Hiểu về ổ trục đẩy
A ổ trục đẩy (còn được gọi là ổ trục hướng trục) là ổ trục chuyên biệt được thiết kế để chịu lực tác dụng song song với trục trục — lực hướng trục hoặc lực đẩy — và kiểm soát vị trí hướng trục của cánh quạt. Không giống như ổ trục hướng bán kính ổ trục, ổ trục đẩy có các bề mặt tiếp xúc vuông góc với trục, để nó có thể chống lại các lực cố gắng đẩy trục theo hướng hướng trục. Cùng với ổ trục hướng bán kính, ổ trục đẩy xác định hệ thống ổ trục rôto.
Các ổ trục đẩy rất cần thiết bất cứ khi nào có lực hướng trục — bơm, máy nén, tuabin, trục đẩy và thiết bị định hướng theo chiều dọc. Hỏng hóc hoặc không có đủ dung lượng của ổ trục đẩy dẫn đến rung động trục, sự trượt trục, và có thể gây hư hỏng thảm họa khi rotor tiếp xúc với các thành phần cố định.
1. Vòng Bi Chịu Lực Dọc vs. Vòng Bi Chịu Lực Bức Xạ: Sự Khác Biệt Là Gì?
Cách rõ ràng nhất để hiểu vòng bi chịu lực dọc là so sánh nó với vòng bi chịu lực bức xạ mà nó hoạt động cùng. Hai loại này được định nghĩa bởi direction của tải mà chúng được xây dựng để chịu đựng, không phải bởi kích thước hoặc cấu trúc của chúng.
- Vòng bi chịu lực bức xạ (such as a ổ trục) carries load perpendicular đối với trục — trọng lượng của rotor và bất kỳ lực bức xạ nào từ mất cân bằng. Các bề mặt chịu tải của nó có hình trụ và quấn quanh trục.
- Vòng bi chịu lực dọc carries load parallel đối với trục — lực đẩy dọc theo trục tâm. Các bề mặt chịu tải của nó là những mặt phẳng (hoặc có hình dạng) được đặt vuông góc với trục, chịu tác động của một cổ áo hoặc vai trên rotor.
Một máy điển hình cần cả hai loại: hai vòi bi xuyên tâm định vị trục theo chiều ngang và chịu trọng lượng của nó, trong khi một vòi bi đẩy duy nhất cố định vị trí trục của rotor theo chiều dọc và hấp thụ lực đẩy ròng. Một số thiết kế kết hợp cả hai chức năng — một angular-contact hoặc tapered-roller vòi bi chịu tải xuyên tâm và dọc đồng thời — nhưng trong các máy tuabin lớn, vòi bi đẩy gần như luôn là một thành phần riêng biệt, tách biệt khỏi các vòi bi xuyên tâm, vì lực đẩy quá lớn để chia sẻ.
2. Các Loại Vòi Bi Đẩy
Các vòi bi đẩy chia thành hai họ chính: các loại phần tử lăn mang tải qua các quả cầu hoặc con lăn, và các loại phim chất lỏng nổi rotor trên phim dầu có áp lực. Sự lựa chọn giữa chúng chủ yếu được xác định bởi tải, tốc độ và kích thước máy.
Vòng bi lăn có tiếp xúc hướng tâm
Các vòng bi này chịu lực đẩy thông qua các bi hoặc con lăn và phổ biến trong máy móc chịu tải trung bình, đa năng. Điều kiện của chúng có thể được theo dõi thông qua khiếm khuyết vòng bi lăn chữ ký được sử dụng cho vòng bi hướng tâm.
- Vòm bi tiếp xúc hướng tâm: các bi chạy giữa các đệm chịu lực đẩy phẳng hoặc có rãnh. Dung lượng tải trung bình, tốc độ trung bình đến cao, độ chính xác định vị trục tốt. Được sử dụng trong máy công cụ, hộp số ô tô và các ứng dụng chịu lực đẩy trung bình khác.
