风电增速轴承波纹度控制方法\离心压缩机干气密封原理与故障分析

风电增速齿轮箱轴承套圈滚道波纹度的控制方法

风电行业的快速发展，对风电增速齿轮箱轴承的使用寿命及精度要求不断提高，公差等级由P0提高到P4或P5，对轴承零件的精度要求也随之提高。要提高轴承精度，需提高套圈滚道和滚子的波纹度，进而保证轴承的质量，以满足客户的需求。因此，主要讨论在套圈滚道终磨、酸洗、超精过程中控制滚道波纹度的方法。

1、滚道终磨工序波纹度的控制

1.1 砂轮的控制

在磨削加工过程中，砂轮本身的好坏直接影响滚道波纹度。砂轮内部结合强度的一致性保证了在磨削过程中砂轮表面不会因磨粒脱落不均形成波纹。一般选用磨料为白刚玉，结合剂为陶瓷结合剂的砂轮。

砂轮不平衡对机床造成强迫振动，会使滚道产生波纹度。因此，砂轮的安装非常重要，安装前要对砂轮做静平衡，安装后要做动平衡。相同加工条件下选用不同粒度的3种砂轮进行验证，结果见表1。综合加工质量和生产效率后选用WA80JV砂轮。

表1 3种砂轮的加工效果

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1.2 加工参数的控制

磨削加工过程中，砂轮的转速与工件主轴的转速比(砂轮转速/工件转速)影响滚道波纹度。转速比过低会造成滚道波纹度低波段值超差，转速比过高会造成滚道波纹度高波段值超差，经试验验证转速比应为40~80。

磨削加工过程中，磨削进给量增大，会在砂轮表面与工件之间形成大的磨削抗力，产生振动，使工件表面波纹度变差，因此，要选择合适的磨削进给量。

砂轮的修整速度和深度以及砂轮的修整频次也会影响滚道波纹度，砂轮的修整速度过快，深度过深，频次过低，会导致砂轮表面形状不好，影响滚道波纹度。

以内径160 mm圆锥滚子轴承内圈为例,其合理的滚道终磨工序加工参数见表2。

表2 φ160mm圆锥滚子轴承内圈滚道终磨工序加工参数

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2、滚道酸洗工序的控制

套圈在终磨加工结束后，要对滚道进行酸洗检验烧伤，传统的酸洗方法采用高浓度的硝酸，并使用盐酸进行明化。高浓度的硝酸与滚道表面发生反应，会破坏滚道表面精度，从而影响波纹度检测。对酸洗工艺进行改进，采用6~10 g/L的低浓度硝酸，并去掉明化工序，能够有效改善滚道波纹度，并且不影响后工序的加工。

3、滚道超精工序波纹度的控制

3.1 油石厚度

超精过程分为粗超和精超，粗超采用厚度为20 mm的油石去除滚道表面的大波峰，精超采用厚度为8 mm的油石去除粗超造成的小波峰，以达到改善滚道波纹度的目的。

3.2 油石压力

因高压力会在滚道表面与油石接触面间形成抗力，造成滚道波纹度不好。为有效改善滚道表面波纹度，将油石压力控制在300 N以内。以内径160mm圆锥滚子轴承内圈为例，其合理的滚道超精工序加工参数见表3。

表3 φ160 mm圆锥滚子轴承内圈滚道超精工序加工参数

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经滚道终磨、酸洗、超精工序的控制，波纹度超差个数与总个数(499个)的百分比见表4，波纹度超差的比例明显减小。新的波纹度控制方法已经在风电增速齿轮箱轴承加工过程中使用，对控制滚道波纹度效果显著，产品的加工效率提高。

表4 检测结果对比

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(运转世界大国龙腾 龙出东方 腾达天下 龙腾三类调心滚子轴承 刘兴邦CA CC E MB MA)

离心压缩机干气密封原理与典型故障分析

前言

近年来，随着人们安全、环保意识的提高，对石油化工及煤化工等能源行业的生产运行提出了更高的要求。据不完全统计，在炼油化工、煤化工、制药等行业的生产装置中，因旋转机械的轴封泄漏引起的安全、环保事故占了非常大的比例，严重影响生产装置长周期、稳定、安全生产运行。因此，解决旋转机械轴封泄漏问题，特别是大型机组轴封向实现无泄漏、无污染、长寿命及运维费用低发展，已成为业内重要的共识和急需解决的问题。

