消防泵轴承箱的知识

在大型消防泵液下泵运行过程中轴承箱常常发热，温度可达70oC以上。温度过高将影响润滑剂的性能。试验

表明即使同一批产品，箱体高温度也有高有低，通过更换轴承种类、调整向心推力轴承安装间隙也不能

控制温度。因此需要找到温度不确定的根本原因，并且有效加以控制。通过轴承箱传热共轭热传递 (CHT

：conjugate heat transfer)数值计算找到了导致温度过高的主要原因。共轭热传递问题可以分成两个计

算区域，充满流体的区域和固体区域。能量流动通过扩散过程在两个区域间传递。在离散计算方法方面，

有限元法(FEM)非常适用于纯粹的固体传热问题，在涉及流体的共轭热传递问题中基于有限元的有限体积

法(FVM)更为有效。本文采用有限体积法。

　　1、传热计算结果分析

　　忽略箱体内润滑油对传热的影响以及空气密度差导致传热的影响，该问题是轴对称问题，因此可以计

算一个扇形区域，a、b是轴承安装位置，线框内为水，其余为箱体与轴，箱体、轴与空气接触部分为空气

对流传热边界。图2是计算结果，暖色为高温，冷色为低温。虽然计算机的计算分析能力很强，但实际工

程问题有时很复杂，有关的计算参数有一定的近似性。这对计算精度有影响，在计算时应对这点有充分的

认识。在分析计算结果时，要注意到边界条件的不确定性所产生的影响。轴承箱传热计算中，水对流换热

是水泵的容积损失产生的强迫对流换热，它的传热系数与水泵的容积损失相关联，应该可以由设计控制。

但制造加工时的尺寸偏差导致了容积损失的不确定性，也就导致了水对流传热系数的不确定性。计算表明

传热系数的变化范围很大，对于比转速ns=76的消防泵，当容积效率在90％到98％时，与其流量相等价的

传热系数通常在390W／m2·oC~·1240W／m2·℃范围内变化。空气对流换热是自然对流换热，它的传热系

数与水泵所处的环境相关，因此也有不确定性。考虑消防泵通常安装在室内，空气流动的速度变化不会很

大，因此传热系数的变化不会很大。如果风速在0m／s~ 6.4／s范围内变化，按照经验公式，空气平均传

热系数在5 W／m2．oC到25 W／m2·℃的范围内变化。

　　水对流传热系数远比空气对流传热系数大，它是影响传热的主导因素，同时强迫对流换热可以由设计

者控制。因此如图3所示以水对流传热系数、平均空气对流传热系数这两个参数的变化来观察它们对计算

结果的影响。图3所示温度为轴承箱体的高温度，此点通常位于远离水泵叶轮的轴承附近。单个轴承发

热功率为1000W，环境温度为20oC。可以看出，由于水对流传热系数的变化范围比平均空气对流传热系数

的变化范围大得多，因此水对流更能影响轴承箱的高温度。

　　2、有效控温措施

　　为了控制温度可以适当降低容积效率，如果高温度不转子泵大于70oC，则水对流传热系数应不小于500 w

／m2·℃，并以此为依据计算水泵容积效率及相应零件尺寸。