CN113309786A - 一种滑动轴承及搅拌装置、混合澄清槽 - Google Patents

一种滑动轴承及搅拌装置、混合澄清槽 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种滑动轴承，包括轴套、包套、以及衬套，所述包套设于所述轴套之外，所述衬套设于包套和轴套之间，衬套和包套固定连接，衬套和轴套之间滑动配合,衬套内设有复合固体润滑剂。本发明还公开一种包括上述滑动轴承的搅拌装置、以及混合澄清槽。本发明的滑动轴承耐磨损、自润滑性能强，可大大延长滑动轴承、搅拌装置的使用寿命，实现免维护运转，从而大大提高了混合澄清槽的运行稳定性及处理效率，有效降低设备的运行维护成本。

Description

一种滑动轴承及搅拌装置、混合澄清槽
技术领域
本发明具体涉及一种滑动轴承、以及包括滑动轴承组件的搅拌装置、混合澄清槽。
背景技术
混合澄清槽是核燃料后处理厂中常见的液-液萃取设备，搅拌装置是其关键组件，需按照无泄漏专用搅拌器设计，该搅拌装置下端的搅拌轴通常采用滑动轴承支撑。
由于混合澄清槽的搅拌装置的工作环境为硝酸蒸气腐蚀、放射性辐射等特殊工况条件，其滑动轴承不允许通过添加润滑油脂的方式来维护，使得该搅拌装置对滑动轴承的性能及润滑方式具有很高的要求。
目前，在役的混合澄清槽搅拌装置的下端的滑动轴承的材料通常为氮化硅陶瓷材料或者高硬度合金材料，其润滑状态为干摩擦，运转过程中不使用润滑剂，自润滑性能有限，运转一段时间后易出现严重磨损现象，导致搅拌装置振动、噪声增大，甚至无法运转等问题，严重影响搅拌装置及混合澄清槽整机的性能和使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种滑动轴承、以及包含该滑动轴承的搅拌装置、混合澄清槽，耐磨损，自润滑性能强，可大大延长滑动轴承、搅拌装置的使用寿命，实现免维护运转,从而大大提高了混合澄清槽的运行稳定性及处理效率，有效降低设备的运行维护成本。
根据本发明的一个方面，本发明提供一种滑动轴承，其技术方案如下：
一种滑动轴承，包括轴套、包套、以及衬套，所述包套设于所述轴套之外，所述衬套设于包套和轴套之间，衬套和包套固定连接，衬套和轴套之间滑动配合,衬套内设有复合固体润滑剂。
优选的是，所述轴套采用金属陶瓷复合材料制成，所述金属陶瓷复合材料包括以下重量百分比原料组分:碳化钛粉5～10％、镍粉8～12％、钼粉4～6％、铬粉2～5％，其余为碳化钨粉。
优选的是，所述包套采用不锈钢制成，所述不锈钢为1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、00Cr18Ni9、06Cr19Ni10、022Cr19Ni10、1Cr17、3Cr13、1Cr17Mn6Ni5N中的一种。
优选的是，所述衬套包括以下重量百分比原料组分:镍粉35～55％、铬粉15～22％、铁粉6～17％、钼粉2～5％、钨粉2～5％、镍包二硫化钼5～15％、石墨粉8～12％。
优选的是，所述复合固体润滑剂为BL型复合固体润滑剂。
优选的是，所述轴套包括轴套筒体、第一止推端部，所述第一止推端部为所述轴套筒体的一端，所述包套包括包套筒体和第二止推端部，所述第二止推端部为所述包套筒体的一端，所述衬套包括衬套筒体和第三止推端部，所述第三止推端部为所述衬套筒体的一端，所述衬套筒体套设于所述轴套筒体外，所述包套筒体固设于所述衬套筒体外，并且，第三止推端部的一端面与第一止推端部相抵，第三止推端部的另一个端面与第二止推端部相抵。
优选的是所述衬套还包括多个预留孔，多个所述预留孔分布在所述衬套筒体和/或所述第二止推端部上，所述复合固体润滑剂设于所述预留孔内。
优选的是，所述预留孔的直径为所述衬套筒体的内径的0.05-0.1倍，且各预留孔的总面积为所述衬套与所述轴套两者的摩擦面面积的15％-35％。
根据本发明的另一个方面，本发明提供一种搅拌装置，其技术方案如下：
