中高速纸机烘缸轴承装置的设计

中高速纸机烘缸轴承装置的设计摘要：介绍在18306250mm烘缸轴承装置设计中采用的新技术，如锥颈轴、CARB轴承隔热套、稀油润滑，同时探讨了降低轴承温度的原理。推荐选用CARB轴承可在轴承的内部，内圈相对轴承外圈的滑动解决烘缸的热伸长，预防周急剧膨胀温度剧烈升高。传动侧的有效的隔热套隔热，减少由传导引起的温度升高。关键词：轴向位移；CARB圆环滚子轴承；隔热套目前纸机正朝着高速、宽幅方向发展。国内已经可以制造幅宽5650mm、设计车速800m/min的纸机。在18306250mm、设计压力0.8MPa的烘缸轴承装置中，采用那些新措施能够避免热膨胀的影响，降低轴承运行的温度，延长轴承工作寿命，结合引进的资料，先作以探讨。1 锥颈轴锥颈轴即推卸套与轴颈连成一体，锥度轴承直接安装其上。这可以减少轴颈、推卸套、轴承座加工形状在同轴度的误差叠加，提高运行精度。2 选用CARB轴承由于热膨胀的影响，轴承配置必须为其留出自由移动量。纸机一般采用传动侧轴承轴向固定（包含轴承配置为齿轮安装于齿轮箱内的形式），操作侧轴承配置必须是轴向自由移动的形式。常采用球面辊子轴承。操作侧轴承与传动侧轴承相同。如23144CC/W33C4，其轴向位移是靠轴承外圈在轴承座内圈上的位移滑动、几乎是整个轴承移动来实现的，如图1箭头所示。我们选用传动侧23144CCK/W33轴承，轴向方向位置固定，操作侧C3144KC4新型的CARB轴承（ 字母符号代表CCARB，K1：12，W33轴承外圈又油槽及3个油孔，C4间隙大于C3，大于普通级）。依靠CARB轴承自身轴承外圈与轴承内圈的相对位移来实现，如图2箭头所示。2.1 烘缸的轴向热膨胀量的计算L=L（t2-t1）=0.00001057000（175-10）=12.5（mm）烘缸材料的线膨胀系数，对于灰铸铁取0.0000105L两轴承间距离，mmt1车间最低温度，取t1=10t2烘缸最高工作压力下的温度，取t2=176，P=0.8MPa其伸长量较大，图中S值必须大于伸长量23mm2.2 CARB轴承CARB轴承是SKF公司推出的专为加热辊筒设计的一种全新型的径向滚子轴承，如图2所示。其R值大部分成直线，内圈的外滚道为凹弧面，辊子长而稍具弧面，且对称于轴承中心。优良的滚道与轮廓的配合是轴承负荷能均匀分布，并降低了运行时的摩擦，室内外圈能相互进行轴向位移。精确地设定径向游隙，可自动到位。因而具有球面滚子轴承的自动调心能力，和圆柱滚子轴承的轴向位移特性。它还拥有滚针轴承的紧凑截面。无论内圈是否相对外圈有轴向位移和成不对中情况，都能使负荷平均作用在整个滚子的位置上，在有角度误差或轴向位移的情况下，能可靠的运行，且工作寿命长，允许轴向位移在内部进行。其整体性能大为优越，见表1。近几年的进口纸机多采用该类型的轴承。表一 轴承性能比较轴承型号内经mm外径mm宽度mm额定静负荷可kN额定动负荷kN疲劳负荷极限kN额定转速r/min重量KgC3144Kc42203701201900290024519005123144CCK/W33C4220370120158027502321200562.3 轴承的轴向位移量23144CCK/W33C3轴向位移仅2.3mm，轴承C3144KC4轴向位移22.3mm，由角度误差造成的允许轴向位移的减少量为6.84mm，由于游隙的减少得出的允许轴向位移的减少量为11.19mm（计算过程省略）。从以上两个值中较少的一个6.84mm相减，实际位移量为15.46mm，可满足要求。2.4 轴的伸长过程图一所示中，开始伸长在轴承内部进行，当热力大于由重量产生的摩擦力时，外圈相对轴承座开始滑动，产生抖动，然后静止，再重复，开机停机时，再重复。抖动时，轴承温度会骤然升高。图1（右）所示为前几年进口纸机多采用的结构，在轴承外圈的下方的轴承座中采用两个铜制的半扇形滑块，滑块的尖端与轴承外圈相接触，滑块的半圆形的弧形随轴的伸长在轴承座的铜条平面上转动，仔细观察其痕迹，发现总有2-3条抖动的印记，可以验证该过程。因此该结构便于检查，提前维修。图2所示为CARB轴承，轴承内圈与滚子间的摩擦系数小，因而需要克服的摩擦力也小，在轴向几乎可以自由移动，允许轴向位移在轴承内部进行，且考虑到了角度误差的影响这样也可防止轴承外圈热膨胀使外圈与轴承座配合间隙过小。