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，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。
　　 因為1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。