摘　要：本文介紹了氣流分級機的工作原理及其在裂化劑制備過程中的應用。針對設備投用后存在振動大，軸承使用壽命短的問題，提出了改進措施。采用軸承箱上部軸承壓蓋開注油孔，下部壓蓋密封改雙向密封，并改進軸承選型的方法，從根本上解決了分級機使用周期短的問題。并對改進后的軸承可行性進行了詳細分析。經改進后，達到了預期效果，為生產正常進行創造了條件，同時為同類設備的設計提供了技術依據。
　　關鍵詞：氣流分級機；裂化劑；振動；軸承
　　1、前言
　　2009年，北京石油大學流固分離研究室與中石化催化劑長嶺分公司共同研究開發了LHC-F3型離心轉鼓式分級機，應用于裂化劑生產中。該機占地面積小，適合連續化的大生產。具有分級粒度范圍廣，處理量大，切割粒度高，分級效率高，調節靈活，易操作等優點。
　　設備投用后，運行三個月左右，就出現軸承振動大、響聲異常的現象，必須停工檢修，嚴重影響裝置產能。檢修過程中對故障軸承檢查發現，軸承壓蓋內潤滑脂硬化失效，并含有催化劑粉塵，滾道磨損，軸承游隙變大是軸承振動的主要原因。本文詳細介紹了分級機改進措施。 　　2、設備簡介
　　2.1工作原理
　　氣體由主分口和二次分口進入分級機內，在分級機內形成旋轉氣流，沿筒體穩定上升。在分級機筒體與分級輪之間的空間內形成穩定的，均勻的離心力場。欲處理的物料借助重力滑入分級機內，氣體在上升過程中與物料充分接觸，在此離心力場的作用下，被充分的撒開。原料中的粗顆粒由于受到的離心力大于氣體對顆粒的拽力，而被分離到器壁處，沿器壁滑落而下，粗顆粒從粗粉出口排除。
　　原料中的細顆粒由于受到的離心力小于氣體拽力，而隨氣流上升被帶入分級輪附近的空間區域內，并受到徑向穿透分級輪氣流向心力的攜帶作用，穿過葉片間隙進入分級輪內，在分級輪形成的離心力場及葉片碰撞作用下，將粗顆粒分離到器壁上，粗顆粒落入粗粉內。細顆粒隨氣流進入細粉尾氣管道，經旋風分離器后，回收利用，尾氣在引風機作用下經排氣管排放。
　　2.2主要技術參數
　　分級機：
　　型號：LHC-F1400；
　　輸送介質：催化劑顆粒；
　　材質：18-8；
　　電動機：
　　型號：KT132M-4；
　　功率：7.5 KW；
　　轉速：1440 r/min；
　　皮帶速比：1：1；
　　3、存在的問題及原因分析
　　3.1軸承箱設計不合理
　　3.1.1密封設計不合理
　　分級機原設計采用的是單面普通毛氈密封，在檢修過程中發現下部軸承內混有催化劑顆粒。實際生產過程中，分級機內部溫度在100°C左右，普通毛氈密封在長期高溫環境下失效快，密封效果降低，導致催化劑顆粒進入軸承內，同時會造成潤滑脂流失。
　　3.1.2軸承位置沒有注油孔
　　原設計軸承箱立式安裝，軸承采用鋰基脂潤滑。由于軸承箱軸承部位沒有注油孔，因此只能每次檢修時只能在軸承內內注滿油脂。潤滑脂在高溫下粘度降低，流動性增大，且在下軸承壓蓋密封失效時，潤滑脂流失，上部軸承將會長期處于潤滑不良，甚至無潤滑狀態，導致軸承損壞。
　　3.2軸承選型不合理
　　分級機原設計軸承采用兩個角接觸軸承，型號為7314B，接觸角40°，面對面安裝，同時承擔軸向力和徑向力。角接觸軸承能同時承受徑向載荷與軸向載荷，接觸角a有15°、25°、40°三種，接觸角越大，其承擔軸向載荷越大。該類軸承適用于轉速較高、 同時承受徑向和軸向載荷的場合，安裝精度要求高。
　　在生產中，下端軸承所處環境溫度在100°C左右，裝配時雖然考慮了熱膨脹系數，但很難精確。若游隙偏大，會產生振動，若游隙偏小，軸承會在短時間內燒壞，將軸抱死。
　　根據分級機受力分析，運轉過程中只產生朝下的軸向力，不會出現雙向軸向力，采用角接觸軸承成對（面對面）安裝是沒有必要的，單個角接觸軸承完全可以解決軸向力問題，因此上部軸承使用角接觸軸承7314B是沒有必要的。
　　4、改進方法
　　4.1軸承箱改造
　　4.1.1改單向密封為雙向密封
　　重新加工軸承壓蓋，將下部密封改為雙向密封。上層采用氟橡膠骨架油封（耐高溫），防止潤滑脂流失；下層采用耐高溫毛氈密封，防止分子篩顆粒進入軸承箱。
　　4.1.2上部軸承壓蓋的改造
