چه چیزی باعث گرم شدن بیش از حد یاتاقان های کمپرسور می شود؟

مقدمه

در تجهیزات مدرن جابجایی مایعات، بلبرینگ کمپرسور به عنوان یک عنصر پشتیبانی حیاتی عمل می کند که حرکت شفت را تثبیت می کند، اصطکاک دورانی را به حداقل می رساند و عملکرد مداوم تحت بارهای بالا را تضمین می کند. همانطور که سیستم های کمپرسور به سمت سرعت بالاتر، ابعاد کوچکتر و محیط های حرارتی بیشتر پیش می روند، چالش گرمای بیش از حد یاتاقان به طور فزاینده ای برجسته شده است. گرمای بیش از حد این جزء بیش از یک ناهنجاری دما است. اغلب پیشرو سایش مکانیکی، تخریب روانکاری و ناپایداری ساختاری در کل سیستم کمپرسور دوار است.

عدم تعادل بار مکانیکی

عدم تعادل بار مکانیکی یکی از محرک های اولیه تنش حرارتی در یاتاقان های کمپرسور است. هنگامی که مجموعه روتور در معرض نیروهای محوری یا شعاعی ناهموار قرار می گیرد، یاتاقان باید نقاط فشار نامنظم را جبران کند و در نتیجه اصطکاک تماس افزایش یابد.

افزایش نیروهای شعاعی

بارگذاری شعاعی زمانی افزایش می‌یابد که محور کمپرسور نامناسب باشد، پروانه‌های نامتعادل وجود داشته باشند، یا هنگامی که لرزش در اجزای چرخان با سرعت بالا از آستانه طراحی‌شده فراتر رود. با افزایش اصطکاک، یاتاقان به طور متناسب گرما تولید می کند و اتلاف ناکافی منجر به گرمای بیش از حد پیشرونده می شود.

نیروهای رانش محوری

بار رانش محوری از اختلاف فشار در داخل محفظه کمپرسور ناشی می شود. هنگامی که سطوح رانش از ظرفیت بار یاتاقان بیشتر می شود، اصطکاک لغزشی به طور چشمگیری افزایش می یابد و امکان تجمع مداوم گرما را فراهم می کند. کنترل مناسب توزیع بار محوری برای حفظ پایداری حرارتی ضروری است.

مکانیسم خرابی مرتبط با بار

یک یاتاقان تحت بار نامتقارن یا بیش از حد تحت یک الگوی قابل پیش بینی افزایش دما قرار می گیرد:

تنش ناهموار اصطکاک سطح را افزایش می دهد

اصطکاک مناطق گرمای متمرکز ایجاد می کند

فیلم روان کننده شروع به تخریب می کند

تماس فلز با فلز رخ می دهد

نوک دما باعث تسریع سایش و در نهایت تشنج بلبرینگ می شود

کمبود روغن کاری و شکست حرارتی

روغن کاری نقشی ضروری در عملکرد حرارتی هر یاتاقان کمپرسور ایفا می کند. بدون لایه روغن کافی، اصطکاک تشدید می شود، گرما به سرعت جمع می شود و تخریب حرارتی به دنبال دارد.

ویسکوزیته روان کننده ناکافی

برای کمپرسورهای با سرعت بالا، ویسکوزیته روانکاری به دقت تعریف شده است تا سیالیت و ضخامت فیلم را متعادل کند. روان کننده با ویسکوزیته ناکافی نمی تواند جدایی بین عناصر نورد و نژادها را حفظ کند، و به طور قابل توجهی خطر تجمع گرما را افزایش می دهد. برعکس، ویسکوزیته خیلی زیاد، کشش سیال را افزایش می دهد و از طریق اصطکاک داخلی گرما ایجاد می کند.

فروپاشی فیلم نفت

ریزش فیلم روغن ممکن است به دلیل موارد زیر رخ دهد:

دمای بیش از حد

عملکرد با سرعت بالا

روغن آلوده

فشار روغن ناسازگار

هنگامی که سد نفت فرو می ریزد، سطوح فلزی به طور مستقیم با یکدیگر تعامل می کنند و باعث تولید گرمای آنی و شکست حرارتی یاتاقان تسریع می شود.

بی نظمی سیستم روغن کاری

عیوب در شبکه روانکاری کمپرسور صنعتی - مانند جریان ناپایدار روغن، مسدود شدن مسیرها یا محدودیت در خطوط تامین - مستقیماً اتلاف حرارتی را به خطر می اندازد. عملکرد مداوم در شرایط روانکاری ضعیف به سرعت منجر به گرم شدن بیش از حد می شود.

