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螺杆压缩机轴承选型方法

                       螺杆压缩机轴承选型方法【斯格耐特公司官网】

   双螺杆式压缩机因其优越的性能,在工业领域中有越来越广泛的应用,比如像空气压缩机、制冷压缩机、工艺压缩机等等,都可以看到双螺杆压缩机的应用。在某些特殊的场合中,甚至取代了一些传统压缩机的应用,最突出的当数在制冷行业,已占据了大容量往复式压缩机的使用范围,而且不断向中等容量范围延伸。

   在双螺杆压缩机的诸多优良特性中,高可靠性无疑是最为突出的一个特点。这是因为它零部件少,没有易损件,从而运转可靠,寿命长,大修间隔期可达4~8万小时。在双螺杆压缩机的各种零部件中,轴承是实现这一性能的关键零部件之一,它影响到压缩机的使用效率,运转速度,制约了压缩机可实现的压力大小,可完成的工作时间。下面将通过对螺杆压缩机轴承选型的方法,对这一过程进行具体分析。

   轴承的类型有很多,常见有深沟球轴承、角接触轴承、四点接触球轴承、圆柱小滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承等等,这些轴承在螺杆式压缩机中都有应用。每个生产厂家根据自己的螺杆压缩机设计参数会进行相应的选择。虽然每个厂家的偏爱不同,但是总的来说有些规律可以遵循。

   首先,考虑运行条件、要求的性能、轴和轴承座的尺寸范围、周边结构的特点,进行初步选择。比如说,工作的速度和最大的运行速度较高时,就会限制到像圆锥滚子轴承的使用;如果轴和轴承座之间预留的空间尺寸较小且不承受轴向载荷时,滚针轴承可以作为很好的考虑对象。

   接着,根据空压机需要达到的工作寿命和它的动、静载荷的大小,可以确定具体的轴承尺寸和布置形式。像轴向载荷比较大的工况,可以采用若干角接触轴承串联的形式来分担轴向力;若轴向   较小,可以用四点球或圆柱滚子轴承来直接承受。

   当压缩机有运转精度的要求或旋转稳定性的要求时应考虑轴承的精度和游隙。当然,轴承的游隙值影响的不仅仅是运行精度,也会影响到轴承的寿命。有时候,压缩机运行工作温度的不同,或是其介质的不同,甚至是速度图谱的不同,都会影响到轴承保持架的材料和结构的选择,以及轴承套圈的材料和加工方式的选择。最后,还要关注到轴承的润滑方式和密封的结构以及材料上是否能满足实际工况的要求。

   这些是在轴承选型过程中需要被关注到的地方。轴承的寿命能否满足客户的要求是核心内容。常见的轴承寿命计算方法为:

轴承寿命计算方法

其中L10L10h的含义为基本额定寿命,前者的单位为百万转,后者的单位为小时;
C为基本额定动载荷,单位为N
P为向心和推力轴承的当量动载荷
P为寿命指数,滚子轴承:p=10/3;
n为运转速度

   但是随着现代技术的发展,对轴承寿命的研究已经超越了此方法。最先进的贴近轴承实际应用的轴承寿命计算方法为扩展的修正额定寿命,其基本公式为:

轴承寿命计算基本公式
Lnm为推展的修正额定寿命
a1为寿命修正系数可靠性不是90%时的各系数
aISO为考虑工况的寿命修正系数
aISO集中了现代轴承研究的许多方面,如轴承载荷、润滑条件、材料疲劳极限、轴承类型、材料的残余应力、环境条件、润滑剂中的污染状况等因素。以函数形式来表示就是:
轴承寿命计算的函数形式
ec为考虑污染的寿命修正系数
eu为疲劳极限载荷
P为轴承当量动载荷
K为粘度比

   此公式的力学模型,是把轴承的滚动体沿轴向方向分成若干微单元体,对每个微单元体考虑其应力值。因为会把轴承内外圈的不对中,轴承的游隙引起的变化也考虑在内,因此每个微单元体上的应力值都不同,更接近实际的应力分布。舍弗勒公司的Bearinx软件可以精确的模拟此过程,并进行计算。

   用不同的轴承寿命计算方法,得到的轴承寿命值会有很大的区别。比如对下图模型中阳转子的吸气端圆柱滚子轴承NU208-E-M1A-P63进行不同的轴承寿命计算比较,可以看到有很大的差异性。

   用基本额定寿命计算时,轴承的内部游隙值对结果没有任何影响,但是用扩展的修正额寿命的计算方法,在轴承原始内部游隙为CN时,轴承的寿命为46000小时,当轴承原始内部游隙为C3时,轴承的寿命为33000小时。另外,对螺杆空压机来说,轴承的游隙对螺杆的挠度也有一定的影响,会影响到两个螺杆间的啮合情况。

阳转子的吸气端圆柱滚子轴承
阳转子的吸气端圆柱滚子轴承


     如果我们更改轴承润滑系统的过滤精度,得到的轴承寿命计算结果也不相同,比如,润滑系统的精度选用B25=75时,计算出的此轴承寿命为46000小时;用B12=200的过滤精度时,算出的轴承寿命为170000小时。

   上面的两个分析过程,在舍弗勒公司的轴承计算软件Bearinx中可以清晰的显示。这对轴承的选型会有直接的影响,避免选用过大的轴承,帮助客户选择合适的润滑系统,从而降低成本,实现更好的经济效益。

   轴承产品的更新换代,会在保持原轴承基本外形尺寸不变的情况下,承载能力有大幅提高。以本例中的NU208-E-M1A轴承的数据进行对比,有下述表格:

轴承型号额定动载荷(KN)
NU208-E(舍弗勒原产品)53
NU208-E(舍弗勒X-Life产品)63
NU208-E(知名竞争对手)55

   这将影响到轴承的选型,用尺寸小一号的X-Life产品就可以满足工况的要求,从而降低了周边部件的制造成本。

   综上所述,在进行螺杆空压机轴承选型时,要考虑很多因素,特别是轴承寿命计算方法的革新和轴承产品的更新换代都是特别需要关注的地方,需要压缩机生产厂家和轴承公司的密切配合来共同完成。

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