一种搅拌装置，包括搅拌轴、轴承座、以及轴承，所述轴承采用以上所述的滑动轴承，所述滑动轴承设于所述轴承座中，所述搅拌轴穿设于所述轴套中。
根据本发明的又一个方面，本发明提供一种混合澄清槽，其技术方案如下：
一种混合澄清槽，包括搅拌装置，所述装置采用以上所述的搅拌装置。
本发明至少包括以下有益效果：
本滑动轴承设置轴套、衬套、以及包套三层结构，其中：轴套采用高硬度高耐磨的金属陶瓷复合材料材质，衬套采用抗辐照、耐腐蚀、耐磨损的自润滑复合材料材质，可实现滑动轴承在服役过程中轴套无磨损或极小的磨损；通过预置复合固体润滑剂，可与自润滑复合材料实现固液协同润滑，进一步增强滑动轴承的自润滑性能和抗磨损性能；包套作为承力件，其采用不锈钢材质，可提高滑动轴承结构强度和抗腐蚀性能；并且，本滑动轴承中不含核辐照条件下无法使用的铜和钴元素，可满足核化工设备对于滑动轴承的各类性能要求和服役过程的无给油使用要求，也就是说，本滑动轴承尤其适合用于核领域，并且可实现服役期免维修。
本发明的搅拌装置，由于采用了以上所述的滑动轴承，具有良好的抗辐照性能、优良的自润滑和抗磨损性能，使用寿命长，可适用于核化工领域，并且，可实现服役期免维护运转。
本发明的混合澄清槽，由于采用了以上所述的搅拌装置，作为混合澄清槽的液-液混合动力源，上述搅拌装置使用寿命长，服役期可免维护运转，因此混合澄清槽可以长期持续稳定可靠运行，从而大大提高了混合澄清槽的处理效率，有效降低设备的运行维护成本。
附图说明
图1为本发明实施例中的滑动轴承的结构示意图；
图2为本发明实施例中的衬套的结构示意图；
图3为本发明实施例中的搅拌装置的结构示意图。
图中：1-轴套；11-轴套筒体；12-第一止推端部；2-包套；21-包套筒体；22-第二止推端部；3-衬套；31-衬套筒体；32-第三止推端部；4-预留孔；5-搅拌轴；6-轴承座；7-固定环。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1所示，本实施例公开一种滑动轴承，包括轴套1、包套2、以及衬套3，包套2设于轴套1之外，衬套3设于包套2与轴套1之间，衬套3与包套1固定连接，衬套3与轴套1滑动连接，衬套2上设有复合固体润滑剂。
在一些实施方式中，所述滑动轴承优选为止推滑动轴承，其中，轴套包括轴套筒体11、第一止推端部12，第一止推端部12具有与轴套筒体11的内孔一致的孔，第一止推端部12为轴套筒体11的一端，第一止推端部12优选为法兰结构，第一止推端部12的孔和轴套筒体11的内孔为同轴设置，即轴套为T型内空结构；包套2包括包套筒体21和第二止推端部22，第二止推端部22具有与包套筒体21的内孔一致的孔，第二止推端部22为包套筒体21的一端，第二止推端部22的孔和包套筒体21的内孔为同轴设置，即包套为T型内空结构；衬套3包括衬套筒体31、第三止推端部32，第三止推端部32具有与衬套筒体31的内孔一致的孔，第三止推端部32为衬套筒体31的一端，第三止推端部32的孔和衬套筒体31的内孔同轴设置，即衬套为T型内空结构。衬套筒体31活动套设于轴套筒体11的外，包套筒体21通过热过盈方式等装配方式固设于衬套筒体31外，形成紧固连接，第三止推端部32的一端面与第一止推端部12相抵，第三止推端部31的另一个端面与第二止推端部22相抵。以搅拌装置为例，搅拌装置的搅拌轴5紧固安装在轴套筒体11的内孔中，工作时，轴套1随搅拌装置的搅拌轴5一同旋转，轴套1和衬套3构成摩擦副(即相接触的两个物体相对运动产生摩擦而组成的摩擦体系)，轴套1上的第一止推端部12与衬套3上的第三止推端部32之间相对滑动配合，轴套筒体11与衬套筒体31之间相对滑动配合。
在一些可选的实施方式中，第二止推端部22上可设有凹槽，凹槽的形状大小与第三止推端部32的T形凸出部相适配，第三止推端部32处于凹槽内。
在一些实施方式中，衬套3还包括预留孔4，预留孔4的数量为多个，多个预留孔4设于衬套筒体31和/第三端部32上，复合固体润滑剂设于预留孔4内。
