雙油路自除渣潤(rùn)滑軸承座在臥螺離心機(jī)上的應(yīng)用
技術(shù)支持
1 前言
在需要將混合物按其自然屬性（液體、固體）分離的領(lǐng)域中，臥螺離心機(jī)被廣泛地使用。特別是在大中型較發(fā)達(dá)城市的市政污水、自來(lái)水行業(yè)以及規(guī)?；桃悍蛛x領(lǐng)域中，臥螺離心機(jī)憑借著低勞動(dòng)強(qiáng)度高自動(dòng)化連續(xù)工作的特性，受到了廣泛的青睞。
與國(guó)內(nèi)外臥螺離心機(jī)相比，我國(guó)由于加工制造水平、配件互換精度和潤(rùn)滑輔助系統(tǒng)等因素的相對(duì)落后，使設(shè)備的性能在同級(jí)別型號(hào)上還存在著一定的差距，但由于國(guó)產(chǎn)零件以及人工成本的相對(duì)低廉，同型號(hào)類(lèi)別的臥螺離心機(jī)與國(guó)外設(shè)備相比，還占據(jù)著較大的市場(chǎng)份額。
隨著國(guó)際化進(jìn)程的深入，國(guó)內(nèi)人工成本的提高以及國(guó)外產(chǎn)品對(duì)中國(guó)巨大市場(chǎng)的逐步重視，采用低價(jià)方式占據(jù)市場(chǎng)的方式越來(lái)越相形見(jiàn)絀，提高產(chǎn)品性能，應(yīng)對(duì)國(guó)內(nèi)需要固液分離的復(fù)雜化混合物領(lǐng)域，才是實(shí)現(xiàn)企業(yè)盈利的有效方式。污泥與水之間存在密度差是離心分離的前提，要提高離心分離效果，增大污泥顆粒粒徑和密度，減少黏度，提高離心速度是基本突破點(diǎn)。提高設(shè)備轉(zhuǎn)速，改進(jìn)潤(rùn)滑方式是一條較為可行的短平快路線。
2 臥螺離心機(jī)原理
臥螺離心機(jī)依靠自身高速旋轉(zhuǎn)，在總成內(nèi)部形成幾千倍的重力加速度，使需要被分離的混合物由于自身密度不同的屬性，在離心力的作用下，高密度的固相向旋轉(zhuǎn)總成的轉(zhuǎn)鼓壁靠攏，而密度相對(duì)較低的液體則靠近旋轉(zhuǎn)中心，當(dāng)混合物分離后，旋轉(zhuǎn)總成內(nèi)的螺旋在差速齒輪箱的作用下，與轉(zhuǎn)鼓形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將緊貼轉(zhuǎn)鼓的固相物體推向轉(zhuǎn)鼓錐段，在擠壓下通過(guò)轉(zhuǎn)鼓錐段出口排出離心機(jī)；分離后的液體隨著進(jìn)料的增加不斷向旋轉(zhuǎn)中心靠攏，分離液逆流從大端溢流口排出。
在實(shí)現(xiàn)分離的過(guò)程中，總成的旋轉(zhuǎn)速度決定了臥螺離心機(jī)的分離因數(shù)大小，分離因數(shù)越高，混合物沉降的速度也越快；螺旋結(jié)構(gòu)形式、傾斜角度、轉(zhuǎn)鼓錐度決定了推料的扭矩，在旋轉(zhuǎn)總成中，扭矩越大，被擠壓得固體所含水分也將越低，分離效果也就相對(duì)較好。
轉(zhuǎn)速的提高，可使密度較接近的混合物在有限的空間（臥螺離心機(jī)的總成容量）及時(shí)間（混合物由進(jìn)入設(shè)備到排出設(shè)備的間隔）內(nèi)，快速分離并達(dá)到分離要求。
在機(jī)械結(jié)構(gòu)允許的范圍內(nèi)提高設(shè)備轉(zhuǎn)速，可能對(duì)軸承的性能、壽命以及潤(rùn)滑介質(zhì)提出較高的要求。因?yàn)榭紤]到設(shè)計(jì)制造成本，設(shè)備安裝便捷性，維護(hù)便利性、市場(chǎng)滿足度等因素，常規(guī)的臥螺離心機(jī)主軸承采用的潤(rùn)滑方式多為油脂潤(rùn)滑。
為滿足高分離因數(shù)市場(chǎng)的需求，在不對(duì)原有設(shè)備尺寸進(jìn)行大規(guī)模調(diào)整的情況下，將軸承座的潤(rùn)滑方式改變?yōu)橄∮蜐?rùn)滑將可能是一個(gè)有效的方案。
3 臥螺離心機(jī)軸承座結(jié)構(gòu)改進(jìn)
3.1 油脂潤(rùn)滑軸承座與稀油潤(rùn)滑軸承座
常規(guī)油脂潤(rùn)滑的軸承座優(yōu)點(diǎn)主要有：
（1）拆裝簡(jiǎn)便。對(duì)裝配人員的工作技能要求不高。
