Ce cauzează supraîncălzirea lagărelor compresorului?

Introducere

În echipamentele moderne de manipulare a fluidelor, rulmentul compresorului servește ca element de sprijin critic care stabilizează mișcarea arborelui, minimizează frecarea de rotație și asigură funcționarea continuă la sarcini mari. Pe măsură ce sistemele de compresoare progresează către viteză mai mare, dimensiuni mai mici și medii termice mai solicitante, provocarea supraîncălzirii rulmenților a devenit din ce în ce mai importantă. Supraîncălzirea acestei componente este mai mult decât o anomalie de temperatură; este adesea precursorul uzurii mecanice, degradării lubrifierii și instabilității structurale în întregul sistem de compresor rotativ.

Dezechilibru mecanic de sarcină

Dezechilibrul de sarcină mecanică este unul dintre declanșatorii primari ai stresului termic în rulmenții compresorului. Când ansamblul rotorului este supus la forțe axiale sau radiale neuniforme, rulmentul trebuie să compenseze punctele de presiune neregulate, rezultând o frecare de contact crescută.

Forțe radiale ridicate

Sarcina radială crește atunci când arborele compresorului este aliniat greșit, când sunt prezente rotoare dezechilibrate sau când vibrațiile componentelor rotative de mare viteză depășesc pragul proiectat. Pe măsură ce frecarea crește, rulmentul generează căldură proporțional, iar disiparea insuficientă are ca rezultat o supraîncălzire progresivă.

Forțe de împingere axiale

Sarcina de tracțiune axială apare din diferențele de presiune din interiorul camerei compresorului. Când nivelurile de tracțiune depășesc capacitatea de încărcare a rulmentului, frecarea de alunecare crește dramatic, permițând acumularea continuă de căldură. Controlul adecvat al distribuției sarcinii axiale este esențial pentru menținerea stabilității termice.

Mecanism de defecțiune legat de sarcină

Un rulment supus unei sarcini asimetrice sau excesive suferă un model previzibil de escaladare a temperaturii:

Tensiunea neuniformă crește frecarea suprafeței

Frecarea generează zone de căldură concentrată

Filmul de lubrifiant începe să se degradeze

Are loc contactul metal-metal

Picurile de temperatură accelerează uzura și eventual griparea rulmentului

Deficiență de lubrifiere și defalcare termică

Ungerea joacă un rol indispensabil în performanța termică a oricărui rulment al compresorului. Fără o peliculă adecvată de ulei, frecarea se intensifică, căldura se acumulează rapid și urmează degradarea termică.

Vâscozitate inadecvată a lubrifiantului

Pentru compresoarele de mare viteză, vâscozitatea lubrifierii este definită cu atenție pentru a echilibra fluiditatea și grosimea filmului. Un lubrifiant cu vâscozitate insuficientă nu reușește să mențină separarea dintre elementele de rulare și piste, crescând semnificativ riscul de acumulare de căldură. În schimb, vâscozitatea prea mare crește rezistența fluidului, generând căldură prin frecare internă.

Colapsul filmului de ulei

Prăbușirea peliculei de ulei poate apărea din cauza:

Temperatura excesiva

Operare de mare viteză

Ulei contaminat

Presiune inconsecventă a uleiului

Odată ce bariera de ulei se prăbușește, suprafețele metalice interacționează direct, provocând generarea instantanee de căldură și defecțiunea termică accelerată a rulmentului.

Neregularități ale sistemului de lubrifiere

Defecțiunile rețelei de lubrifiere a compresoarelor industriale - cum ar fi debitul instabil de ulei, pasajele înfundate sau restricțiile în liniile de alimentare - compromit direct disiparea termică. Funcționarea continuă sub lubrifiere slabă duce rapid la supraîncălzire.

Escaladarea frecării în medii de mare viteză

Viteza mare de rotație este un factor cunoscut la stresul termic. Pe măsură ce tehnologia compresoarelor avansează, turațiile mai mari sunt din ce în ce mai frecvente, necesitând ca structura lagărelor și materialele să reziste la niveluri ridicate de frecare.

Efecte centrifuge asupra elementelor de rulare

La viteze mari, forța centrifugă împinge elementele de rulare spre exterior, modificând distribuția sarcinii pe calea de rulare. Această schimbare crește presiunea localizată, ceea ce accelerează generarea de căldură.

Interacțiunea frecării alunecare vs

Chiar și în piesele de precizie ale compresorului, frecarea de alunecare nu poate fi niciodată eliminată complet. Când viteza de rotație crește brusc, frecarea de rulare trece parțial în frecare de alunecare, intensificând puterea termică.

Formula de generare crescută de căldură

Inginerii folosesc adesea un model simplificat pentru a înțelege creșterea termică bazată pe viteză:

Căldura generată ∝ Sarcină × Viteză × Coeficient de frecare

Pe măsură ce termenul de viteză crește, generarea de căldură devine disproporționat de mare, mai ales fără mecanisme robuste de răcire.

Limitări materiale și degradarea integrității suprafeței

Materialele pentru rulmenți trebuie să ofere durabilitate, rezistență termică și proprietăți structurale stabile. Când apar oboseala materială sau deformări microstructurale, generarea de căldură devine inevitabilă.

Micro-spălarea și creșterea rugozității suprafeței

Micile defecte pe calea de rulare sau pe elementele de rulare cresc rugozitatea suprafeței. Cu o rugozitate mai mare, frecarea crește și căldura se acumulează. Aceste micro-defecte tind să se extindă rapid la operare la presiune înaltă.