普通轴承外圈轴向移动发生困难，在烘缸轴向力的作用下，轴承座温度会产生骤然升高的现象。2.5 轴承的径向游隙通常在启动时游隙会不够，而正常工作又嫌太大。一般取C3或C4即可，通常取C3。高速纸机配有全密闭气罩，在北方安装，冬天室温达-10以下，温差较大，虽采用CARB轴承，但为第一次选用，取C4。径向游隙克服径向膨胀，也影响轴承的温度。3144CCK/W33C4，游隙在0.32-0.41之间，安装后允许的剩余游隙0.18mm。C3144CK的CARB轴承游隙在0.363-0.46mm之间，安装后允许的剩余游隙0.23mm，可现场调节。2.6 轴承座内径尺寸公差通常选用H7或G7，考虑到采用CARB轴承，我们采用G7。3 烘缸轴径的隔热3.1 轴径隔热的分类烘缸正常工作时，内部通有130到200之间的饱和蒸汽，通过热传导，能量通过烘缸壁传导到纸中的同时，通过轴径传到轴承上轴承便有温度。尤其是在进汽传动侧启动时，通入的有时甚至为过热蒸汽，轴承温度更高。能否采取局部办法将其隔开，减少其热量直接传到与轴承呢？便有了隔热套的产生。隔热套主要有隔热套隔热、端面隔热、隔热套与端面同隔热，如图三所示。在启动阶段，温度是逐渐快速递增的过程，在工作时相对稳定，轴径的温度高于内圈，轴承的外圈与内圈及轴径的温度有一定的差别。常说的轴承温度指以横截面的平均温度，作为典型的轴径温度。用红外线测温计测量的温度为轴承外圈温度。3.2 隔热套隔热即把蒸汽用钢管输送，与轴径用空气隔开。空气比热较小，导热系数低，比钢小0.005以上。热量是通过辐射和对流散逸的，相对来说不受间隙厚度的影响，一般5mm后的间隔就合适。而且当其达到一定的热量，变为蒸汽向上蒸发，与新鲜的空气自动流通。其结构为隔热套一端固定于烘缸盖内侧，而另一端密封区需要严轴向位移。这是由于隔热套与轴径的材质不同、热胀冷缩系数不同引起的。（当然两者的温度差别也很大杨凤昆加注）图4所示为隔热套。3.3 端面隔热即采用具有良好的隔热性能的抗蒸汽的热阻材料，将端面与蒸汽隔开，一般5mm的垫片合适，PTFE既是一种较合适的材料。其结构为5mm后的中空的圆柱形的大垫片。隔热区有一个机加工通气孔，将隔热空带与周围空气相连，以便泄漏时有所警觉，泄漏后将丝丝作响的通气孔赌死，等待下次维修。国外有的公司直接在隔热区通有8个孔，保证空气与大气相通，隔热效果好，但运行时若泄漏，堵死通气孔较难。也有直接强制通风的，结构复杂，成本较大。常采用仅一个通气孔。3.4 效果比较查文献图表知，转速为130rpm，油流量为2L/min，启动阶段使用180的热蒸汽，连续工作时用130的饱和蒸汽，在启动后15min内，轴承内圈的温度为109，外圈的温度为57；连续工作时，内圈的温度为107，外圈的温度为86。选用轴径隔热套隔热后，自启动后15min内，轴承内圈的温度为77，外圈的温度为55；连续工作时，内圈的温度为83，外圈的温度为74。即内圈降温约24，效果极其明显。隔热套与端面隔热即完全隔热，自启动后15min内，轴承内圈的温度为70，外圈的温度为54；连续工作时，内圈的温度为77，外圈的温度为72。内圈温度又降低了5。图3为较好的一种设计，断面与缸体为凸形结构。采用膨胀石墨材料加弹簧的结构，当材料易损后可借用轴向弹簧之力做适当的调整。我们采用隔热套与断面同时隔热，去掉弹簧，仅将套加长，超过端面垫片3mm，让其自由伸长仍密封的简易结构。即使隔热失效，其效果和非隔热一样使用。隔热套对低速润滑脂的纸机也有一定的效果。轴孔和端面同时隔热，使轴径和轴承在外圈的温度接近一致，在轴承以外的范围内获得一个较均匀的分布，使轴承温度最低，改善了润滑条件。4 稀油润滑在烘缸部普遍采用集中循环油润滑。润滑量取Q=2-3L/min为好，流量在3L/min以上，在增加流量降温的效果就不明显了。目前，常用润滑油有ISO VG150和ISO VG220两种，我们推荐用ISO VG220润滑油。当然，润滑很重要，良好的润滑可使轴承温度再降5。其主要作带走油轴承循环产生的磨擦热量。至此，轴承正常工作时，内圈的温度约为72，外圈的温度约为67。综上所述，操作侧CARB轴承可在轴承的内部、内圈相对轴承外圈的滑动解决烘缸的热伸长，预防轴急剧膨胀温度剧升。传动侧的有效的隔热套隔热，减少由传导引起的温