高温熔盐泵上轴承冷却系统设计

       高温熔盐泵是一种化工泵，主要用于氧化 铝、、三聚氢氨及有机化工流程中。目前 该泵设计中遇到的困难是如何解决高温下的 轴承使用寿命，从泵的水力和结构设计方面己经 很难解决此问题，只有优化其轴承的冷却系统。 升油器是冷却系统中可以代替油泵提供润滑油循 环的装置，其设计目前还没有比较成熟的理论。 本文提出的设计和计算是建立在某一特定规格性 能的高温熔盐泵上的，但此方法可以在一定范围 内推广。 1高温熔盐泵及其上轴承 1.1熔盐泵参数 该泵输送的是温度达450 °C的熔盐，泵的设 计参数为:流量Q= 600 m3/h,扬程H= 66 m (两 级）转速 n=1 450 r/min。 1.2上轴承箱 图1为熔盐泵的上轴承箱结构示意图[1]，由 于泵是立式结构，有一定的轴向力，所以采用了一 对单列角接触球轴承。经校核在油润滑状态下满 足强度要求。 轴承箱中有一升油装置一升油器，这个装 置与轴过盈配合，随轴一起转动，相当于一个叶 轮，提供一定的油压，使润滑油在轴承箱中流 动,并与散热器构成一个冷却循环系统。此装置可以使润滑油在轴承箱中充分与轴承换热，冷却 效果好，润滑油的冷却靠散热器来实现，油由轴承 箱下部进，上部出。 2换热量的计算 2.1定性温度的确定 精确计算出轴承运转时产生的热量比较困 难，有很多不定和未知因素。但在满足工程应用 的前提下，可以把轴承产生的热量与润滑油带走 的热量等同起来，这在工程应用中是允许的。这 里把换热计算与散热器设计联系起来考虑。从经济可靠方便角度，采用简单的盘管散热器，盘管内 冷却液为常温清水，即水走管程，油走壳程，这样 选择的依据是:对一般的管式换热器，粘度大、流 量小的流体走壳程较好，因为其雷诺数小，走壳程 能减少压降；为便于换油、清洗等，盘管外侧装有 限制液体流动的流道结构，即在盘管外侧的流体 流道上设有隔板，从而使盘管部分的流体流速增大，这样可使管外侧的换热系数增大31。 确定润滑油的物性参数，就要先确定其定性 温度ftm，即润滑油出、进轴承箱的温度。润滑油 温度的升高主要是因轴承运转时的热量传递，而 轴承内部的温度场成阶梯分布，要精确计算其温 度场比较困难，而且由于安装偏差导致的轴承摩 檫产生的热量无法估计，因此这里假定润滑油进 入轴承箱后油与轴承充分接触并充分的换热，的换热是油的温度与轴承的温度相同，而轴 承正常工作温度范围一般在40 ~60 °C之间141，因 此可以取轴承箱润滑油出口温度为60 G进口为 40 G则散热器内油的进出口温度分别为thi= 60 G th2=40 G这样可以确定定性温度thm = 50 G由此可查得润滑油的物性参数。考虑到冷却 水的比热要比油大，选择散热器的进出口温度分 别为tci = 20 G tc2=30 G则定性温度tom = 25 G由此可查得水的物性参数15。 3升油器设计计算 3.1设计原理 升油器的结构见图3,就是在一圆锥面上开 斜槽，与轴过盈配合，工作时随轴一起转动，其作 用相当于一个叶轮，把油从下轴承以一定流量和 压力送到上轴承，从而带动整个润滑系统的循环。 因此，在设计升油器结构，确定升油器各参数时， 可按照一般叶轮的设计方法来计算，因为其槽的 宽度和深度都可以不变，进出口安放角也一样，因 此，用一元理论来设计计算比较方便。 设计升油器的目的是为了能使它达到设计要 求的扬程和流量，因此，可将扬程和流量作为已知 量来计算其他参数。 3.2进口参数确定 升油器进口参数对流量和扬程影响不是很 大，主要由其他结构确定，例如下轴承的尺寸和轴 承箱的结构尺寸。根据已经选定的轴承型号，可 以确定升油器的进口参数，如进口直径D1，油槽 的断面尺寸根据经验选取。一般油槽尺寸从进口 到出口都不变化。 4结束语 (1)由于很多未知和不定因素影响，不能直接 计算轴承运转时产生的热量。可通过计算润滑油 与散热器中冷却水交换的热量近似得到。 ()润滑油和冷却水的定性温度的确定是难 点也是关键，这里只是理论假设，精确计算时需现 场测量。 (3)升油器的性能参数主要由出口尺寸决定， 进出口安放角的影响也较大。进口尺寸由轴承箱 和轴承的结构确定。 ()本文用比较简单但符合工程应用要求的 方法从理论上解决了熔盐泵高温下的轴承使用寿 命问题，对实际工程应用有一定指导作用。实践 证明，此方法可行。