管磨機(jī)高低壓稀油站高壓原理及應(yīng)用之探討（1）

1 前言
　　高低壓稀油站（包括高、低壓兩個供油系統(tǒng)）可用于水泥廠磨機(jī)滑履軸承（托瓦與滑環(huán)）或主軸承（軸瓦與中空軸）的靜動壓潤滑。其中高壓供油系統(tǒng)在磨機(jī)啟動及停止前向托瓦中間的油腔強(qiáng)制輸入壓力油，使滑環(huán)（磨機(jī)）浮起，形成一定厚度的靜壓油膜，以避免磨機(jī)在轉(zhuǎn)速過低的情況下由于形成不了動壓油膜而使托瓦與滑環(huán)干摩擦，延長托瓦的使用壽命。磨機(jī)達(dá)到正常轉(zhuǎn)速或完全停止后，高壓泵停止工作。低壓供油系統(tǒng)自磨機(jī)啟動前就向滑履軸承供油，一直至磨機(jī)停止后，延續(xù)一段時(shí)間再停止工作，其作用為冷卻滑履軸承和提供其產(chǎn)生動壓油膜所需的潤滑油。
　　由于低壓部分的壓力和流量等參數(shù)的確定較簡單，故本文僅對高壓部分的參數(shù)確定作一些探討。
2 高壓供油系統(tǒng)工作原理
　　高壓供油系統(tǒng)工作原理見圖1。
　　高壓油泵輸出油液，經(jīng)單向閥供給托瓦油腔，當(dāng)油腔壓力瞬間升高達(dá)到“高高壓”，其在滑環(huán)上的作用力之和等于磨機(jī)的總重量（G）時(shí)，磨機(jī)即被頂起，在托瓦和滑環(huán)之間形成一間隙，油泵輸出的油液就通過該間隙由油腔向四周溢出，形成靜壓油膜。此時(shí)油腔內(nèi)油壓也降至一恒壓（高中壓），且從油腔向外逐漸變低，至托瓦邊緣時(shí)為零。靜壓油膜形成過程壓力變化見圖2。
　　當(dāng)系統(tǒng)過載時(shí)安全閥打開產(chǎn)生溢流以卸壓而保護(hù)系統(tǒng)。安全閥的調(diào)定壓力應(yīng)比“高高壓”高出一些。電觸點(diǎn)壓力表測定的是進(jìn)入油腔的油壓（若不考慮管道阻力，可近似看成是油腔內(nèi)的油壓），用來控制磨機(jī)系統(tǒng)的開停。
　　 因?yàn)?臺磨機(jī)共人4個托瓦，進(jìn)、出料端各2個托瓦（圖3）。故油壓作用在滑環(huán)上的有效總托力為：
G=4fcos30°=4Pacos30° （1）
式中 f--單個托瓦上高壓油對滑環(huán)的作用力，N；
P--油壓，MPa；
A--單個托瓦的承壓面積，m2；
　　　在磨機(jī)沒有被頂起前，托瓦承壓面積等于油腔面積，且作用面上各處的壓力相等。磨機(jī)一旦被頂起后（即形成了靜壓油膜），承壓面積擴(kuò)展到整個托瓦，這時(shí)油腔內(nèi)壓力相等，油腔向外壓力逐漸變小，直至托瓦邊緣為零。因磨機(jī)在頂起前、后的重量沒變，但頂起后托瓦承壓面積的增大，故頂起后油腔內(nèi)的壓力(P高中壓)要元小于頂起前油腔內(nèi)的壓力（P高高壓）。由圖4和圖5可以看出，陰影面積視為油壓對磨機(jī)的托力，兩者面積應(yīng)相等，都對應(yīng)于磨機(jī)對托瓦的載荷，很顯然P高中壓小于P高高壓，這就是磨機(jī)被頂起后壓力遠(yuǎn)小于頂起前壓力的根本原因。
　　磨機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，高壓泵停止后，壓力表測到的壓力P動壓是低壓供油形成動壓油膜后油腔內(nèi)的壓力。因此時(shí)油腔內(nèi)的壓力不是托瓦徑向的最高壓力，且其壓力下降段曲線變化與靜壓時(shí)不同等原因，造成P動壓＜P高中壓，見圖6。
　　磨機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，而高壓泵還沒有停止，此時(shí)的壓力為P過渡，它介于P高中壓和P動壓之間，這是由于動壓和靜壓一起作用的結(jié)果，且相互影響，故壓力波動較大。
　　表1是在某水泥廠調(diào)試φ3.8m×12m水泥磨（滑履軸承）高低壓稀油站時(shí)測到的一組壓力數(shù)據(jù)。
　　表1中4個托瓦的P高中壓相差較大，主要是磨機(jī)制造安裝偏差、磨內(nèi)物料分布不均而使各個托瓦上的載荷不同和每個托瓦的實(shí)際承壓面積有所不同等原因造成。
表1 某廠φ3.8m×12m磨機(jī)滑履軸承托瓦油腔的壓力
壓 力　　　　　　　　　　　　　 　 托 瓦 編 號　
　　　　　 　 1　　　　　　　　 2　　　　　　　　　 3　　　　　　 　　 4　
P高高壓　　　～35　　　　　　 ～35　　　　　　　　 ～35　　　　　　 ～35　
P高中壓　　　 20　　　　　　　 18　　　　　　　 　 19　　　　　　 　 14　
P過渡　　　 11～15　　　　　 10～17　　　　　　　　 9～11　　　 　 11～12　
P動壓　　　 6.5～8　　　　　 5～9.5　　　　　　　　 5.5～6　　　 7.5～8.5　
注：托瓦1和2位于磨機(jī)出料端，托瓦3和4位于進(jìn)料端。
3 高壓供油系統(tǒng)壓力和流量的確定
φ3.8m×12m磨機(jī)的參數(shù)見表2。
表2 φ3.8m×12m磨機(jī)參數(shù)
　　　 磨機(jī)重/t　　　　　 托瓦中間　　　　 托 瓦　　 托瓦與滑環(huán)在圓周
（含鋼球和物料） 　　　　油腔直徑/mm　　　 寬/mm　　　方向接觸面積/mm2　
　　　　　 360　　　　 　　 106　　　　　 　 550　　　　　 550×550　
3.1 計(jì)算P高高壓
　　　 　 設(shè)4個托瓦所承受的載荷相等，按式（1）則P高高壓=G/（4Acos30°）=50.7（MPa）與實(shí)際的～35MPa有一定的偏差。這可能與油腔邊緣在頂起前就沒有被滑環(huán)完全封死，有油液滲漏出去而造成承壓面積有所增加；或者是壓力表反應(yīng)滯后所致。
3.2 “高中壓”、流量和縫隙量之間的關(guān)系
　　　　　 圖7為固定平行平板縫隙內(nèi)的流動示意，根據(jù)資料[1]所述，通過固定平行平板縫隙的流量為：
Q=Δpbδ3/12μL
則有 Δp=12μLQ/bδ3 （2）
式中 Δp--縫隙前后壓差，Pa；　
μ--動力粘度，Pa·s（μ=ρν，其中ρ為流體密度，kg/m3；ν為運(yùn)行粘度，m2/s）；
L--縫隙長度，m；
Q--通過縫隙的流量，m3/s；
b--縫隙寬度，m；　
δ--縫隙量，m。