تشدید اصطکاک در محیط های پرسرعت

سرعت چرخش بالا عامل شناخته شده ای برای تنش حرارتی است. با پیشرفت تکنولوژی کمپرسور، RPM های بالاتر به طور فزاینده ای متداول می شوند و به ساختار یاتاقان و مواد برای مقاومت در برابر سطوح اصطکاک بالا نیاز دارند.

اثرات گریز از مرکز بر روی عناصر نورد

در سرعت‌های بالا، نیروی گریز از مرکز، عناصر غلتشی را به سمت بیرون هل می‌دهد و توزیع بار در مسیر مسابقه را تغییر می‌دهد. این تغییر فشار موضعی را افزایش می دهد که تولید گرما را تسریع می کند.

اندرکنش لغزشی در مقابل اصطکاک غلتشی

حتی در قطعات کمپرسور دقیق، اصطکاک لغزشی هرگز نمی تواند به طور کامل حذف شود. هنگامی که سرعت چرخش به شدت افزایش می یابد، اصطکاک غلتشی تا حدی به اصطکاک لغزشی تبدیل می شود و خروجی حرارتی را تشدید می کند.

فرمول افزایش تولید گرما

مهندسان اغلب از یک مدل ساده شده برای درک افزایش حرارتی مبتنی بر سرعت استفاده می کنند:

گرمای تولید شده ∝ بار × سرعت × ضریب اصطکاک

با افزایش مدت زمان، تولید گرما به طور نامتناسبی زیاد می شود، به خصوص بدون مکانیزم های خنک کننده قوی.

محدودیت های مواد و تخریب یکپارچگی سطح

مواد یاتاقان باید دوام، مقاومت حرارتی و خواص ساختاری پایدار را ارائه دهند. هنگامی که خستگی مواد یا بدشکلی های ریز ساختاری ظاهر می شود، تولید گرما اجتناب ناپذیر می شود.

میکرو اسپلینگ و رشد زبری سطح

عیوب کوچک روی راه آهن یا عناصر نورد باعث افزایش زبری سطح می شود. با زبری بیشتر، اصطکاک افزایش می یابد و گرما جمع می شود. این ریز عیوب به سرعت تحت عملیات فشار بالا گسترش می یابند.

نرم شدن حرارتی فولاد بلبرینگ

هنگامی که یک یاتاقان کمپرسور در نزدیکی آستانه نرم شدن مواد خود کار می کند، تغییر شکل راحت تر رخ می دهد. تغییر شکل مسیر بار را تغییر می دهد و باعث توزیع ناهموار تنش و افزایش حرارت اضافی می شود که به ناپایداری سازه کمک می کند.

تاثیر خلوص مواد

ناخالصی های فولاد بلبرینگ بر سختی و هدایت حرارتی تأثیر می گذارد. آلیاژهای ناخالص گرما را به خوبی دفع می کنند و نقاط داغی را ایجاد می کنند که دمای عملیاتی را افزایش می دهند.

ناهماهنگی شفت و ناسازگاری ساختاری

تراز شفت به طور مستقیم بر رفتار حرارتی یاتاقان تأثیر می گذارد. ناهماهنگی با تغییر برهمکنش هندسی مورد نظر بین عناصر نورد و مسیرهای مسابقه، اصطکاک را تشدید می کند.

ناهماهنگی زاویه ای

انحراف زاویه ای باعث لغزش عناصر غلتشی و ایجاد الگوهای گرمای غیرعادی می شود. عملکرد مداوم در شرایط نامناسب زاویه ای منجر به افزایش سریع دما می شود.

ناهماهنگی موازی

آفست موازی توزیع بار نابرابر را ایجاد می کند و باعث می شود یک بخش از یاتاقان بیشتر بار را تحمل کند. این عدم تعادل استرس حرارتی را تسریع می کند.

تغییر شکل مسکن

اگر محفظه کمپرسور به دلیل لرزش، انبساط حرارتی، یا نصب نامناسب تغییر شکل دهد، صندلی یاتاقان دیگر تراز ایده آل را حفظ نمی کند و اصطکاک و گرمای بیش از حد را تشویق می کند.

استرس حرارتی ناشی از آلودگی

آلاینده ها یک علت پنهان و در عین حال مهم ناپایداری حرارتی هستند.

نفوذ ذرات سخت

ذراتی مانند گرد و غبار، بقایای فلزی یا بقایای ماشینکاری وارد محیط روانکاری می شوند و اصطکاک ساینده را افزایش می دهند. ریز خراش های حاصل به نقص های تولید کننده گرما تبدیل می شوند.