- Vòm bi lăn trụ hướng tâm: con lăn giữa các đệm chịu lực đẩy cho dung lượng rất cao thông qua tiếp xúc đường thay vì tiếp xúc điểm, nhưng chỉ ở tốc độ thấp đến trung bình. Được sử dụng trong máy móc nặng, bơm thẳng đứng và móc cần cẩu.
- Vòi bi đẩy con lăn côn: các con lăn côn mang lại chuyển động lăn thực sự phù hợp với tải kết hợp và tải đẩy cao. Một vòi bi chịu cả tải xuyên tâm và dọc, và lực căn chỉnh có thể điều chỉnh được thông qua khoảng cách. Phổ biến trong trung tâm bánh xe ô tô, hộp số và các tình huống tải kết hợp.
- Vòi bi đẩy con lăn hình cầu: các con lăn hình thùng và đường ray cong chấp nhận tải đẩy rất cao trong khi chịu sai lệch trục — hữu ích trên các trục dài, hơi ngoằn trong các công nghiệp nặng.
- Vòm bi tiếp xúc góc: tiếp xúc bi được đặt ở một góc để vòng bi chịu cả tải hướng tâm và tải trục, thường được lắp đôi (mặt sau-mặt sau hoặc mặt-mặt). Có khả năng tốc độ cao; được sử dụng trong trục quay máy công cụ và bơm tốc độ cao.
Vòng bi đẩy màng chất lỏng
Những vòi bi này nổi rotor trên phim dầu hydrodynamic và chiếm ưu thế các máy lớn, công suất cao. Không có tiếp xúc kim loại-kim loại trong hoạt động bình thường, chúng mang lại tuổi thọ gần như không giới hạn và giảm chấn tuyệt vời, với chi phí là nguồn cung cấp dầu có áp lực liên tục.
- Vòi bi đẩy có độn lệch (thường gọi là vòi bi Kingsbury hoặc Michell theo tên các nhà phát minh của chúng): nhiều độn liên động mỗi độn nghiêng để tạo thành một lồng dầu hội tụ nâng cao vòng đẩy rõ ràng khỏi các độn. Công suất lên đến megawatt trong các tuabin lớn, tốc độ thực tế là không giới hạn (được sử dụng lên tới 30.000+ vòng/phút), và giảm chấn rất tốt. Được tìm thấy trong các tuabin hơi nước, tuabin khí, các máy nén lớn và máy phát điện.
- Vòm bi bản cố định (bản côn) hướng tâm: các độn cố định được gia công với một độn dốc côn tạo ra lồng dầu mà không cần bất kỳ độn liên động nào. Công suất cao, đơn giản và mạnh mẽ mà không có các bộ phận chuyển động, mặc dù ít chịu đảo ngược tải hơn các độn lệch. Được sử dụng trong các bơm dọc và tuabin thủy điện.
3. Nơi Sử Dụng Vòi Bi Đẩy: Ứng Dụng
Bất kỳ máy nào có rotor chịu một lực đẩy ròng dọc trục của nó đều cần một vòi bi đẩy để hấp thụ lực đó và giữ rotor ở vị trí. Các ứng dụng phổ biến nhất là:
- Bơm ly tâm và máy nén: sự tăng áp suất qua mỗi cánh quạt tạo ra một lực đẩy lớn hướng về phía hút, mà vòi bi đẩy phải chịu.
- Tuabin hơi nước, khí và thủy điện: chất lỏng làm việc đẩy dọc trên các hàng cánh; vòi bi đẩy — thường là loại độn lệch — giữ rotor chống lại lực này và chống lại các khoảng cách được đặt chặt của các vòi niêm phong và đầu cánh.
- Đẩy hải quân (vòi bi đẩy tàu và thuyền): lực đẩy của chân vịt đẩy toàn bộ tàu về phía trước thông qua trục chân vịt, và một vòi bi đẩy hải quân nặng truyền lực đẩy đó từ trục vào thân tàu. Đây là một trong những nhiệm vụ vòi bi đẩy đòi hỏi nhất trong kỹ thuật.
- Máy phát điện và động cơ điện: ở những máy phương thẳng đứng, ổ trượt thêm phải chịu trọng lượng chết của rotor, và ở tất cả máy nó kháng lại lực trục lực kéo từ tính.