Înmuiere termică a oțelului pentru rulmenți

Când un rulment de compresor funcționează în apropierea pragului său de înmuiere a materialului, deformarea are loc mai ușor. Deformarea modifică traseul sarcinii, determinând distribuția neuniformă a tensiunilor și creșterea termică suplimentară, contribuind la instabilitatea structurală.

Impactul purității materialelor

Impuritățile din oțelul pentru rulmenți afectează atât duritatea, cât și conductibilitatea termică. Aliajele impure disipează slab căldura și generează puncte fierbinți care ridică temperaturile de funcționare.

Dezalinierea arborelui și inconsecvența structurală

Alinierea arborelui influențează direct comportamentul termic al rulmentului. Nealinierea intensifică frecarea prin modificarea interacțiunii geometrice intenționate între elementele de rulare și canalele de rulare.

Nealinierea unghiulară

Deviația unghiulară determină derapajul elementelor de rulare, generând modele de căldură anormale. Funcționarea continuă în condiții de nealiniere unghiulară are ca rezultat creșterea rapidă a temperaturii.

Nealinierea paralelă

Decalajul paralel produce o distribuție neuniformă a sarcinii, făcând ca un segment al rulmentului să poarte cea mai mare parte a sarcinii. Acest dezechilibru accelerează stresul termic.

Deformarea carcasei

Dacă carcasa compresorului se deformează din cauza vibrațiilor, expansiunii termice sau instalării necorespunzătoare, locașul rulmentului nu mai menține alinierea ideală, încurajând frecarea și supraîncălzirea.

Stresul termic indus de contaminare

Contaminanții sunt o cauză ascunsă, dar semnificativă a instabilității termice.

Intruziunea de particule dure

Particulele precum praful, resturile metalice sau reziduurile de prelucrare intră în mediul de lubrifiere și cresc frecarea abrazivă. Micro-zgârieturile rezultate evoluează în defecte generatoare de căldură.

Contaminarea cu umiditate

Umiditatea reduce vâscozitatea lubrifiantului, întrerupe continuitatea peliculei de ulei, induce coroziunea și crește nivelul de frecare. Generarea de căldură se accelerează rapid sub degradarea indusă de umiditate.

Incompatibilitate chimică

Anumiți contaminanți interacționează chimic cu lubrifianții, reducând performanța de lubrifiere și crescând sarcina termică pe rulmentul compresorului.

Structură insuficientă de disipare a căldurii

Chiar și atunci când lubrifierea și condițiile mecanice sunt adecvate, un rulment se poate supraîncălzi doar pentru că căldura nu poate scăpa eficient.

Proiectare slabă a căii termice

Dacă carcasa rulmentului nu are o cale eficientă de conducere a căldurii, acumularea termică devine inevitabilă. Conductivitatea materialului și grosimea peretelui influențează semnificativ performanța de răcire.

Ventilație sau debit de răcire inadecvat

În camerele compresoarelor sigilate, căldura se poate acumula rapid. Fără canale de flux de aer proiectate sau căi de conducție pasivă, temperatura rulmentului crește chiar și sub sarcină moderată.

Interferență de expansiune termică

Dacă componentele din jur se extind mai mult sau mai puțin decât rulmentul în sine, stresul termic apare sub formă de compresie, frecare și acumulare ulterioară de căldură.

Erori operaționale și parametri de utilizare incorecți

Practicile operaționale au o influență directă asupra performanței termice a rulmenților.

Operare cu viteză excesivă

Funcționarea compresoarelor dincolo de pragul de viteză prevăzut multiplică puterea termică și copleșește comportamentul filmului de lubrifiere.

Cerere de sarcină excesivă

Creșterea bruscă a presiunii sau suprasarcina prelungită produc o creștere continuă a temperaturii.

Cicluri frecvente de pornire-oprire

Modificările bruște ale sarcinii împiedică sistemul să stabilească modele stabile de lubrifiere și răcire, crescând stresul termic asupra rulmentului.

Purtare pe termen lung și îmbătrânire naturală

Chiar și cu o întreținere adecvată, funcționarea pe termen lung duce la uzură inevitabilă.

Prezentare generală a mecanismului de uzură

Elementele de rulare își pierd treptat netezimea

Suprafețele căilor de rulare dezvoltă micro-pitting

Canalele de lubrifiere devin parțial obturate

Eficiența de disipare a căldurii scade

Această degradare lentă determină creșterea temperaturii în timp, ducând în cele din urmă la supraîncălzire persistentă.

Tabel rezumat al caracteristicilor produsului

Următorul tabel rezumă caracteristicile structurale și funcționale luate în considerare în mod obișnuit în proiectarea rulmenților compresorului pentru controlul termic.

Concluzie

Supraîncălzirea lagărelor compresorului apare dintr-o combinație de factori mecanici, termici, operaționali și de mediu. Printre factorii critici se numără dezechilibrul sarcinii, deficiențele de lubrifiere, viteza de rotație excesivă, contaminarea, disiparea inadecvată a căldurii, degradarea materialului, alinierea greșită și condițiile de funcționare necorespunzătoare.

Înțelegerea acestor cauze este esențială pentru optimizarea fiabilității echipamentelor, proiectarea sistemelor de compresoare rotative de înaltă performanță și prelungirea duratei de viață a componentelor. Prin îmbunătățirea designului lubrifierii, rafinarea selecției materialelor, îmbunătățirea preciziei de aliniere și întărirea structurilor de răcire, inginerii pot preveni eficient defecțiunea termică a rulmentului și pot menține performanța stabilă a compresorului în diverse medii industriale..