風(fēng)電增速軸承波紋度控制方法\離心壓縮機(jī)干氣密封原理與故障分析

風(fēng)電增速齒輪箱軸承套圈滾道波紋度的控制方法

風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展，對風(fēng)電增速齒輪箱軸承的使用壽命及精度要求不斷提高，公差等級由P0提高到P4或P5，對軸承零件的精度要求也隨之提高。要提高軸承精度，需提高套圈滾道和滾子的波紋度，進(jìn)而保證軸承的質(zhì)量，以滿足客戶的需求。因此，主要討論在套圈滾道終磨、酸洗、超精過程中控制滾道波紋度的方法。

1、滾道終磨工序波紋度的控制

1.1 砂輪的控制

在磨削加工過程中，砂輪本身的好壞直接影響滾道波紋度。砂輪內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度的一致性保證了在磨削過程中砂輪表面不會因磨粒脫落不均形成波紋。一般選用磨料為白剛玉，結(jié)合劑為陶瓷結(jié)合劑的砂輪。

砂輪不平衡對機(jī)床造成強(qiáng)迫振動，會使?jié)L道產(chǎn)生波紋度。因此，砂輪的安裝非常重要，安裝前要對砂輪做靜平衡，安裝后要做動平衡。相同加工條件下選用不同粒度的3種砂輪進(jìn)行驗證，結(jié)果見表1。綜合加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率后選用WA80JV砂輪。

表1 3種砂輪的加工效果

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1.2 加工參數(shù)的控制

磨削加工過程中，砂輪的轉(zhuǎn)速與工件主軸的轉(zhuǎn)速比(砂輪轉(zhuǎn)速/工件轉(zhuǎn)速)影響滾道波紋度。轉(zhuǎn)速比過低會造成滾道波紋度低波段值超差，轉(zhuǎn)速比過高會造成滾道波紋度高波段值超差，經(jīng)試驗驗證轉(zhuǎn)速比應(yīng)為40~80。

磨削加工過程中，磨削進(jìn)給量增大，會在砂輪表面與工件之間形成大的磨削抗力，產(chǎn)生振動，使工件表面波紋度變差，因此，要選擇合適的磨削進(jìn)給量。

砂輪的修整速度和深度以及砂輪的修整頻次也會影響滾道波紋度，砂輪的修整速度過快，深度過深，頻次過低，會導(dǎo)致砂輪表面形狀不好，影響滾道波紋度。

以內(nèi)徑160 mm圓錐滾子軸承內(nèi)圈為例,其合理的滾道終磨工序加工參數(shù)見表2。

表2 φ160mm圓錐滾子軸承內(nèi)圈滾道終磨工序加工參數(shù)

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2、滾道酸洗工序的控制

套圈在終磨加工結(jié)束后，要對滾道進(jìn)行酸洗檢驗燒傷，傳統(tǒng)的酸洗方法采用高濃度的硝酸，并使用鹽酸進(jìn)行明化。高濃度的硝酸與滾道表面發(fā)生反應(yīng)，會破壞滾道表面精度，從而影響波紋度檢測。對酸洗工藝進(jìn)行改進(jìn)，采用6~10 g/L的低濃度硝酸，并去掉明化工序，能夠有效改善滾道波紋度，并且不影響后工序的加工。

3、滾道超精工序波紋度的控制

3.1 油石厚度

超精過程分為粗超和精超，粗超采用厚度為20 mm的油石去除滾道表面的大波峰，精超采用厚度為8 mm的油石去除粗超造成的小波峰，以達(dá)到改善滾道波紋度的目的。

3.2 油石壓力

因高壓力會在滾道表面與油石接觸面間形成抗力，造成滾道波紋度不好。為有效改善滾道表面波紋度，將油石壓力控制在300 N以內(nèi)。以內(nèi)徑160mm圓錐滾子軸承內(nèi)圈為例，其合理的滾道超精工序加工參數(shù)見表3。

表3 φ160 mm圓錐滾子軸承內(nèi)圈滾道超精工序加工參數(shù)

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經(jīng)滾道終磨、酸洗、超精工序的控制，波紋度超差個數(shù)與總個數(shù)(499個)的百分比見表4，波紋度超差的比例明顯減小。新的波紋度控制方法已經(jīng)在風(fēng)電增速齒輪箱軸承加工過程中使用，對控制滾道波紋度效果顯著，產(chǎn)品的加工效率提高。

表4 檢測結(jié)果對比

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(運(yùn)轉(zhuǎn)世界大國龍騰 龍出東方 騰達(dá)天下 龍騰三類調(diào)心滾子軸承 劉興邦CA CC E MB MA)

離心壓縮機(jī)干氣密封原理與典型故障分析

前言

近年來，隨著人們安全、環(huán)保意識的提高，對石油化工及煤化工等能源行業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行提出了更高的要求。據(jù)不完全統(tǒng)計，在煉油化工、煤化工、制藥等行業(yè)的生產(chǎn)裝置中，因旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸封泄漏引起的安全、環(huán)保事故占了非常大的比例，嚴(yán)重影響生產(chǎn)裝置長周期、穩(wěn)定、安全生產(chǎn)運(yùn)行。因此，解決旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸封泄漏問題，特別是大型機(jī)組軸封向?qū)崿F(xiàn)無泄漏、無污染、長壽命及運(yùn)維費(fèi)用低發(fā)展，已成為業(yè)內(nèi)重要的共識和急需解決的問題。