- Hộp số: bánh răng xoắn và bánh răng côn tạo ra các phản lực trục mà ổ trượt trục phải chịu.
- Các trục máy công cụ, truyền động ô tô và cẩu nâng: ổ trượt cuộn nhỏ hơn định vị trục và chịu tải trục vừa phải.
4. Ổ Trượt cho Trục Phương Thẳng Đứng
Máy phương thẳng đứng — bơm phương thẳng đứng, máy phát điện thủy lực, động cơ phương thẳng đứng lớn — đặt nhu cầu đặc biệt lên ổ trượt vì nó phải chịu không chỉ lực trục quy trình mà còn toàn bộ trọng lượng tĩnh của hộp quay, ở máy phát điện thủy lực lớn có thể lên tới hàng trăm tấn. Ở máy phương ngang, ổ trượt bức xạ chịu trọng lượng đó; ở máy phương thẳng đứng, trọng lượng tác dụng thẳng xuống trục shaft và rơi trực tiếp lên ổ trượt.
Vì lý do này, máy phương thẳng đứng gần như luôn sử dụng ổ trượt lớn với bộ lọc chất lỏng — thường là thiết kế cánh nghiêng — được hiệu chuẩn cho tải hợp nhất trọng lượng-cộng-quy trình và gắn ở đầu trên hoặc dưới trục. Bộ lọc dầu và làm mát phải được thiết kế cho hoạt động tải đầy đủ liên tục, và temperature and vị trí trục nằm trong số các tham số được theo dõi chặt chẽ nhất trên toàn bộ máy, vì hỏng hóc ổ trượt phương thẳng đứng làm rotor rơi lên stator mà không có lề để phục hồi.
5. Nguồn Tải Trục
Trong Máy bơm và Máy nén
- Lực đẩy thủy lực cánh tạo lực: sự khác biệt áp suất giữa các cánh quạt tạo ra lực trục ròng, một trong những lực thủy động in a pump.
- Kích cỡ: điều này có thể lên tới hàng nghìn pound ngay cả trong một bơm kích thước trung bình.
- Phương hướng: điển hình hướng về phía hút.
- Cân bằng: Lỗ cân bằng, cánh quạt phía sau hoặc cánh quạt đối diện làm giảm lực đẩy ròng
Trong Tua-bin
- Dòng hơi nước hoặc khí tạo ra áp suất trục trên các cánh — một phần của lực khí động học tác dụng trên rotor.
- Độ lớn lực đẩy tăng theo công suất đầu ra.
- Có thể đảo ngược hướng trong quá trình khởi động hoặc thay đổi tải
- Các pitông giả hoặc pitông cân bằng được sử dụng để bù trừ nó.
Trong hộp số
- Các bánh răng xoắn tạo ra lực đẩy trục tỷ lệ với mô-men xoắn truyền.
- Các bánh răng côn tạo thành các thành phần lực trục.
- Hướng lực đẩy phụ thuộc vào hướng bánh răng (hướng của góc xoắn).
Các nguồn khác
- Lực kéo từ: trong động cơ điện, mất cân bằng từ tính tạo ra các lực trục.
- Quạt và cánh quạt: lực đẩy khí động từ tăng tốc độ chất lỏng làm việc.
- Belt drives: các dây đai có góc tạo thành các thành phần lực trục.
- Sự không cân xứng: góc cạnh sự không thẳng hàng trong các khớp nối tạo ra lực trục dao động.
6. Vấn Đề và Chẩn Đoán Ổ Trượt
Các Chế độ Hỏng Hóc Phổ Biến
- Quá tải: lực trượt vượt quá công suất định mức của ổ trượt — thường vì sự mất cân bằng quy trình hoặc thiết bị cân bằng mòn để lực trục ròng phát triển vượt quá thiết kế.
- Bôi trơn không đủ: thiếu lưu lượng dầu hoặc mỡ làm ngôi sao tiếp xúc, cho phép bộ lọc dầu sụp đổ và các bề mặt tiếp xúc.
