīng)用此方法設(shè)計(jì)的臥螺離心機(jī)，壽命提高了3倍以上，軸承溫升由原先柏。左右下降為2O。左右，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)噪音由原先80dB左右下降為60dB左右。該產(chǎn)品得到了客戶(hù)的廣泛認(rèn)同，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。