影響油膜軸承供油系統(tǒng)潤滑性能因素的控制

楊翠英

一、引言

油膜軸承是以油為介質(zhì)的液體摩擦軸承，工作時能在軸與軸承之間形成一個完整的壓力油膜，該壓力油膜使軸與軸承完全脫離金屬接觸，形成純液體摩擦，這與其他類型軸承相比，具有承載能力大使用壽命長，速度范圍寬，運行精度高，結(jié)構(gòu)尺寸小以及抗沖擊能力強等優(yōu)點。要保證油膜軸承的這些優(yōu)點，為其提供潤滑油的供油系統(tǒng)就必須運行穩(wěn)定可靠。

二、潤滑油清潔度控制

油膜軸承的油膜厚度一般只有0.025～0.07mm，一點微小的雜質(zhì)就會破壞油膜，加快油膜軸承的磨損速度。為保證油膜的正常形成，必須提高潤滑油的清潔度，因此在供油系統(tǒng)管路中必須設(shè)置過濾裝置，如圖1所示。一般在泵組出口設(shè)主過濾器，同時在進入各機架前設(shè)置二次過濾器。由于系統(tǒng)的連續(xù)工作和便于在線切換，應選擇兩個過濾器并聯(lián)成雙筒網(wǎng)式過濾器，為提高油液清潔度，選擇過濾器時應注意以下幾點。

1.原始壓差

原始壓差是過濾器最初使用時所顯示的壓差值。此值在過濾器選擇時，同精度情況下越小越好，一般此值≤0.025MPa為宜。

2.報警壓差

報警壓差指過濾器在滿足過濾精度的情況下所允許的最大壓差。越過此值時，表明過濾器可能已無法滿足系統(tǒng)過濾精度要求或已經(jīng)超過濾芯過濾能力，此時必須清洗過濾器。一般報警壓差值≤0.1MPa為宜。

3.過濾精度

過濾精度與使用的油膜軸承間隙有關(guān)，國內(nèi)油膜軸承潤滑系統(tǒng)的主過濾器精度一般為100μm，二次過濾器過濾精度選擇在80μm。

4.通油能力

通油能力即為過濾器實際允許通過的流量，與介質(zhì)黏度有密切的關(guān)系，國內(nèi)各過濾廠家所給出的過濾器額定流量為通過32號機械油的能力（環(huán)境溫度40℃時）。實際選擇時必須進行換算，經(jīng)驗公式見式（1）。

式中 Q——要求通過Q1流量時實際應選過濾器的額定流量（L/min）

Q1——實際介質(zhì)情況下過濾器應通過的流量

V1——實際介質(zhì)在40℃的運動黏度

V2——32號機械油在40℃的運動黏度

三、潤滑油溫度控制

潤滑油黏度隨溫度變化影響較大，尤其對于油膜軸承所使用的高黏度潤滑油，黏溫特性更顯著。在油膜軸承工作時，如果溫度升高，會產(chǎn)生三維方向上的不均勻溫度場，各種不均勻溫度場影響油膜黏度分布和壓力分布，使軸承產(chǎn)生熱變形，從而使油膜厚度進一步減薄，破壞液體摩擦。液體摩擦狀態(tài)破壞后，潤滑油溫度進一步升高，油黏度下降，分布壓力峰值升高，導熱更加不良，這就促成了一個惡性循環(huán)。對于高速軋機軸承，軸承中的熱積累帶來很大危害，最終出現(xiàn)軸承燒毀現(xiàn)象。所以，溫度升高對軸承潤滑性能的影響必須得到控制，在設(shè)計和維護過程中應注意以下幾點。

1.冷卻器的選擇

冷卻器應選擇冷卻效果好，工作可靠，抗泄漏能力強的冷卻器。如瑞士產(chǎn)的G×100-P的板式冷卻器，結(jié)構(gòu)緊湊，換熱面積大，傳熱效率高，維修方便。

2.冷卻水調(diào)節(jié)閥

冷卻水調(diào)節(jié)閥的目的是控制系統(tǒng)油溫恒定在某一溫度上，如圖2所采用的冷卻水調(diào)節(jié)閥，其工作原理是由一個溫度檢測器作為先導控制的伺服閥，控制介質(zhì)是壓力恒定的壓縮空氣。

四、潤滑系統(tǒng)壓力控制

油膜軸承在工作過程中，軋制速度是變化的，軸承中潤滑油的剪切流量也會發(fā)生變化。軸承內(nèi)流量的變化，也體現(xiàn)為軸承內(nèi)液阻的變化，進而表現(xiàn)為軸承進口油壓的變化。轉(zhuǎn)速升高，潤滑油耗油量增加，體現(xiàn)為軸承內(nèi)液阻減小，隨之進油壓力降低；反之，軸承進口壓力降低，反映軸承供油量不足，為了使供油量時時刻刻均能滿足要求，應該在軸承運轉(zhuǎn)過程中維持進油壓力基本不變。所以，為控制系統(tǒng)壓力基本恒定，系統(tǒng)需設(shè)置以下裝置。