- Sự ô nhiễm: các hạt trong dầu trầy xước và làm hỏng các bề mặt trượt.
- Mài mòn và mệt mỏi: suy thoái bề mặt từ mài mòn hoặc tải tuần hoàn, từ rỗ through to bong tróc của babbitt hoặc đường chạy.
- Sự không cân xứng: cổ trượt không vuông góc với trục tải các cánh không đều và làm quá nóng một bên.
- Xói mòn điện: dòng điện trục chảy qua màng dầu làm hõm các bề mặt vòi ổ trục, một vấn đề gia tăng trên các máy chuyên dùng biến tần.
- Quá nhiệt: kết quả cuối cùng của hầu hết những điều trên — ma sát quá mức hoặc tản nhiệt không đủ làm mềm babbitt và loại bỏ các miếng lót.
Lề an toàn đối với các chế độ này có thể được kiểm tra định lượng. Khi một vòng bi chịu cả tải trọng hướng tâm và trục hướng, máy tính tải động tương đương của vòng bi kết hợp chúng thành một giá trị duy nhất, máy tính thừa số an toàn tĩnh bảo vệ chống lại brinelling dưới lực đẩy khi dừng, và máy tính tuổi thọ vòng bi L10 dự đoán tuổi thọ phục vụ dự kiến.
Các Triệu Chứng Đo Đạc Rung Động và Chuyển Động Dọc Trục
- Dao động trục lớn: chỉ báo chính của một vấn đề ổ trục đẩy, thường được nhìn thấy rõ nhất trong hướng trục thay vì chuyển động hướng tâm.
- Vị trí trục dọc tăng lên: trên các máy chạy trên màng dầu, trục trôi dạt về giới hạn của nó khi các miếng lót mài mòn là thước đo trực tiếp về mất hiệu suất ổ trục.
- Dao động tần số thấp: trục nổi theo hướng trục trong khoảng trống của nó.
- Tác động: nếu khoảng cách dọc trục quá lớn, trục va chạm các điểm dừng của nó, tạo ra các đỉnh sắc nét trong rung động tín hiệu.
- Đo lường: trục đầu dò tiệm cận hoặc Máy đo gia tốc tiết lộ những triệu chứng này.
Các chỉ số khác
- Mức tăng nhiệt độ: ổ trục đẩy chạy nóng — thường là dấu hiệu đầu tiên trên ổ trục chạy với màng dầu.
- Tiếng ồn: âm thanh bất thường từ vị trí ổ trục đầu.
- Axial play: chuyển động trục có thể đo lường được theo hướng trục.
- Chất lượng dầu: các hạt kim loại xuất hiện trong chất bôi trơn.
7. Đo Đạc Sức Khỏe Ổ Trục Đẩy Tại Công Trường
Trên các máy lắp ráp, tình trạng ổ trục đầu được xác định từ các phép đo trục được thực hiện tại chỗ thay vì trên bàn kiểm tra. Một máy phân tích hai kênh di động như Balanset-1A cho phép một kỹ sư ghi lại biên độ rung động dọc trục và giai đoạn tại đầu ổ trục đẩy, so sánh nó với các chỉ số chuyển động hướng tâm, và tách rối cảnh báo ổ trục đẩy thực sự khỏi rung động dọc trục mà sự không thẳng hàng hoặc một trục bị cong cũng có thể tạo ra — tất cả mà không cần dừng sản xuất để tháo rời. Bởi vì cùng một thiết bị cũng ghi lại toàn bộ rung động bản đồ và có thể cân bằng rotor trong các ổ trục của nó sau khi mất cân bằng được xác nhận, nó liên kết chỉ số ổ trục đẩy trở lại tình trạng tổng thể của máy móc.
8. Giám Sát và Bảo Trì
Các thông số giám sát quan trọng
- Rung động trục: được đo liên tục hoặc theo lộ trình định kỳ như một phần của giám sát rung động chương trình.
- Vị trí trục: cảm biến gần trục theo dõi vị trí dọc trục của trục so với ổ trục đẩy.