隨著20世紀(jì)60年代末氣體潤滑軸承技術(shù)的發(fā)展，一種新型的、可靠的、軸封技術(shù)——干氣密封應(yīng)運(yùn)而生，它是一種氣膜潤滑的流體動、靜壓結(jié)合型非接觸式機(jī)械密封，具有無介質(zhì)泄漏、安全可靠、使用壽命長、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，在石油化工、煤化工等工業(yè)行業(yè)的離心壓縮機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備上得到廣泛的應(yīng)用。

然而在生產(chǎn)運(yùn)行中，因干氣密封控制系統(tǒng)的設(shè)計、選型及運(yùn)行使用不到位，引起的干氣密封泄漏、失效等故障屢見不鮮。因此依據(jù)生產(chǎn)裝置的工藝操作工況及機(jī)組的運(yùn)行情況，設(shè)計出一套可靠、合適的干氣密封控制系統(tǒng)，對確保機(jī)組的長周期、穩(wěn)定、安全生產(chǎn)運(yùn)行起著舉足輕重的作用。

1、干氣密封基本結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 干氣密封基本結(jié)構(gòu)

干氣密封是一種氣膜潤滑的流體動、靜壓結(jié)合型非接觸式機(jī)械密封。如圖1-1所示，包含有靜環(huán)、動環(huán)組件(動環(huán))、副密封O形圈、靜密封、彈簧和彈簧座(腔體)等零部件。干氣密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)為在密封端面上開設(shè)動壓淺槽,其轉(zhuǎn)動形成的氣膜厚和流槽槽深均屬微米級,并采用潤滑槽、徑向密封壩和周向密封堰組成密封和承載部分?？梢哉f是開面密封和開槽軸承的結(jié)合。

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干氣密封動壓槽有單旋向和雙旋向,一般單旋向為螺旋槽，雙旋向常見有T型槽、樅樹槽和U型槽。如圖1-2所示，單旋向螺旋槽干氣密封不能反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)則產(chǎn)生負(fù)氣膜反力，導(dǎo)致密封端面壓緊，致密封損壞失效。而雙旋向樅樹槽則無旋向要求，正反轉(zhuǎn)都可以。單向槽相對于雙向槽，具有較大的流體動壓能，產(chǎn)生更大的氣膜反力和氣膜剛度，產(chǎn)生更好的穩(wěn)定性。

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1.2 干氣密封工作原理

如圖1-3，對于螺旋槽干氣密封，其工作原理是靠流體靜壓力、彈簧力與流體動壓力之間的平衡。當(dāng)密封氣體注入密封裝置時，使動、靜環(huán)受到流體靜壓力的作用。而流體的動壓力只是在轉(zhuǎn)動時才產(chǎn)生。如圖1-2所示，當(dāng)動環(huán)隨軸轉(zhuǎn)動時，螺旋槽里的氣體被剪切從外緣流向中心，產(chǎn)生動壓力，而密封堰對氣體的流出有抑制作用，使得氣體流動受阻，氣體壓力升高，這一升高的壓力將撓性安裝的靜環(huán)與配對動環(huán)分開，當(dāng)氣體壓力與彈簧力恢復(fù)平衡后，維持一最小間隙，形成氣膜，膜厚一般為3-5μm，使旋轉(zhuǎn)環(huán)和靜止環(huán)脫離接觸，從而端面幾乎無磨損，同時密封工藝氣體。

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1.3干氣密封的類型

干氣密封基本結(jié)構(gòu)類型有單端面密封、串聯(lián)式密封、帶中間迷宮串聯(lián)式密封和雙端面密封。

（1）單端面密封

適用于沒有危害、允使微量的工藝氣泄漏到大氣的工況。如N2壓縮機(jī)、CO2壓縮機(jī)、空氣壓縮機(jī)等。

（2）串聯(lián)式密封

適用于允許少量工藝氣泄漏到大氣的工況。一般采用兩級串聯(lián)布置方式，一級為主密封，二級為備用密封。正常工況下，全部或大部分負(fù)荷由主密封承擔(dān)，而二級備用密封不承受或承受小部分的負(fù)荷和壓力降。泄漏的主密封工藝氣被引入火炬系統(tǒng)燃燒，泄漏的極少量的工藝氣通過二級密封由二級放空引入安全地帶排放。當(dāng)主密封失效時，二級備用密封起到輔助安全密封的作用，確保工藝氣不大量外漏。

（3）帶中間迷宮的串聯(lián)式密封

它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為在串聯(lián)式密封的兩級之間加入迷宮密封結(jié)構(gòu)。其中一級主密封氣為工藝氣，中壓N2為開停機(jī)輔助氣；二級密封和中間迷宮間、隔離氣都使用氮?dú)?。?dāng)一級主密封失效時，二級密封起到輔助安全阻封和密封作用。適用于易燃、易爆、危險性大、不允許泄漏到大氣中、也不允許阻封氣進(jìn)入到機(jī)內(nèi)的工況。如氫氣壓縮機(jī)、CO壓縮機(jī)、乙烯、丙烯壓縮機(jī)等。

（4）雙端面密封

雙端面密封適用于沒有火炬條件,不允使工藝氣泄漏到大氣中，但允使阻封氣進(jìn)入機(jī)內(nèi)的工況。其結(jié)構(gòu)布置相當(dāng)于面對面布置兩套單端面密封,有時兩個密封共用一個動環(huán)。一般采用氮?dú)庾鳛樽枞麣怏w，控制阻密封氣（N2）的壓力始終維持在比工?氣體壓力高于0.2～0.3MPa 。