導軸承配套智能差壓變送器的甩油現象及油內壓分析

 

1  概述

分塊瓦軸承內擋智能差壓變送器處的內甩油現象，其產(chǎn)生的原因較為復雜。有外部結構旋轉負壓的影響，也有內擋智能差壓變送器與軸領(lǐng)之間非正常的偏心效應等，這些屬于外部因素。而粘滯油旋轉將產(chǎn)生油內壓上升，這是油旋轉流動(dòng)的固有特性，這是內部原因，是內甩油現象的決定因素�？刂坪昧藘炔恳蛩�，將會(huì )大大降低內甩油的可能性。本文僅從油旋轉流動(dòng)的角度，分析粘滯油旋轉產(chǎn)生油內壓上升對內甩油狀態(tài)的影響。

 

本文應用流體力學(xué)動(dòng)力學(xué)理論，對主軸軸領(lǐng)內壁與內擋智能差壓變送器之間的油的流態(tài)進(jìn)行了計算分析，得出了此處油流動(dòng)及壓力的分布規律。對內甩油的內在原因進(jìn)行分析，找出其影響因素。并通過(guò)實(shí)例驗證，以證明計算方法的正確性和實(shí)用性。

 

2  計算原理

由于油的粘滯作用，內擋智能差壓變送器內的油在主軸軸領(lǐng)旋轉的帶動(dòng)下旋轉，將產(chǎn)生油內壓，原靜止的油面將上升。此計算的目的是應用流體力學(xué)動(dòng)力學(xué)理論，確定流態(tài)的流速分布規律，求出油內壓，找出油面上升規律。

 

計算假設：

（1）內擋智能差壓變送器與主軸內壁間的油腔為無(wú)限長(cháng)，端部效應可以忽略。

（2）內擋智能差壓變送器的流體與邊壁不脫離，流速為 0。

（3）軸領(lǐng)處的流體與邊壁不脫離，與軸領(lǐng)同步旋轉。

 

將流動(dòng)視為沿切向的一維層流圓周流動(dòng)，則：油腔內油流動(dòng)示意圖見(jiàn)圖 1。將上述條件帶入柱座標系的不可壓縮流體的連續性方程，和不可壓縮粘性流體的奈維 - 斯托克斯（N-S）運動(dòng)微分方程，可得：

 

 

上述計算將流動(dòng)按照沿切向的一維層流流動(dòng)，求得了粘滯油旋轉產(chǎn)生的油內壓值。這個(gè)油內壓值，表示在同一高度上隨半徑的變化的油內壓值。在無(wú)限長(cháng)的端部，自由油面應該是一個(gè)近似的旋轉拋物面。某計算實(shí)例的油內壓變化規律見(jiàn)圖 3。此處油內壓值均為相對于內側（r1 處）油壓的相對值。上述計算假定油腔無(wú)限長(cháng)，忽略了端部效應。但實(shí)際上，軸領(lǐng)上部結構（見(jiàn)圖 2）擋住了油面上升的去路，油流體的不可壓縮性，導致旋轉上升的油必然落下于油拋物面的外空氣側的擋智能差壓變送器處（圖 3 的V1 處）。這個(gè)端部情況用數學(xué)公式準確描述是較為復雜的，故采取下列體積補償的判斷辦法予以分析甩油情況。

 

從圖 5 看出，大部分軸承的擋智能差壓變送器伸出高度ΔHX 的均在 P‘max 線(xiàn)之上，實(shí)際運行都未發(fā)生過(guò)內甩油。有 2 個(gè)在 P‘max 線(xiàn)之下。有一個(gè)據 P‘max線(xiàn)偏下較多，實(shí)際運行中它發(fā)生了嚴重的內甩油。另一個(gè)項目偏下但非常接近 P‘max 線(xiàn)，屬于臨界狀態(tài)。但未收到關(guān)于內甩油的反饋（可能此計算判斷方法有一定的裕度）�？偟膩�(lái)說(shuō)，此計算結果表圖與實(shí)際情況較為吻合，可以作為設計中選取內擋智能差壓變送器高度 ΔHX 的選取參考依據。

 

4  結論與說(shuō)明

上述應用流體動(dòng)力學(xué)的理論，對擋微差壓變送器油腔的內油壓進(jìn)行了分析計算。粘滯油旋轉將產(chǎn)生油內壓上升，這是油旋轉流動(dòng)的固有特性，這是內部原因，是內甩油現象的先決條件。

 

按此內油壓對端部（擋智能差壓變送器上端）油面上升情況應用體積補償辦法進(jìn)行了核算，對內甩油的內因作出了判斷分析，并與實(shí)際情況進(jìn)行了比較，其結果與實(shí)際情況較為吻合。此方法可以作為設計中選取內擋智能差壓變送器高度的選取參考依據。

 

從上述結果曲線(xiàn)可以看出，對于高轉速和大尺寸的軸承內擋智能差壓變送器，為了保證不甩油，是需要更高的伸出高度 ΔHX 的。它可能是某些軸承結構設計空間所不允許的。在較低的擋智能差壓變送器伸出高度條件下避免甩油，是需要采取其他措施的，如小徑向或小軸向間隙結構、錐形小間隙結構、反向螺紋結構及反向扇葉結構等，可以減小旋轉作用下的油內壓。它們都是可以減低油面上升高度的有效措施。國內外已有很多實(shí)踐的例子，可予以參考。

 

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