随着20世纪60年代末气体润滑轴承技术的发展，一种新型的、可靠的、轴封技术——干气密封应运而生，它是一种气膜润滑的流体动、静压结合型非接触式机械密封，具有无介质泄漏、安全可靠、使用寿命长、功耗低等优点，在石油化工、煤化工等工业行业的离心压缩机等关键设备上得到广泛的应用。

然而在生产运行中，因干气密封控制系统的设计、选型及运行使用不到位，引起的干气密封泄漏、失效等故障屡见不鲜。因此依据生产装置的工艺操作工况及机组的运行情况，设计出一套可靠、合适的干气密封控制系统，对确保机组的长周期、稳定、安全生产运行起着举足轻重的作用。

1、干气密封基本结构及工作原理

1.1 干气密封基本结构

干气密封是一种气膜润滑的流体动、静压结合型非接触式机械密封。如图1-1所示，包含有静环、动环组件(动环)、副密封O形圈、静密封、弹簧和弹簧座(腔体)等零部件。干气密封的结构设计特点为在密封端面上开设动压浅槽,其转动形成的气膜厚和流槽槽深均属微米级,并采用润滑槽、径向密封坝和周向密封堰组成密封和承载部分。可以说是开面密封和开槽轴承的结合。

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干气密封动压槽有单旋向和双旋向,一般单旋向为螺旋槽，双旋向常见有T型槽、枞树槽和U型槽。如图1-2所示，单旋向螺旋槽干气密封不能反转，反转则产生负气膜反力，导致密封端面压紧，致密封损坏失效。而双旋向枞树槽则无旋向要求，正反转都可以。单向槽相对于双向槽，具有较大的流体动压能，产生更大的气膜反力和气膜刚度，产生更好的稳定性。

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1.2 干气密封工作原理

如图1-3，对于螺旋槽干气密封，其工作原理是靠流体静压力、弹簧力与流体动压力之间的平衡。当密封气体注入密封装置时，使动、静环受到流体静压力的作用。而流体的动压力只是在转动时才产生。如图1-2所示，当动环随轴转动时，螺旋槽里的气体被剪切从外缘流向中心，产生动压力，而密封堰对气体的流出有抑制作用，使得气体流动受阻，气体压力升高，这一升高的压力将挠性安装的静环与配对动环分开，当气体压力与弹簧力恢复平衡后，维持一最小间隙，形成气膜，膜厚一般为3-5μm，使旋转环和静止环脱离接触，从而端面几乎无磨损，同时密封工艺气体。

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1.3干气密封的类型

干气密封基本结构类型有单端面密封、串联式密封、带中间迷宫串联式密封和双端面密封。

（1）单端面密封

适用于没有危害、允使微量的工艺气泄漏到大气的工况。如N2压缩机、CO2压缩机、空气压缩机等。

（2）串联式密封

适用于允许少量工艺气泄漏到大气的工况。一般采用两级串联布置方式，一级为主密封，二级为备用密封。正常工况下，全部或大部分负荷由主密封承担，而二级备用密封不承受或承受小部分的负荷和压力降。泄漏的主密封工艺气被引入火炬系统燃烧，泄漏的极少量的工艺气通过二级密封由二级放空引入安全地带排放。当主密封失效时，二级备用密封起到辅助安全密封的作用，确保工艺气不大量外漏。

（3）带中间迷宫的串联式密封

它的结构特点为在串联式密封的两级之间加入迷宫密封结构。其中一级主密封气为工艺气，中压N2为开停机辅助气；二级密封和中间迷宫间、隔离气都使用氮气。当一级主密封失效时，二级密封起到辅助安全阻封和密封作用。适用于易燃、易爆、危险性大、不允许泄漏到大气中、也不允许阻封气进入到机内的工况。如氢气压缩机、CO压缩机、乙烯、丙烯压缩机等。

（4）双端面密封

双端面密封适用于没有火炬条件,不允使工艺气泄漏到大气中，但允使阻封气进入机内的工况。其结构布置相当于面对面布置两套单端面密封,有时两个密封共用一个动环。一般采用氮气作为阻塞气体，控制阻密封气（N2）的压力始终维持在比工?气体压力高于0.2～0.3MPa 。