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(yīng)用。針對設(shè)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(xì)分析。經(jīng)改進后，達到了預(yù)期效果，為生產(chǎn)正常進行創(chuàng)造了條件，同時為同類設(shè)備的設(shè)計提供了技術(shù)依據(jù)。
　　關(guān)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(xué)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(fā)了LHC-F3型離心轉(zhuǎn)鼓式分級機，應(yīng)用于裂化劑生產(chǎn)中。該機占地面積小，適合連續(xù)化的大生產(chǎn)。具有分級粒度范圍廣，處理量大，切割粒度高，分級效率高，調(diào)節(jié)靈活，易操作等優(yōu)點。
　　設(shè)備投用后，運行三個月左右，就出現(xiàn)軸承振動大、響聲異常的現(xiàn)象，必須停工檢修，嚴(yán)重影響裝置產(chǎn)能。檢修過程中對故障軸承檢查發(fā)現(xiàn)，軸承壓蓋內(nèi)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(xì)介紹了分級機改進措施。　　2、設(shè)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(nèi)，在分級機內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)氣流，沿筒體穩(wěn)定上升。在分級機筒體與分級輪之間的空間內(nèi)形成穩(wěn)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(nèi)，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(xì)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(qū)域內(nèi)，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(nèi)，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(nèi)。細(xì)顆粒隨氣流進入細(xì)粉尾氣管道，經(jīng)旋風(fēng)分離器后，回收利用，尾氣在引風(fēng)機作用下經(jīng)排氣管排放。
　　2.2主要技術(shù)參數(shù)
　　分級機：
　　型號：LHC-F1400；
　　輸送介質(zhì)：催化劑顆粒；
　　材質(zhì)：18-8；
　　電動機：
　　型號：KT132M-4；
　　功率：7.5 KW；
　　轉(zhuǎn)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(shè)計不合理
　　3.1.1密封設(shè)計不合理
　　分級機原設(shè)計采用的是單面普通毛氈密封，在檢修過程中發(fā)現(xiàn)下部軸承內(nèi)混有催化劑顆粒。實際生產(chǎn)過程中，分級機內(nèi)部溫度在100°C左右，普通毛氈密封在長期高溫環(huán)境下失效快，密封效果降低，導(dǎo)致催化劑顆粒進入軸承內(nèi)，同時會造成潤滑脂流失。
　　3.1.2軸承位置沒有注油孔
　　原設(shè)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(nèi)內(nèi)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(tài)，導(dǎo)致軸承損壞。
　　3.2軸承選型不合理
　　分級機原設(shè)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(dān)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(dān)軸向載荷越大。該類軸承適用于轉(zhuǎn)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(chǎn)中，下端軸承所處環(huán)境溫度在100°C左右，裝配時雖然考慮了熱膨脹系數(shù)，但很難精確。若游隙偏大，會產(chǎn)生振動，若游隙偏小，軸承會在短時間內(nèi)燒壞，將軸抱死。
　　根據(jù)分級機受力分析，運轉(zhuǎn)過程中只產(chǎn)生朝下的軸向力，不會出現(xiàn)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?jié)櫥魇?；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：
　?。?）在原有壓蓋的基礎(chǔ)上，開注油孔，大小尺寸為M10。
　?。?）為使軸承外側(cè)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(nèi)部。
　?。?）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(dān)分級機運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的徑向力，并且起徑向固定的作用，下部軸承繼續(xù)使用7314B軸承承擔(dān)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(nèi)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(rèn)為分級輪運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生徑向力合力為零。同理皮帶輪運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的徑向力等于零，皮帶輪只受到皮帶拉力F3。考慮到情況，軸向力由下部軸承7314B承擔(dān)，徑向力全由上部軸承6314承擔(dān)。
　　4.2.2軸承應(yīng)用分析
　　分級機軸承改造取得的成功，可根據(jù)軸承的額定壽命進行分析，從有關(guān)資料查出的壽命計算公式為：
　　C=（fh/fn）P ?。?）
　　式中　fh為壽命系數(shù)；fn為轉(zhuǎn)速系數(shù)；P為當(dāng)量動載荷，Pa。
　　fh、fh值可根據(jù)軸承的使用壽命及轉(zhuǎn)速，由軸承手冊中查得。從實際情況出發(fā)，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(diào)心滾子軸承22232的fh為3.72；軸承的轉(zhuǎn)速為1440r/min ，查得fn為0.322。
　　而當(dāng)量動載荷P則需通過計算得出，其公式為：
　　P=X FR+Y FA?。?） 
　　式中X為徑向系數(shù)；Y為軸向系數(shù)；FR為徑向載荷，Pa ；FA為軸向載荷，Pa。
　　計算軸承當(dāng)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(zhuǎn)中受到中等力矩載荷，當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(shù)據(jù)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(yīng)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(shù)據(jù)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(nèi)，連續(xù)運行一年以上設(shè)備未出現(xiàn)異常。改造取得了成功。
　　6、結(jié)論
　　通過改造，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(chǎn)的同時，節(jié)約了配件成本。同時，分級機設(shè)備的成功改造應(yīng)用，為該類設(shè)備在其他領(lǐng)域的應(yīng)用提供了技術(shù)支持。
　　參考文獻
　　[1] 徐灝、邱宣懷、蔡春源、汪愷、余俊《機械設(shè)計手冊》——機械工業(yè)出版社.1991年.
　　[2]飛、盧玉明《機械設(shè)計基礎(chǔ)》——高等教育出版社.2008年
　　[3]張松林《軸承手冊》——電子工業(yè)出版社.2006年
　　[4]劉志堅、陳建和《催化劑制備-設(shè)備部分》.2005年
　　[5]才加剛、《滾動軸承使用常識》--機械工業(yè)出版社.2011年
　　[6]楊國安《滾動軸承故障診斷實用技術(shù)》--中國石化出版社.2012年