آلودگی رطوبتی

رطوبت ویسکوزیته روان کننده را کاهش می دهد، تداوم فیلم روغن را قطع می کند، باعث خوردگی می شود و سطح اصطکاک را افزایش می دهد. تولید گرما تحت تخریب ناشی از رطوبت به سرعت تسریع می یابد.

ناسازگاری شیمیایی

برخی از آلاینده‌ها از نظر شیمیایی با روان‌کننده‌ها برهم‌کنش می‌کنند و عملکرد روان‌کاری را کاهش می‌دهند و بار حرارتی روی بلبرینگ کمپرسور را افزایش می‌دهند.

ساختار اتلاف حرارت ناکافی

حتی زمانی که روغن کاری و شرایط مکانیکی مناسب باشد، یک یاتاقان ممکن است بیش از حد گرم شود زیرا گرما نمی تواند به طور موثر از آن خارج شود.

طراحی ضعیف مسیر حرارتی

اگر محفظه یاتاقان فاقد یک مسیر موثر هدایت گرما باشد، تجمع حرارتی اجتناب ناپذیر می شود. هدایت مواد و ضخامت دیواره به طور قابل توجهی بر عملکرد خنک کننده تأثیر می گذارد.

تهویه ناکافی یا جریان خنک کننده

در محفظه های کمپرسور مهر و موم شده، گرما می تواند به سرعت جمع شود. بدون کانال‌های جریان هوا یا مسیرهای هدایت غیرفعال، دمای بلبرینگ حتی تحت بار متوسط ​​افزایش می‌یابد.

تداخل انبساط حرارتی

اگر اجزای اطراف بیشتر یا کمتر از خود یاتاقان منبسط شوند، تنش حرارتی به شکل فشردگی، اصطکاک و افزایش حرارت بیشتر ظاهر می‌شود.

خطاهای عملیاتی و پارامترهای استفاده نادرست

شیوه های عملیاتی تأثیر مستقیمی بر عملکرد حرارتی یاتاقان دارند.

عملکرد بیش از حد سرعت

عملکرد کمپرسورها فراتر از آستانه سرعت مورد نظرشان، خروجی حرارتی را چند برابر می کند و رفتار فیلم روانکاری را تحت تأثیر قرار می دهد.

تقاضای بار بیش از حد

افزایش ناگهانی فشار یا عملیات اضافه بار طولانی مدت باعث افزایش مداوم دما می شود.

چرخه های مکرر شروع و توقف

تغییرات بار ناگهانی سیستم را از ایجاد الگوهای روانکاری و خنک کنندگی پایدار باز می دارد و باعث افزایش تنش حرارتی بر یاتاقان می شود.

پوشیدن طولانی مدت و پیری طبیعی

حتی با نگهداری مناسب، عملیات طولانی مدت منجر به سایش اجتناب ناپذیر می شود.

نمای کلی مکانیسم پوشیدن

عناصر نورد به تدریج نرمی خود را از دست می دهند

سطوح Raceway توسعه میکرو حفره

کانال های روغن کاری تا حدی مسدود می شوند

راندمان اتلاف گرما کاهش می یابد

این تخریب آهسته باعث افزایش دما در طول زمان می شود و در نهایت منجر به گرمای بیش از حد مداوم می شود.

جدول خلاصه ویژگی های محصول

جدول زیر مشخصات ساختاری و عملکردی را که معمولاً در طراحی یاتاقان کمپرسور برای کنترل حرارتی در نظر گرفته می شود، خلاصه می کند.

نتیجه گیری

گرمای بیش از حد در یاتاقان های کمپرسور از ترکیبی از عوامل مکانیکی، حرارتی، عملیاتی و محیطی ناشی می شود. عوامل مهم عبارتند از عدم تعادل بار، کمبود روغنکاری، سرعت چرخش بیش از حد، آلودگی، اتلاف حرارت ناکافی، تخریب مواد، ناهماهنگی، و شرایط عملیاتی نامناسب.

درک این دلایل برای بهینه سازی قابلیت اطمینان تجهیزات، طراحی سیستم های کمپرسور دوار با کارایی بالا و افزایش طول عمر قطعات ضروری است. با بهبود طراحی روانکاری، اصلاح انتخاب مواد، افزایش دقت تراز، و تقویت سازه های خنک کننده، مهندسان می توانند به طور موثر از خرابی حرارتی یاتاقان جلوگیری کرده و عملکرد کمپرسور را در محیط های مختلف صنعتی حفظ کنند.