大型风机电机冷却问题的解决

单为春，高元红，宫迎春

（济南钢铁股份有限公司，山东 济南 250101）

济南钢铁股份有限公司一烧结厂6500风机两台2 000kW电机 （电压6 000V，转速1 500r/min） 的滑动轴承一直采用甩油环润滑，2005年4月滑动轴承温度高达80℃，直接影响风机运行和生产进行。

1.温升过高的原因

分析认为，该电机滑动轴承原设计仅采用甩油环润滑，由于润滑油流量不足，无法满足轴承散热要求，故造成温升过高。

2.计算分析

（1） 滑动轴承润滑方式的选择

利用K值计算法对该电机进行轴承润滑方法的选择。

式中：p——轴颈上的平均单位压力，MPa；

v——轴颈的圆周速度，m/s；

P——轴承所受的最大径向载荷，N（取值P=35 000N）；

d——轴颈直径，m（取d=0.14m）；

l——轴承工作长度，m（取d=0.3m）。

当K≤2时，用润滑脂润滑（可用黄油杯）；当2＜K≤15时，用润滑油润滑（可用针阀油杯等）；当15＜K≤30时，用油环、飞溅润滑，需用水或循环油冷却；当K＞30时，必须用循环压力润滑。如p=P/dl=35 000/(0.14×0.3)=0.833MPa，v=1 500πd/60=1 500π ×0.14/60=10.99m/s， 则 K= 姨p v3=33.25＞30。

结论：采用甩油环润滑不能满足轴承散热冷却的要求，系统必须采用压力强制润滑。

为满足润滑和密封要求，确保改造后的可靠性，研究采用复合润滑方式，不改变滑动轴承的结构，即在继续使用甩油环润滑的同时，每台电机增加一套强制润滑系统，润滑原理见图1。

因原有轴承密封能承受0.4MPa的压力，因此确定强制润滑系统压力不超过0.4MPa。

（2） 压力循环润滑系统的给油量计算

滑动轴承循环润滑给油量

图1 润滑原理图

式中：Q——循环润滑给油量，L/min；

k——系数，高速机械（涡轮鼓风机、高速电机等）为6～15， 低速机械为0.3～0.6；

D——轴孔直径，mm；

L——轴承长度，mm。

滑动轴承散热给油量

式中：Q——散热给油量，L/min；

n——转速，r/min；

Mf——主轴摩擦转矩，N·m（取Mf=19.6N·m）；

ρ——润滑油密度，kg/m3（ 取ρ=870kg/m3） ；

c——润滑油比热容，J/kg·K(取c=75.744J/kg·K)；

Δt——润滑油通过轴承的实际温升，K（取Δt=285.15K）。

甩油环基本满足轴承的循环润滑给油量，压力润滑系统主要用于滑动轴承的散热冷却，因此给油量计算为Q=2πnMf/(ρcΔt)=2π×1 500×19.6/(870×75.744×285.15)=9.8×10-3（ m3/min） =9.8L/min。

结论：润滑系统主要参数确定为流量10L/min、压力0.4MPa，每个滑动轴承的润滑油流量为5L/min，轴承座供油框图见图2。

图2 轴承座供油框图

（3） 冷却器冷却面积计算

冷却器散热面积为

式中：ΔP——润滑系统总发热功率，kW（经计算ΔP=

3.827kW）；

Pc——润滑系统散热功率，kW（经计算Pc=0.6kW）；

Kc——冷却器散热系数，W/m2·℃（取Kc=372.16W/m2·℃） ；

Δθm—— 平均温差， ℃。 其值为Δθm=[(θ1+θ2)/2]-

[(θ1'+θ2')/2]；

θ1——油的入口温度，℃；

θ2——油的出口温度，℃；

θ1'——冷却水的入口温度，℃；

θ2'——冷却水的出口温度，℃。

经计算，得A=0.867m2。

结论：10L/min稀油站标准配置，冷却器换热面积为0.6m2，冷却器的面积必须加大。选择标准系列中换热面积为1m2的冷却器。

3.设备制作及安装调试

根据以上分析，制订了改进计划，向润滑设备制造厂提供的滑动轴承进出油口的尺寸后，要求厂商提前完成润滑配管、冷却水配管、润滑站到电控箱之间的所有外购件的采购，并完成润滑系统中间配管的酸洗处理。济钢烧结厂技术人员先进行挡流板的制造及施工，并负责备好外部电源到电控箱的材料及所有电气安装。利用烧结厂停产检修的机会，安装润滑系统，达到了设计改造的要求，烧结6500风机电机实现了无故障运行。