管磨機(jī)高低壓稀油站高壓原理及應(yīng)用之探討(1)
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前言
高低壓稀油站(包括高、低壓兩個(gè)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(dòng)壓潤滑。其中高壓供油系統(tǒng)在磨機(jī)啟動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(tái)磨機(jī)共人4個(gè)托瓦,進(jìn)、出料端各2個(gè)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(gè)托瓦上高壓油對(duì)滑環(huán)的作用力,N;
P--油壓,MPa;
A--單個(gè)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(gè)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(duì)磨機(jī)的托力,兩者面積應(yīng)相等,都對(duì)應(yīng)于磨機(jī)對(duì)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(dòng)壓是低壓供油形成動(dòng)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(dòng)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(dòng)壓之間,這是由于動(dòng)壓和靜壓一起作用的結(jié)果,且相互影響,故壓力波動(dòng)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(gè)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(gè)托瓦上的載荷不同和每個(gè)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(hào)
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(dòng)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(gè)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(dòng)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(dòng)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。
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