（2）加工精度要求不高。上下軸承座的結(jié)合面表面粗糙度要求較低，整個(gè)軸承座除軸承接觸面，安裝面以及固定螺栓尺寸等要求外，其余加工尺寸均較寬松，且密封采用填料方式，可彌補(bǔ)加工尺寸的不足。
（3）制造成本較低。加工精度要求較少，加工復(fù)雜程度則較低，使整個(gè)加工工時(shí)較少，人工成本下降。當(dāng)臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)速提高，旋轉(zhuǎn)總成的dn值增加，常規(guī)使用的脂則無(wú)法達(dá)到潤(rùn)滑與降溫的要求。高轉(zhuǎn)速脂的價(jià)格較常規(guī)使用脂價(jià)格而言成幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，由于脂的損耗性，更換脂型號(hào)將導(dǎo)致配件成本的直線上升。
以上海市離心機(jī)械研究所有限公司LW530設(shè)備為例，長(zhǎng)期以來(lái)，應(yīng)用于眾多行業(yè)領(lǐng)域的使用轉(zhuǎn)速為2200r/min左右，主軸承d為180mm，dn值為396000；而為應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求，此次制造的LW530工作轉(zhuǎn)速要求達(dá)到3100r/min，dn值達(dá)到了594000。按機(jī)械手冊(cè)建議dn值超出400000，采用稀油潤(rùn)滑更為合理。因此，在不改變LW530整體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)主軸承的軸承座進(jìn)行結(jié)構(gòu)再設(shè)計(jì)，將是滿足設(shè)備旋轉(zhuǎn)速度的關(guān)鍵。
按機(jī)械手冊(cè)關(guān)于稀油潤(rùn)滑軸承座標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，兩主軸承座的寬度均需要再放大20mm，尤其是靠旋轉(zhuǎn)總成的兩個(gè)面，如此設(shè)計(jì)將增加旋轉(zhuǎn)總成的長(zhǎng)度，影響旋轉(zhuǎn)總成的剛度，整個(gè)設(shè)備的處理容積，旋轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率，結(jié)構(gòu)壁厚均要重新計(jì)算；同時(shí)需要將設(shè)備底架進(jìn)行放大，這無(wú)疑是重新設(shè)計(jì)一臺(tái)離心機(jī)，對(duì)于時(shí)間短，成本控制要求嚴(yán)格的該項(xiàng)目而言是不可行的。
綜上所述，在保證設(shè)備整體尺寸不變動(dòng)的情況下，在原有軸承座空間位置內(nèi)對(duì)軸承座及潤(rùn)滑方式進(jìn)行再調(diào)整才是保證設(shè)備滿足用戶(hù)需求的唯一可行方案。
3.2 雙油路設(shè)計(jì)與自除渣方法
稀油潤(rùn)滑軸承座需要解決如下問(wèn)題：首先是空間限制，需要確立一套合理的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及密封方式來(lái)確保不出現(xiàn)漏油問(wèn)題；其次是潤(rùn)滑充分，除需要考慮設(shè)備在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的潤(rùn)滑外，還需要確保在突發(fā)狀況下設(shè)備的潤(rùn)滑要求。
常規(guī)稀油潤(rùn)滑軸承座通常對(duì)噴射口的位置、軸承座尺寸、被潤(rùn)滑的軸承型號(hào)有著限制。在規(guī)定軸承型號(hào)的前提下，普通噴射口的位置基本采用的是對(duì)準(zhǔn)軸承滾子噴射，由于是90°直噴，油液反彈，飛濺明顯，如果沒(méi)有足夠空間及精確的密封配合尺寸，容易產(chǎn)生軸承座漏油的現(xiàn)象；采用型號(hào)軸承，噴淋口由軸承上方口流入軸承滾道，降低了反濺，但受該型號(hào)軸承轉(zhuǎn)速限制，無(wú)法滿足臥螺離心機(jī)的設(shè)計(jì)要求。