1.系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)裝置

系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)裝置是為保證潤滑系統(tǒng)的供油壓力恒定而設(shè)置的，其基本原理為：在軸承需用流量減少時，主管壓力升高，此裝置開啟，溢流一部分流量回油箱，以保證壓力穩(wěn)定；反之在軸承需用流量增加時，主管壓力降低，此裝置減小開口度以減小溢流，從而保證主管壓力的穩(wěn)定。在選擇系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)裝置安裝位置時，應考慮過濾器和冷卻器的壓差，以免出現(xiàn)控制精度降低的問題。如圖3所示的壓力調(diào)節(jié)裝置，采用的是薄膜壓力調(diào)節(jié)閥，靈敏度高，控制精度高，系統(tǒng)供油壓力穩(wěn)定性好。

2.支路壓力調(diào)節(jié)裝置

由于每個油膜軸承到泵組的距離不同，為保證每個軸承進油口處的壓力基本一致并維持不變，必須在主管進入各油膜軸承的支路上設(shè)置穩(wěn)壓減壓閥。為保持油膜軸承進油口壓力的穩(wěn)定及調(diào)節(jié)時的靈敏度，穩(wěn)壓減壓閥須盡量靠近油膜軸承處。因此，有這些穩(wěn)壓減壓閥的作用，再加之穩(wěn)壓減壓閥之后的管路液阻力近似相等的先決條件，保證了每個油膜軸承供油壓力都基本相等。該支路壓力調(diào)節(jié)裝置與系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)裝置基本相同。

3.壓力罐裝置

壓力罐裝置，是一種氣液接觸式儲能罐，作用是消除系統(tǒng)中的壓力脈動和振動，并能保證設(shè)備在事故狀態(tài)和泵組突然斷電時，短時間內(nèi)供給油膜軸承所需的流量，防止油膜軸承燒損，也使軋機操作人員有足夠的時間在停機以前清除正在軋制的軋件。液位控制式壓力罐裝置，是不受環(huán)境限制較為安全穩(wěn)妥的一種。

在液位控制式壓力罐裝置中，壓縮空氣和壓力罐的開閉受電磁氣閥的控制，以便在壓力罐工作過程中對壓力罐進行充放氣。減壓閥及壓力罐上安全閥的調(diào)整值，應為系統(tǒng)壓力的最高值。壓力罐和主管的連接只有一根管路，但在管路上設(shè)置有氣動球閥或電動球閥，這些氣動球閥，電動球閥以及電磁氣閥受液位計及壓力傳感器的控制而開閉，從而使壓力罐內(nèi)介質(zhì)始終處于高低液位之間（圖4）。

五、系統(tǒng)流量控制

在軋制過程中，根據(jù)軋制規(guī)程表計算的對每個油膜軸承的供油量，要比油膜軸承在供油壓力下所能通過的流量小得多。如果直接對油膜軸承進行供油，潤滑系統(tǒng)將無法滿足流量要求，同時受各機架速度即軋制力不同的影響，甚至出現(xiàn)某油膜軸承過流，而某些油膜軸承缺油的情況，從而使某個油膜軸承供油壓力出現(xiàn)較大波動，造成軋機連鎖動作而停機。因此，必須將油膜軸承的供給油量限定在許可的工作流量內(nèi)，使各油膜軸承均能滿足要求。

根據(jù)細長小孔的節(jié)流原理，在系統(tǒng)進油管路上設(shè)置節(jié)流接頭，而節(jié)流噴嘴安裝在油膜軸承入口處，和穩(wěn)壓減壓閥配套對油膜軸承實行定量供油，安裝示意圖見圖5。

根據(jù)節(jié)流流量公式（2）。

式中 Q——進入油膜軸承流量

C——節(jié)流噴嘴流量系數(shù)，當節(jié)流噴嘴尺寸確定后此數(shù)為定值

A——節(jié)流噴嘴過流面積，當節(jié)流噴嘴尺寸確定后此數(shù)為定值

ρ——介質(zhì)密度

ΔP——節(jié)流噴嘴前后壓差，即ΔP＝P1-P0

由于油膜軸承的供油對于油膜軸承本身所能通過的流量來講，屬于不飽和供油。因此P0接近為0，故 ΔP＝P1，由此可以得出：當P1恒定時，Q也相應穩(wěn)定，且油膜軸承的受力和速度變化對P1幾乎不產(chǎn)生影響，確保了P1的穩(wěn)定，而P1是調(diào)節(jié)閥的出口調(diào)定值，僅僅決定于調(diào)節(jié)閥的靈敏性。特別注意的是，設(shè)置穩(wěn)壓減壓閥的壓力反饋裝置，應盡量靠近節(jié)流噴嘴。

六、其他附件及自動控制

油膜軸承潤滑系統(tǒng)根據(jù)不同的需要，還需配置多種流量儀表和潤滑件，其中有壓力表、溫度計、警報開關(guān)、壓力傳感器、溫度傳感器、水分檢測報警器以及凈油機等。

在自動控制方面，根據(jù)所需自動化程度高低，可以選擇不同的控制邏輯，如粗軋機的各種聯(lián)鎖要求，信號輸入輸出及顯示各種報警設(shè)置，實行數(shù)據(jù)監(jiān)控等。

七、結(jié)語

隨著油膜軸承技術(shù)研究的不斷發(fā)展，許多新技術(shù)在供油系統(tǒng)中得到了應用，如變頻控制技術(shù)，采用變頻控制技術(shù)的供油系統(tǒng)，系統(tǒng)的控制與調(diào)節(jié)簡化，節(jié)能效果明顯，并可減少投資及維護費用。以上對影響油膜軸承供油系統(tǒng)潤滑性能的因素控制方式的分析，為將來更多新技術(shù)在潤滑系統(tǒng)的廣泛應用提供借鑒。