论液下泵使用四氟乙烯导轴承代替橡胶轴承可行

       对一批液下泵进行对比试验，采用橡胶导轴承，使用6 个月左右（约4000 h），泵都发生不同程度的震动，经对震动最厉害的泵解体检修，发现为橡胶导轴承损坏，换上采用本文介绍的方法设计的填充聚四氟乙烯导轴承，运行7856 h，解体检查，发现轴套光滑，导轴承无明显磨痕，运行9 123 h，经过解体检查，发现轴套光滑，导轴承磨损量极少。最终统计表明，这批泵采用填充聚四氟乙烯导轴承的平均寿命达到15 340 h。是橡胶导轴承寿命的3 倍多。

       液下泵轴采用导轴承支承，导轴承是液下泵主要易损件，其影响着液下泵的使用寿命，多年来一直是较难解决的问题，目前我国液下泵中多数采用橡胶或石墨为材料的导轴承，橡胶具有吸震性好，但耐腐蚀性比较差，且寿命较短；石墨导轴承耐酸性介质，但抗冲击性能差。因此都不能够完全满足工业生产的需要。经过多年的试验研究表明，采用填充聚四氟乙烯作为液下泵的导轴承可行。对其进行合理结构设计，使用寿命可大大高于橡胶导轴承和石墨导轴承。能够满足工业生产上的需要。

1 填充聚四氟乙烯导轴承性能
1.1 填充聚四氟乙烯物理性能
       聚四氟乙烯具有极其优异的耐腐蚀性能，磨擦系数小、不吸水、不粘、不燃，可在-180℃～+250℃条件下使用，但也存在着线膨胀系数大，尺寸稳定性差，导热性差，易冷流等缺点。为改善其性能，加入一定量玻纤和石墨等填充剂。
填充剂的加入使其耐磨性、硬度、导热系数、抗压强度得到了显著提高，线膨胀系数降低，见表1。
表1 填充聚四氟乙烯物理性能
      抗拉强度              冲击强度               线膨胀系数             比重              硬度              工作温度
      （MPa）               cm.kg/cm             cm/cm/℃×10     kg/cm3×10-3 （肖氏）         （℃）
        29.2                     25.3                       10.1                      2.21               65            -180～ 250

1.2 导轴承的热影响

    填充聚四氟乙烯导轴承最高工作温度可达250℃。

1.3 导轴承的水影响

    填充聚四氟乙烯导轴承具有良好的水、油安定性，在水、油中浸泡，其体积膨胀率近似为零。

1.4 抗腐蚀性

    填充聚四氟乙烯导轴承具有很好的抗腐蚀、抗油性能，能在各种腐蚀性介质中使用。

1.5 抗冲击性和承压能力

    填充聚四氟乙烯导轴承具有很高的抗冲击性能，吸收冲击负荷及回复原状的能力很强。在水润滑条件下，在正常运转时承压可达60.76 MPa。

1.6 线速度与摩擦系数
线速度越大，发热越大，在水润滑时，在一定压力下需要一定线速度来建立轴与导轴承间的液体润滑膜，以达到完全液体黏摩擦，在水润滑的条件下，填充聚四氟乙烯导轴承允许运转极限线速度为46 m/s。

2 导轴承结构设计

2.1 导轴承结构型式
导轴承结构设计非常重要，合理的导轴承结构能够大大延长导轴承的寿命，导轴承结构主要从有利于导轴承的散热、充分考虑有利于建立液体润滑膜、减少磨损等方面加以考虑，经过对比试验研究，采用图1 的结构是比较好的，它上面开有‘直通形’冷却水槽。

2.2 结构参数的确定

2.2.1 轴承长度L轴承的长度主要根据其需要承受的极限压力来确定，也可根据下式近似决定：
L =（1.2 ~ 2.0）D
式中D — 轴径（轴径小者取小值，大者取大值）

2.2.2 轴承壁厚b1的选择考虑到轴承散热需要，导轴承壁厚选取越薄越好。但考虑加工以及在轴承壁上开水槽等，导轴承须有一定壁厚。导轴承壁厚可按下式选取。
b1 =（0.25 ~ 0.35）D式中D — 轴径（轴径小者取小值，大者取大值）

2.2.3 水槽过流面积A的计算
水槽过流面积的计算主要考虑其水流具有一定的速度，以便将导轴承与轴套磨擦产生的热量带走，有利于建立液体润滑膜。具体按下式计算：
A=Qc/v
式中Qc -- 导轴承冷却水量，m3/s，的取值见图2；
v-- 水槽中流速；
v=（1.0~3.5）m/s；轴径小者取小值，大者取大值。水槽一般取6 个，因此根据过流面积A 可以计算出结构图中冷却水槽的尺寸。

2.2.4 导轴承两端倒角R×45°导轴承两端应倒角，其数值R = 3 ~ 8，小轴径取小值，大轴径取大值。

2.2.5 导轴承内径D1导轴轴承内径D1 = 轴径+ 运转间隙

3 冷却水量

填充聚四氟乙烯导轴承不能干运转，需要一定量的清洁水对它进行良好的润滑和足够的冷却，才能保证导轴承正常运转。冷却水量与导轴承的线速度有关。经试验得到冷却水量、轴径和线速度之间的关系图。导轴承需要的最小冷却水量按图2 选择。

4 运转间隙

导轴承与轴径之间的运转间隙很重要。过小增加安装难度，同时也不易形成液体膜，增加了导轴承与轴径之间的磨擦力，过大易引起泵震动，加快导轴承磨损，因此其实际取值见图3 。当导轴承在现场运转的最高温度高于加工时的温度，必须留一定的热胀间隙。其计算式如下：径向热胀值= 2×壁厚×热胀系数×温差长度热胀值=导轴承长度×热胀系数×温差