采用雙油路設(shè)計(jì)，常規(guī)潤(rùn)滑依靠滾子自身旋轉(zhuǎn)以及油液自流的方式達(dá)到與滾子接觸的目的，利用金屬軟管的可彎曲性以及位置形狀保持性，將兩根噴淋用油管分別架設(shè)到主軸承靠近軸承座上方的左右兩側(cè)，同時(shí)對(duì)軸承滾子進(jìn)行噴油，提高了油與滾子的接觸面積，使?jié)櫥行蕴嵘耐瑫r(shí)，也達(dá)到了加快帶走軸承熱量的目的；從軸承的兩端沿軸承的旋轉(zhuǎn)方向?qū)S承滾子進(jìn)行噴淋，由于與滾子接觸角度減小，接觸點(diǎn)由于是與軸承旋轉(zhuǎn)方向一致，反射得到了有效控制，接觸性相比垂直于軸承旋轉(zhuǎn)方向的接觸也更加的合理。
由于潤(rùn)滑采用的是系統(tǒng)供油，由于軸承座原有結(jié)構(gòu)的限制，軸承安裝與軸承座的軸承檔較高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中保證有部分油始終能浸沒(méi)軸承滾子，一旦系統(tǒng)故障失電，噴油停止，而軸承座內(nèi)部的潤(rùn)滑油由于重力作用回流進(jìn)油箱，高速旋轉(zhuǎn)的臥螺離心機(jī)停機(jī)時(shí)間在3min以上，沒(méi)有潤(rùn)滑的軸承在高速旋轉(zhuǎn)中由于發(fā)熱將直接導(dǎo)致燒毀。
為此，在軸承檔除增加半月環(huán)儲(chǔ)油，噴淋后的油將流入儲(chǔ)油環(huán)中，實(shí)現(xiàn)軸承底部的滾子始終浸沒(méi)在油中，保證了潤(rùn)滑，一旦發(fā)生短油問(wèn)題，則可確保設(shè)備在停機(jī)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中不燒毀軸承。
由于半月環(huán)中的油始終會(huì)有部分殘留，長(zhǎng)時(shí)間的選擇使油液中不可避免地含有雜質(zhì)，如果雜質(zhì)長(zhǎng)期殘留在油中，將對(duì)軸承造成嚴(yán)重后果；定期拆卸軸承座，依靠人工方式除去半月環(huán)中的雜質(zhì)，不但容易引起因經(jīng)常拆裝軸承座損壞結(jié)合面的問(wèn)題，而且會(huì)因?yàn)榍謇碛绊懺O(shè)備長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，降低生產(chǎn)效率。
采用一種除渣結(jié)構(gòu)，通過(guò)電氣設(shè)定自動(dòng)控制，可幫助處理雜質(zhì)殘留問(wèn)題。除渣結(jié)構(gòu)的工作原理是，在半月環(huán)下開(kāi)設(shè)放空孔，通過(guò)一根由軸承座外部斜拆而入的連桿將孔封住，通過(guò)軸承座外部彈簧的拉力使連桿始終處于關(guān)閉放空口的狀態(tài)，通過(guò)設(shè)定時(shí)間，觸動(dòng)電信號(hào)，當(dāng)需要放空油液時(shí)，提拉連桿即可達(dá)到排除雜質(zhì)的目的。
3.3 密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為防止飛濺油液的泄漏，考慮上下軸承座安裝的便利性，軸承座采用徑向密封的方式。由于設(shè)備高速旋轉(zhuǎn)，常規(guī)徑向密封無(wú)法完全阻止油沿著密封間的間隙滲漏出軸承座，因此將軸承座內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。
（1）增加靜態(tài)插片型檔液板，依靠螺栓與軸承座上蓋連接，使被反彈的油液在未達(dá)到軸承座壁前就較大限度地降低飛濺速度。
（2）部分未被擋液板攔截的油液仍會(huì)飛濺到軸承壁上，但數(shù)量大幅減少，此時(shí)的液體仍可沿密封間隙向外流出，但動(dòng)能基本消失，在密封結(jié)構(gòu)的外側(cè)去除旋轉(zhuǎn)環(huán)密封片，防止油液接觸旋轉(zhuǎn)環(huán)密封片飛出，采用空腔收集油液，在空腔下部開(kāi)設(shè)斜孔引導(dǎo)油液回流入軸承座內(nèi)。
