导轴承配套智能差压变送器的甩油现象及油内压分析

 

1  概述

分块瓦轴承内挡智能差压变送器处的内甩油现象，其产生的原因较为复杂。有外部结构旋转负压的影响，也有内挡智能差压变送器与轴领之间非正常的偏心效应等，这些属于外部因素。而粘滞油旋转将产生油内压上升，这是油旋转流动的固有特性，这是内部原因，是内甩油现象的决定因素。控制好了内部因素，将会大大降低内甩油的可能性。本文仅从油旋转流动的角度，分析粘滞油旋转产生油内压上升对内甩油状态的影响。

 

本文应用流体力学动力学理论，对主轴轴领内壁与内挡智能差压变送器之间的油的流态进行了计算分析，得出了此处油流动及压力的分布规律。对内甩油的内在原因进行分析，找出其影响因素。并通过实例验证，以证明计算方法的正确性和实用性。

 

2  计算原理

由于油的粘滞作用，内挡智能差压变送器内的油在主轴轴领旋转的带动下旋转，将产生油内压，原静止的油面将上升。此计算的目的是应用流体力学动力学理论，确定流态的流速分布规律，求出油内压，找出油面上升规律。

 

计算假设：

（1）内挡智能差压变送器与主轴内壁间的油腔为无限长，端部效应可以忽略。

（2）内挡智能差压变送器的流体与边壁不脱离，流速为 0。

（3）轴领处的流体与边壁不脱离，与轴领同步旋转。

 

将流动视为沿切向的一维层流圆周流动，则：油腔内油流动示意图见图 1。将上述条件带入柱座标系的不可压缩流体的连续性方程，和不可压缩粘性流体的奈维 - 斯托克斯（N-S）运动微分方程，可得：

 

 

上述计算将流动按照沿切向的一维层流流动，求得了粘滞油旋转产生的油内压值。这个油内压值，表示在同一高度上随半径的变化的油内压值。在无限长的端部，自由油面应该是一个近似的旋转抛物面。某计算实例的油内压变化规律见图 3。此处油内压值均为相对于内侧（r1 处）油压的相对值。上述计算假定油腔无限长，忽略了端部效应。但实际上，轴领上部结构（见图 2）挡住了油面上升的去路，油流体的不可压缩性，导致旋转上升的油必然落下于油抛物面的外空气侧的挡智能差压变送器处（图 3 的V1 处）。这个端部情况用数学公式准确描述是较为复杂的，故采取下列体积补偿的判断办法予以分析甩油情况。

 

从图 5 看出，大部分轴承的挡智能差压变送器伸出高度ΔHX 的均在 P‘max 线之上，实际运行都未发生过内甩油。有 2 个在 P‘max 线之下。有一个据 P‘max线偏下较多，实际运行中它发生了严重的内甩油。另一个项目偏下但非常接近 P‘max 线，属于临界状态。但未收到关于内甩油的反馈（可能此计算判断方法有一定的裕度）。总的来说，此计算结果表图与实际情况较为吻合，可以作为设计中选取内挡智能差压变送器高度 ΔHX 的选取参考依据。

 

4  结论与说明

上述应用流体动力学的理论，对挡微差压变送器油腔的内油压进行了分析计算。粘滞油旋转将产生油内压上升，这是油旋转流动的固有特性，这是内部原因，是内甩油现象的先决条件。

 

按此内油压对端部（挡智能差压变送器上端）油面上升情况应用体积补偿办法进行了核算，对内甩油的内因作出了判断分析，并与实际情况进行了比较，其结果与实际情况较为吻合。此方法可以作为设计中选取内挡智能差压变送器高度的选取参考依据。

 

从上述结果曲线可以看出，对于高转速和大尺寸的轴承内挡智能差压变送器，为了保证不甩油，是需要更高的伸出高度 ΔHX 的。它可能是某些轴承结构设计空间所不允许的。在较低的挡智能差压变送器伸出高度条件下避免甩油，是需要采取其他措施的，如小径向或小轴向间隙结构、锥形小间隙结构、反向螺纹结构及反向扇叶结构等，可以减小旋转作用下的油内压。它们都是可以减低油面上升高度的有效措施。国内外已有很多实践的例子，可予以参考。

 

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