　　將軸承壓蓋部件進行改造，具體方法如下：
　　（1）在原有壓蓋的基礎上，開注油孔，大小尺寸為M10。
　　（2）為使軸承外側儲油量增大，故將原有的毛氈油封去掉。并在軸與端蓋的縫隙處增加一聚四氟密封圈，防止灰塵或雜物進入軸承內部。
　　（3）將原有的安裝毛氈密封位置的深度用車削方法進行加深。 　　對上部軸承壓蓋改造，安裝油杯，定期對上部軸承補充潤滑油。同時，軸承選用兩邊帶防塵蓋的軸承，翹掉上部防塵蓋，保留下部防塵蓋，來減緩潤滑油流失。同時采用長城7014耐高溫油脂替代原鋰基脂。
　　通過對分級機受力分析，決定將上部軸承角接觸軸承7314B改為深溝球軸承6314，讓其主要承擔分級機運轉過程中產生的徑向力，并且起徑向固定的作用，下部軸承繼續使用7314B軸承承擔軸向力和一部分徑向力（注意安裝方向外圈窄邊朝上）。深溝球軸承允許的角偏差較大，能有效避免因軸承游隙過大或過小造成的軸承早起失效，同時安裝精度要求低。 　　4.2.1軸承受力分析
　　由于分級輪在罐內中心安裝，且粉體物料撞擊分級輪的概率相等，分級輪對催化劑顆粒作用的反作用力相等，因此可以認為分級輪運轉過程中產生徑向力合力為零。同理皮帶輪運轉產生的徑向力等于零，皮帶輪只受到皮帶拉力F3。考慮到極端情況，軸向力完全由下部軸承7314B承擔，徑向力全由上部軸承6314承擔。
　　4.2.2軸承應用分析
　　分級機軸承改造取得的成功，可根據軸承的額定壽命進行分析，從有關資料查出的壽命計算公式為：
　　C=（fh/fn）P 　（1）
　　式中　fh為壽命系數；fn為轉速系數；P為當量動載荷，Pa。
　　fh、fh值可根據軸承的使用壽命及轉速，由軸承手冊中查得。從實際情況出發，分級機每年平均運行8000h（除去停工檢修時間，平均每臺分級機每年運行11個月），每次大修期都需更換軸承，取保守值5年更換一次，即軸承所期望的L為40000h，查軸承手冊調心滾子軸承22232的fh為3.72；軸承的轉速為1440r/min ，查得fn為0.322。
　　而當量動載荷P則需通過計算得出，其公式為：
　　P=X FR+Y FA　（2） 
　　式中X為徑向系數；Y為軸向系數；FR為徑向載荷，Pa ；FA為軸向載荷，Pa。
　　計算軸承當量動載荷
　　NU軸承只承受徑向載荷，且承受恒定力矩載荷
　　Pr=Fr　（3）
　　考慮軸承運轉中受到中等力矩載荷，當量動載荷Pm
　　Pm=fmPr，查軸承手冊fm=2
　　徑向載荷F可通過分級機軸系靜力平衡計算得出，分級機軸靜力見圖2。
　　徑向軸承6314承受的徑向載荷Fr
　　Fr=F2
　　則，軸承當量動載荷Pm=2*F2
　　F2=1000 p/v　v：帶輪圓周速度
　　p=7.5 Kw；v=nd；d= 0.2m；n=1440 r/min
　　v=nd=0.2*1440/60=4.8 m/s
　　F2=1000*7.5/4.8=1562.5 N
　　軸承當量動載荷Pm=2*F2=3125 N
　　計算軸承壽命
　　通過將上述計算所得數據代入式（1），求出軸承的額定動載荷值，再與該軸承的基本額定動載荷值比較，基本額定動載荷值應大于或等于額定動載荷值，即可滿足使用要求。
　　額定動載荷C=（fh/fn）P ，前面已得知fh為3.72、 fn為0.322。數據代入公式，得C=36102.5 N
　　查軸承手冊軸承6314額定動載荷C0R1=68 kN，大于軸承的額定動載荷C。因此6314作為分級機的徑向軸承可以滿足要求。
　　5、改造后的效果
　　2011年6月對裂化劑分級機機1173進行了改造，改造后運行情況良好，軸承的振動值、溫度均在正常范圍內，連續運行一年以上設備未出現異常。改造取得了成功。
　　6、結論
　　通過改造，徹底解決了裂化劑裝置氣流分級機運行周期短，軸承故障率高的問題。再保證裝置的正常生產的同時，節約了配件成本。同時，分級機設備的成功改造應用，為該類設備在其他領域的應用提供了技術支持。
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