（3）在重力作用下的油液會(huì)沿靜態(tài)插片落在旋轉(zhuǎn)軸上，部分油液會(huì)沿旋轉(zhuǎn)軸向軸承座兩側(cè)爬行，為盡可能多地阻擋油液向密封環(huán)靠攏，在旋轉(zhuǎn)軸上開(kāi)設(shè)螺旋線，在旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，兩端螺旋線的旋轉(zhuǎn)方向均指向軸承。
（4）在軸承座頂端開(kāi)設(shè)直徑23mm通氣孔，排出軸承座內(nèi)部空氣，減低軸承座內(nèi)部壓力。
通過(guò)上述方面的結(jié)構(gòu)調(diào)整，在測(cè)試平臺(tái)上模擬運(yùn)行，轉(zhuǎn)速為3300r/min，進(jìn)油流量為1.5L/min，測(cè)試時(shí)間為3h，軸承座底端的油液收集槽內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有明顯油液滲漏。
3.4 電氣溫度控制設(shè)計(jì)
為使?jié)櫥到y(tǒng)滿足設(shè)備運(yùn)行要求，針對(duì)軸承座內(nèi)軸承溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采用一種臥螺離心機(jī)的溫度控制方法來(lái)達(dá)到確保設(shè)備在高轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。
控制方法原理：控制器輸出初設(shè)給定值至潤(rùn)滑系統(tǒng)變頻器，使變頻器工作于初始工作頻率25Hz后起動(dòng)潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)，在泵送作用在潤(rùn)滑油量達(dá)到工作流量0.5L/min；隨后起動(dòng)臥螺離心機(jī)，進(jìn)料機(jī)構(gòu)及加藥機(jī)構(gòu)開(kāi)始進(jìn)料（混合物）；溫度繼電器將設(shè)于稀油潤(rùn)滑軸承座上的溫度傳感器實(shí)時(shí)反饋的溫度信號(hào)傳送至控制器中；控制器將實(shí)時(shí)反饋的溫度信號(hào)與控制器中預(yù)設(shè)的溫度值（T0、T1、T2和T3）進(jìn)行比較后，發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)至進(jìn)料、加藥量以及水冷機(jī)構(gòu)對(duì)軸承進(jìn)行降溫。
其中T0預(yù)設(shè)溫度值為60℃，T1預(yù)設(shè)溫度值為70℃，T2預(yù)設(shè)溫度值為80℃，T3預(yù)設(shè)溫度值為90℃，控制器接收到的實(shí)時(shí)反饋溫度信號(hào)為軸承溫度T。當(dāng)T≤T0時(shí)，控制器控制變頻器的轉(zhuǎn)速保持在25Hz，使得潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)的潤(rùn)滑油流量保持在0.5L/min；當(dāng)T0＜T≤T1時(shí)，控制器控制變頻器的頻率隨溫度的升高按線性比例增加，調(diào)整范圍在25～50Hz，增加進(jìn)油量，加快油液流動(dòng)帶走軸承熱量；當(dāng)T1＜T≤T2時(shí)，控制器控制變頻器的頻率保持在50Hz，同時(shí)控制器發(fā)出控制信號(hào)開(kāi)起臥螺離心機(jī)中的水冷機(jī)構(gòu)；當(dāng)T2＜T≤T3時(shí)，控制器控制變頻器的頻率保持在50Hz；保持水冷機(jī)構(gòu)處于開(kāi)啟狀態(tài)；控制器發(fā)出控制信號(hào)關(guān)閉進(jìn)料機(jī)構(gòu)及加藥機(jī)構(gòu)，臥螺離心機(jī)停止混合物處理；當(dāng)T3＜T時(shí)，控制器控制臥螺離心機(jī)停機(jī)并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
采用本發(fā)明的溫度控制方法可以時(shí)時(shí)把安裝在軸承座上溫度傳感器測(cè)試的溫度轉(zhuǎn)化成信號(hào)及時(shí)反饋給控制器，根據(jù)溫度的變化，控制器能夠及時(shí)地調(diào)整臥螺離心機(jī)的降溫方案，避免軸承因高溫而損壞。