具体来说，如图2所示，预留孔4在衬套筒体31上沿其轴向方向均匀分布，即预留孔4分布在衬套筒体31的圆柱面上，从而在衬套筒体31的轴向上形成多个预留孔圈。预留孔4在第三止推端部32上沿其径向方向均匀分布，即预留孔4分布在与第一止推端部12和第二止推端部22相抵的端面上，从而在衬套3的第三止推端部32的径向上形成多个预留孔环。相邻两个预留孔圈中的预留孔相切分布，相邻两个预留孔环中的预留孔相切分布，各预留孔4之间的孔间距≥预留孔4的直径。各预留孔4的直径为T型衬套3的内径(即衬套筒体的内孔直径)的0.05-0.1倍，并且，预留孔4的最小直径≥2mm,预留孔4的最大直径≤10mm。衬套3上各预留孔4的总面积为衬套3与轴套1两者的摩擦面面积的15-35％。通过对预留孔4进行上述的特定规律的排布，不仅可确保预留孔4内填充的复合固体润滑剂在滑动轴承工作过程中能够均匀的转移到衬套3与轴套1之间的摩擦面的所有区域，避免出现局部黏着现象而导致磨损失效，还可以尽可能降低预留孔对衬套整体结构强度的影响。
本实施例中，预留孔4直径优选为2.5mm(以衬套3的内径为50mm为例)，在衬套筒体31上每二十四个预留孔等间距排列形成一个预留孔圈和/或预留孔环，各预留孔4的总面积为摩擦面面积的22％。
在一些实施方式中，轴套1采用抗腐蚀、耐磨损性能的材料制成，比如，可采用金属陶瓷复合材料制成。
具体来说，所述金属陶瓷复合材料是以碳化钨粉、碳化钛粉、镍粉、钼粉和铬粉为原料通过放电等离子烧结工艺制备而成，其具体包括以下重量百分比原料组分:碳化钛粉5～10％、镍粉8～12％、钼粉4～6％、铬粉2～5％，其余为碳化钨粉。
采用放电等离子烧结工艺制备上述金属陶瓷复合材料的步骤包括：
1)按比例称取碳化钨粉、碳化钛粉、镍粉、钼粉和铬粉，在高能球磨机中进行球磨得到混合粉末，然后将其装入石墨模具中。其中，碳化钨粉、碳化钛粉、镍粉、钼粉、以及铬粉的纯度＞99％，粒度＜0.076mm；球磨时间为3-6h，球料比为3:1-8:1；石墨模具采用高强度石墨(压缩强度大于70MPa)制成。
2)将石墨模具置于放电等离子烧结炉中进行等离子活化烧结，烧结完成后随炉冷却至室温，即可获得块体的金属陶瓷复合材料。其中，放电等离子烧结炉中进行等离子活化烧结的工艺参数为：真空度＜10Pa，升温速度50℃/min-250℃/min，烧结温度为1240℃-1540℃，保温时间10min-25min，加压压力为10Mpa-35MPa，直流脉冲比12:2-12:10(ms)。
本实施例中，金属陶瓷复合材料的硬度＞75HRA，压缩强度＞2500MPa，弯曲强度＞500Mpa，具有高的硬度、良好的抗磨损性能和抗腐蚀性能。相比于现有技术(常用碳化钨钴金属陶瓷材料)，轴套1的所有化学组成均为抗辐照元素，不含钴元素，可极大地降低滑动轴承在服役后材料所具有放射性，安全性高，可满足核辐照环境下的使用要求。
本实施例中，轴套1采用的金属陶瓷复合材料优选包括以下重量百分比原料组成：碳化钨粉70％、碳化钛粉10％、镍粉10％、钼粉5％、铬粉占5％。制备工艺参数为：球磨时间为4h，球料比为5：1；真空度＜10Pa，升温速度为100℃/min，烧结温度为1360℃，保温时间为15min，加压压力为25MPa，直流脉冲比为12:6(ms)。此时，制得的金属陶瓷复合材料的硬度为82HRA，压缩强度为3300Mpa。
在一些实施方式中，包套2采用不锈钢制成。具体来说，不锈钢为1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、00Cr18Ni9、06Cr19Ni10、022Cr19Ni10、1Cr17、3Cr13、1Cr17Mn6Ni5N等可满足核工业设备需求的不锈钢中的任意一种。本实施例中，包套2优选采用022Cr19Ni10不锈钢制成。
在一些实施方式中，衬套3采用抗辐照、抗腐蚀的自润滑复合材料制成。