- Nhiệt độ ổ trục: Giám sát RTD hoặc nhiệt điện tử, thường là cảnh báo sớm nhất về tổn thương (xem cảm biến nhiệt độ).
- Dòng chảy dầu và áp suất: đối với ổ trục đẩy chạy với màng dầu, mất nguồn cấp là tình trạng báo động ngay lập tức.
Thực hành bảo trì
- Xác minh bôi trơn vành đệm và cung cấp dầu đầy đủ.
- Kiểm tra khoảng cách trục trong quá trình bảo dưỡng.
- Kiểm tra các bề mặt trục đầu để mặc or damage.
- Đo tải trục thực tế ở nơi có thể, sử dụng cảm biến chủng tộc hoặc ô tải.
- Theo dõi dữ liệu nhiệt độ và rung động, và xác nhận kết quả bằng chi tiết Phân tích rung động, as part of a giám sát tình trạng chương trình.
Các ổ trục đầu thường nhận được ít sự chú ý hơn so với các ổ xuyên tâm, nhưng chúng rất quan trọng để kiểm soát vị trí trục và chịu tải trục trong các máy quay. Hiểu được các loại có sẵn, nguồn gốc của lực trục, và các chế độ hỏng hóc cho phép lựa chọn ổ thích hợp, giám sát hiệu quả, và bảo trì kịp thời — ngăn chặn loại hỏng hóc dẫn đến tiếp xúc rotor-stator và sự phá hủy máy.
9. Các Câu Hỏi Thường Gặp
Vành đệm làm gì?
Vành đệm chịu tải trục — lực tác dụng song song với trục — và cố định vị trí trục của rotor. Nó hấp thụ lực đẩy ròng mà quy trình tạo ra (lực đẩy của bánh công tác, lực đẩy của cánh, lực đẩy của tuabin) và ngăn trục trôi vào các bộ phận cố định.
Sự khác biệt giữa vành đệm và đệm bên là gì?
Hướng của tải. Đệm bên chịu tải vuông góc với trục (trọng lượng rotor và lực bên); vành đệm chịu tải song song với trục (lực đẩy trục). Hầu hết các máy sử dụng cả hai, và một số loại kết hợp tải như đệm tiếp xúc góc hoặc đệm lăn côn làm cả hai công việc cùng một lúc.
Các loại vành đệm chính là gì?
Hai họ. Các loại phần tử lăn — bi, lăn trụ tròn, lăn côn, lăn hình cầu và tiếp xúc góc — phù hợp với tải trung bình và máy móc công nghiệp. Các loại màng chất lỏng — xoay quanh (Kingsbury) và mặt côn cố định — nổi rotor trên màng dầu và xử lý những tải rất cao của các tuabin lớn, máy nén và máy theo chiều dọc.
Tại sao máy theo chiều dọc cần một vành đệm đặc biệt?
Trên trục thẳng đứng, vành đệm chịu không chỉ lực trục quy trình mà còn toàn bộ trọng lượng tĩnh của rotor, tác động thẳng xuống trục trục. Đây là lý do tại sao các bơm thẳng đứng và máy phát điện thuỷ lực sử dụng các vành đệm chất lỏng lớn được thiết kế cho tải kết hợp.
Làm thế nào để phát hiện vành đệm đang hỏng?
Các dấu hiệu rõ ràng nhất là rung động trục tăng, sự trôi dạt trong vị trí trục được đo, và tăng nhiệt độ đệm. Các đầu dò gần tiếp cận trục, gia tốc kế và cảm biến nhiệt độ được theo dõi theo thời gian, và bộ phân tích cầm tay có thể xác nhận chẩn đoán trên máy đang chạy.
Những gì gây ra hỏng hóc vành đệm?
Quá tải vượt quá công suất định mức, hỏng bôi trơn, ô nhiễm dầu, mệt mỏi bề mặt (hình soi và tróc vảy), sai lệch của vòng đệm, và ăn mòn điện từ dòng điện trục. Quá nhiệt thường là điểm cuối phổ biến làm xóa đệm.