4 設(shè)備實(shí)際應(yīng)用
在經(jīng)過(guò)6個(gè)月的針對(duì)LW530臥螺離心機(jī)的再設(shè)計(jì)及制造后，將16臺(tái)套設(shè)備準(zhǔn)時(shí)交付給了某城市多臺(tái)套聯(lián)動(dòng)印染污泥水處理項(xiàng)目，經(jīng)過(guò)3個(gè)月的設(shè)備安裝以及調(diào)試，實(shí)現(xiàn)分離印染污泥混合液過(guò)程中，達(dá)到進(jìn)料濃度3%～5%，設(shè)備轉(zhuǎn)速3100r/min，單機(jī)處理量45m3/h，出泥含固率20%，出液SS值小于700的效果。設(shè)備主軸承溫度及潤(rùn)滑系統(tǒng)工作參數(shù)如下：
序號(hào) | 轉(zhuǎn)速 | 差速 r/min | 進(jìn)料濃度 % | 進(jìn)料流量 m3/h | 加藥濃度 % | 加藥流量m3/h | 加藥量 kg/t | 出渣含固率 % | 分離液SS 10-4% | 左軸承溫度 ℃ | 右軸承溫度 ℃ |
1 | 2750 | 12.1 | 3.1 | 45.2 | 2 | 4.2 | 8.97 | 19.43 | 800 | 45 | 43 |
2 | 2750 | 9.2 | 3.1 | 38.9 | 2 | 4.2 | 9.06 | 20.15 | 750 | 47 | 43 |
3 | 3010 | 12.3 | 3.1 | 45.2 | 2 | 4.2 | 9.09 | 22.1 | 730 | 52 | 50 |
4 | 3010 | 9.1 | 3.1 | 39.8 | 2 | 4.2 | 9.09 | 19.01 | 730 | 50 | 48 |
5 | 3010 | 8.7 | 3.1 | 46.8 | 2 | 4.3 | 9.13 | 19.76 | 700 | 52 | 48 |
6 | 3100 | 12.1 | 3.1 | 51.2 | 2 | 3.5 | 7.63 | 16.21 | 600 | 50 | 50 |
7 | 3100 | 12.2 | 3.1 | 50.5 | 2 | 4.3 | 9.13 | 18.08 | 650 | 52 | 48 |
8 | 3100 | 9.3 | 3.1 | 52.1 | 2 | 4.4 | 9.49 | 19.37 | 630 | 52 | 48 |
由上表中看出，連續(xù)運(yùn)行的臥螺離心機(jī)主軸承的溫度始終保持在50℃左右，經(jīng)過(guò)振動(dòng)儀器以及離心機(jī)四面兩側(cè)的噪聲測(cè)試，均保持在86dB以下，且無(wú)異?，F(xiàn)象，說(shuō)明軸承座的使用達(dá)到了預(yù)期的效果。
5 結(jié)論
（1）采用稀油潤(rùn)滑軸承座，在不改變?cè)?span style="font-family: Arial;">LW530臥螺離心機(jī)整體結(jié)構(gòu)和尺寸下，達(dá)到了設(shè)備設(shè)計(jì)要求的工作轉(zhuǎn)速3100r/min。
（2）通過(guò)增加靜態(tài)檔液板，預(yù)留軸承座外檔密封環(huán)，旋轉(zhuǎn)軸開(kāi)設(shè)推油螺旋線，增設(shè)密封環(huán)回油斜孔的方式，解決了因空間局限而可能出現(xiàn)油液泄漏的問(wèn)題，使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境保持清潔。
（3）采用軸承兩側(cè)依靠金屬軟管沿軸承旋轉(zhuǎn)方向供油潤(rùn)滑的形式增加接觸面積，加快散熱的同時(shí)，考慮極端條件下斷油軸承保護(hù)，增加浸潤(rùn)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還加裝除渣裝置以及軸承溫度控制方式，有效降低了軸承過(guò)熱燒毀的可能性。雙油路自除渣潤(rùn)滑軸承座的使用，使設(shè)備轉(zhuǎn)速得到了明顯提升，為設(shè)備深化應(yīng)用領(lǐng)域提供了必要的技術(shù)保障。
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