具体来说，所述自润滑复合材料是以镍粉、铬粉、铁粉、钼粉、钨粉、镍包二硫化钼粉和石墨粉通过中频感应热压工艺制备而成，其具体包括以下重量百分比原料组分:镍粉35～55％、铬粉15～22％、铁粉6～17％、钼粉2～5％、钨粉2～5％、镍包二硫化钼5～15％、石墨粉8～12％。
采用中频感应热压工艺制备上述自润滑复合材料的步骤包括：
1)按比例称取镍粉、铬粉、铁粉、钼粉、钨粉、镍包二硫化钼和石墨粉在高能球磨机中进行球磨得到混合粉末，然后将其装入石墨模具中。其中，镍粉、铬粉、铁粉、钼粉、钨粉、镍包二硫化钼、以及石墨粉的纯度＞99％，粒度＜0.076mm；球磨时间为2-4h，球料比为2:1-4:1；石墨模具采用高强度石墨(压缩强度大于70MPa)制成。
2)将石墨模具置于中频感应烧结炉中进行烧结，烧结完成后随炉冷却至室温，即可获得块体的自润滑复合材料。其中，中频感应烧结炉中进行烧结的工艺参数为：中频频率2600Hz，升温速度20℃/min-90℃/min，烧结温度为900℃-1350℃，保温时间15min-30min，加压压力为5Mpa-20MPa。
本实施例中，自润滑复合材料的硬度为20～120HB，压缩强度＞260Mpa，其制得的衬套3与上述金属陶瓷复合材料制得的轴套1构成本滑动轴承的摩擦副，相比于现有技术，该摩擦副的干摩擦系数＜0.25，具有自润滑性能，干摩擦磨损率＜5*10-14m3/(Nm)，具有良好的抗磨损性能，并且，衬套的所有化学组成均为抗辐照元素，不含铜元素，可确保本滑动轴承在服役期间材料组织与相的稳定性，满足核辐照环境下的使用要求。
本实施例中，衬套3采用的自润滑复合材料优选包括以下重量百分比原料组成：镍粉40％、铬粉18％、铁粉12％、钼粉4％、钨粉4％、镍包二硫化钼12％、石墨粉10％。制备工艺参数为：中频频率2600Hz，升温速度为50℃/min，烧结温度为1050℃，保温时间为15min，加压压力为10Mpa。此时，制得的自润滑复合材料的硬度为120HB，抗压强度为320Mpa。
在一些实施方式中，复合固体润滑剂为BL型复合固体润滑剂。本实施例中，复合固体润滑剂优选为中国科学院兰州化学物理研究所研制的BL型复合固体润滑剂产品，该BL型复合固体润滑剂性状为灰褐色细腻膏体，其锥入度为245mm，滴点为198℃，酸碱度＜0.1％，临界负荷(PB)为736N，烧结负荷(PD)＞7845N，在于0.5MPa和600rpm服役条件下，250小时磨损深度小于4微米，具有优良的润滑性能、抗磨损性和极压性能。在本滑动轴承装配时一次性填充完成到各预留孔4内，在滑动轴承服役期间不再补充增加。
本实施例的滑动轴承，依据摩擦学摩擦副设计原理，设置轴套、衬套、以及包套三层结构，其中：轴套(实际功能为轴)采用高硬度高耐磨的金属陶瓷复合材料材质，衬套采用抗辐照、耐腐蚀、耐磨损的自润滑复合材料材质，可实现滑动轴承在服役过程中轴套无磨损或极小的磨损；通过预置复合固体润滑剂，可与自润滑复合材料实现固液协同润滑，进一步增强滑动轴承的自润滑性能和抗磨损性能；包套作为承力件，其采用不锈钢材质，可提高滑动轴承结构强度和抗腐蚀性能；并且，本滑动轴承中不含核辐照条件下无法使用的铜和钴元素，可满足核化工设备对于滑动轴承的各类性能要求和服役过程的无给油使用要求，也就是说，本滑动轴承尤其适合用于核领域，并且可实现服役期免维修。
实施例2
如图3所示，本实施例公开一种搅拌装置，包括搅拌轴5、轴承座6、以及轴承，其中，所述轴承采用实施例1中所述的滑动轴承，滑动轴承设于轴承座6中，搅拌轴5穿设于轴套1的内孔中，搅拌轴5与轴套1固连，包套2与轴承座6固连。
具体来说，滑动轴承的数量可以为一个，也可以为多个。本实施例中滑动轴承的数量为两个，对应的，轴承座6设有两个用于安装上述滑动轴承的轴承安装部，两个滑动轴承分设于两个轴承安装部中，且两个滑动轴承的法兰端(即轴套1的第一止推端部12、包套2的第二止推端部22、以及衬套3的第三止推端部32所在端)背向设置，轴套1的第一止推端部12通过固定环固定进行轴向限位。
本实施例的搅拌装置，由于采用了实施例1所述的滑动轴承，具有良好的抗辐照性能、优良的自润滑和抗磨损性能，使用寿命长，可适用于核化工领域，并且，可实现服役期免维护运转。
