离心式压缩机的轴承设计

　　1 引言

　　离心式压缩机对滑动轴承的要求是：安全可靠、运行稳定、抗震性好、使用寿命长。当前、国内外活动多块式止推轴承主要分为两类，一类是米契尔轴承，一类是金斯伯雷轴承。米氏轴承对变动载荷的适应能力较强，但是载荷并不是均匀地分布在每个瓦块上，这就造成了止推轴承瓦块磨损不均。而金斯伯雷轴承则克服了上述缺点，其优点在于载荷分布均匀，调节灵活，能补偿转子的不对中偏斜。

　　JS型金氏轴承是在美国金斯伯雷公司产品的基础上，经过结构改进、设计形成的通用离心式压缩机轴承系列部件。

　　按照原金氏轴承系列制定结构本标准系列规格则采用了20万吨/年合成气压缩机应用的金斯伯雷推力轴承的结构。

　　根据实际经验将金氏轴承系列分为7种常用规格，即5"、6"、7"、8"、9"、10.5"和12"共7种规格(其数字代表瓦块推力面外径)，在本厂压缩机设计中首选推荐使用。

　　2 结构特点

　　金氏推力轴承是层叠式自动平衡推力的轴承，是由若干个止推块组成。止推块下垫有上水准块、下水准块、基环，相当于三层零件叠放在基环上，止推块与水准块之间通过球面支点接触。其工作原理：当各个止推块载荷不同时，就会引起轴承的不平衡，因止推块受力不均就要偏转，此时可通过上、下搭接的水准块，自动调节每个止推块上的载荷，直到每个止推块上的载荷相同，轴承重新建立平衡为止。即在转轴有较大的挠度及支点转角的情况下，各瓦块位置能随之平衡而产生均匀的油膜压力。

　　金氏推力轴承的典型结构。其主体由瓦块、上下摆动的水准块、承载盘和控油环等组成。润滑油自承载盘底部槽口进入轴承内腔，通过瓦块间的空隙和止推盘旋转带入止推瓦块承压面，并由离心力将油带至外圆周，再经控油环上部的排油孔流到轴承体外排出。

　　3 主体部件的设计规范

　　3.1 尺寸标准

　　金氏推力轴承采用的是英寸制，为便于制造，本系列除瓦块内外直径、厚度、承载盘及定位键的配合尺寸仍按英寸制换算成公制，并取其两位小数作为名义尺寸外，其余尺寸尽量采用公制的圆整值。

　　3.2 瓦块设计标准

　　瓦块支持垫的圆弧半径关系到瓦块摆动后支撑点与瓦块宽度的相对位置，因此，它应该是瓦块宽度相对应的函数值，本系列采用了日本三菱的相同比值确定其余规格的半径R，并作接触应力计算。其计算公式为：σ＝0.388×(PE 2/R 2)1/3式中σ——接触应力，kg/cm2

　　　P——转子的轴向力，kg

　　　E——弹性模量，kg/cm2

　　　R——承载面平均半径，cm

　　计算结果见表1。表1规 格125 150 175 200 225 265 300 σ 19569 18993 19627 18374 18839 19334 18697

　　其中规格200是日本三公司菱结构,其余应力都较接近，但都比传动系统规定的许用应力(4000～18000kg/cm2)略高。

　　每套止推轴承设主、付两组，两组结构完全相同，可以整组互换，不受压缩机旋转方向的限制。但如需测瓦块温度，每组轴承可各设一带热电偶的瓦块，该瓦块有旋向要求。

　　3.3给油器确定

　　本系列采用瓦块间喷油结构，其规格按下述方法确定：

　　根据新比隆“E.C.C”标准，各种规格的耗油量皆有明确数据，并有一定的比例关系，以日本三菱公司8"轴承为基础，小孔流量公式为

　　Q=πd 4/128μl△p式中Q——质量流量，m3/s

　　　d——小孔直径，m

　　　μ——油的动力粘度，Pa.s

　　　l——给油器长度，m

　　　△p——压差，Pa

　　在假设μ、l、△p、不变的情况下，流量与d4成正比，以此计算总的喷油孔面积(相对于8"的实际面积)，再确定给油器长度上可能分布的孔数和小孔的直径。

　　3.4 止推盘厚度确定

　　本系列止推盘的厚度值小于典型金氏轴承的规定值，可能是由于该结构是用控油环集油，油需从控油环及止推盘凹槽间流出，需要一定空间，而新结构则取消了控油环，故厚度可适当减薄，新旧止推盘厚度对比见表2。

　　表2规 格6" 8" 10.5" 12" 原标准止推厚度25.4 34.925 44.45 50.8 本标准确定的厚度 24 30 40 45

　　3.5&nb sp;止推盘与瓦块的轴向间隙确定

　　关于止推盘与瓦块的轴向间隙，三菱设计的约为典型结构平均值的1.36倍，这可能是因为典型结构的润滑油可以通过瓦块间的空隙流出，以便冷却轴承，新结构在瓦块间设给油器，限制了油的流动，因而将间隙放大，按照缝隙流动理论，流量正比于缝隙的3次方，如将间隙加大到1.5倍，则流量可增加到2.5倍，因此，本标准按典型结构的平均间隙值1.36倍给定(见表3)。

　　表3轴承规格6" 8" 10.5" 12" 原标准间隙0.25～0.35 0.28～0.38 0.33～0.43 0.38～0.45 本标准间隙0.36～0.46 0.4～0.5 0.47～0.57 0.63～0.73

　　3.6 承载能力

　　轴向载荷分两部分，它包括压缩机的轴向推力和联轴节产生的轴向推力，其计算式：

　　F=F1+F2式中F1——压缩机的轴向推力，kN　

　　F2——联轴节产生的轴向推力，kN

　　压缩机的轴向载荷计算公式：F=0.25×9550 Pr/NrD式中F——外部推力，kN

　　　Pr——额定功率，kW

　　　Nr——额定转速，r/min

　　　D——联轴器的轴孔直径，mm

　　轴向载荷计算应按照HG/T2262–92《炼油、化工用离心式压缩机技术条件》4.6.3.3的规定。新比隆“E、C、C”标准中列有各规格轴承的承载能力图表,本系列轴承可采用此图表作为设计参数。止推轴承所承受的负荷不应超过此图表轴承额定承载能力的50%。

　　4结论

　　(1)金氏系列轴承的供油方式，可使瓦块润滑冷却充分，同时、此结构也减少了整个轴承的厚度尺寸。

　　(2)原始结构轴承的上、下半部油量不均匀，而本系列各瓦块润滑油供给充分，因而取消了控油环，同时减薄了止推盘厚度。

　　(3)典型结构的下摇摆支承垫由底部的圆弧面直接与承载盘接触，接触应力过高，易将承载盘压溃。新结构增加了一个支承块，虽然结构复杂了，但增加了使用的可靠性。

　　总之，改进后的结构优于原结构，更能满足工作要求，轴承的系列化将为离心式压缩机设计提供方便，缩短设计周期，保证设计质量。

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