实施例3
本实施例公开一种混合澄清槽，包括搅拌装置，其中，所述搅拌装置采用实施例2所述的搅拌装置。
具体来说，混合澄清槽槽还包括槽体，搅拌装置设于槽体内，用于对槽体内的物料(液体为主)进行搅拌。
本实施例的混合澄清槽，由于采用了实施例2所述的搅拌装置作为混合澄清槽内液-液混合的动力源，且搅拌装置的使用寿命长，服役期可免维护运转，因此，本混合澄清槽可以长期持续稳定可靠运行，从而大大提高了混合澄清槽的处理效率，有效降低运行维护成本。
可以理解的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，然而本发明并不局限于此。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变形和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种滑动轴承，其特征在于，包括轴套(1)、包套(2)、以及衬套(3)，
所述包套设于所述轴套之外，所述衬套设于包套和轴套之间，衬套和包套固定连接，衬套和轴套之间滑动配合,衬套内设有复合固体润滑剂。
2.根据权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，所述轴套采用金属陶瓷复合材料制成，所述金属陶瓷复合材料包括以下重量百分比原料组分:碳化钛粉5～10％、镍粉8～12％、钼粉4～6％、铬粉2～5％，其余为碳化钨粉。
3.根据权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，所述包套采用不锈钢制成，所述不锈钢为1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、00Cr18Ni9、06Cr19Ni10、022Cr19Ni10、1Cr17、3Cr13、1Cr17Mn6Ni5N中的一种。
4.根据权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，所述衬套包括以下重量百分比原料组分:镍粉35～55％、铬粉15～22％、铁粉6～17％、钼粉2～5％、钨粉2～5％、镍包二硫化钼5～15％、石墨粉8～12％。
5.根据权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，所述复合固体润滑剂为BL型复合固体润滑剂。
6.根据权利要求1-5任一项所述的滑动轴承，其特征在于，所述轴套包括轴套筒体(11)、第一止推端部(12)，所述第一止推端部为所述轴套筒体的一端，
所述包套包括包套筒体(21)和第二止推端部(22)，所述第二止推端部为所述包套筒体的一端，
所述衬套包括衬套筒体(31)和第三止推端部(32)，所述第三止推端部为所述衬套筒体的一端，
所述衬套筒体套设于所述轴套筒体外，所述包套筒体固设于所述衬套筒体外，并且，第三止推端部的一端面与第一止推端部相抵，第三止推端部的另一个端面与第二止推端部相抵。
7.根据权利要求6所述的滑动轴承，其特征在于，所述衬套还包括多个预留孔(4)，多个所述预留孔分布在所述衬套筒体和/或所述第二止推端部上，所述复合固体润滑剂设于所述预留孔内。
8.根据权利要求7所述的滑动轴承，其特征在于，所述预留孔的直径为所述衬套筒体的内径的0.05-0.1倍，且各预留孔的总面积为所述衬套与所述轴套两者的摩擦面面积的15％-35％。
9.一种搅拌装置，包括搅拌轴(5)、轴承座(6)、以及轴承，其特征在于，所述轴承采用权利要求1-8任一项所述的滑动轴承，
所述滑动轴承设于所述轴承座中，所述搅拌轴穿设于所述轴套中。
10.一种混合澄清槽，包括搅拌装置，其特征在于，所述装置采用权利要求9所述的搅拌装置。
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