影響油膜軸承供油系統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，結構尺寸小以及抗沖擊能力強等優點。要保證油膜軸承的這些優點，為其提供潤滑油的供油系統就必須運行穩定可靠。

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，因此在供油系統管路中必須設置過濾裝置，如圖1所示。一般在泵組出口設主過濾器，同時在進入各機架前設置二次過濾器。由于系統的連續工作和便于在線切換，應選擇兩個過濾器并聯成雙筒網式過濾器，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過濾精度要求或已經超過濾芯過濾能力，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，國內油膜軸承潤滑系統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，與介質黏度有密切的關系，國內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（環境溫度40℃時）。實際選擇時必須進行換算，經驗公式見式（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——實際介質情況下過濾器應通過的流量

V1——實際介質在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。對于高速軋機軸承，軸承中的熱積累帶來很大危害，最終出現軸承燒毀現象。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。如瑞士產的G×100-P的板式冷卻器，結構緊湊，換熱面積大，傳熱效率高，維修方便。

2.冷卻水調節閥

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

四、潤滑系統壓力控制

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生變化。軸承內流量的變化，也體現為軸承內液阻的變化，進而表現為軸承進口油壓的變化。轉速升高，潤滑油耗油量增加，體現為軸承內液阻減小，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，應該在軸承運轉過程中維持進油壓力基本不變。所以，為控制系統壓力基本恒定，系統需設置以下裝置。

1.系統壓力調節裝置

系統壓力調節裝置是為保證潤滑系統的供油壓力恒定而設置的，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定。在選擇系統壓力調節裝置安裝位置時，應考慮過濾器和冷卻器的壓差，以免出現控制精度降低的問題。如圖3所示的壓力調節裝置，采用的是薄膜壓力調節閥，靈敏度高，控制精度高，系統供油壓力穩定性好。

2.支路壓力調節裝置

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置穩壓減壓閥。為保持油膜軸承進油口壓力的穩定及調節時的靈敏度，穩壓減壓閥須盡量靠近油膜軸承處。因此，有這些穩壓減壓閥的作用，再加之穩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。該支路壓力調節裝置與系統壓力調節裝置基本相同。

3.壓力罐裝置

壓力罐裝置，是一種氣液接觸式儲能罐，作用是消除系統中的壓力脈動和振動，并能保證設備在事故狀態和泵組突然斷電時，短時間內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，是不受環境限制較為安全穩妥的一種。

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整值，應為系統壓力的最高值。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，從而使壓力罐內介質始終處于高低液位之間（圖4）。

五、系統流量控制

在軋制過程中，根據軋制規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，使各油膜軸承均能滿足要求。

根據細長小孔的節流原理，在系統進油管路上設置節流接頭，而節流噴嘴安裝在油膜軸承入口處，和穩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。

根據節流流量公式（2）。

式中 Q——進入油膜軸承流量

C——節流噴嘴流量系數，當節流噴嘴尺寸確定后此數為定值

A——節流噴嘴過流面積，當節流噴嘴尺寸確定后此數為定值

ρ——介質密度

ΔP——節流噴嘴前后壓差，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也相應穩定，且油膜軸承的受力和速度變化對P1幾乎不產生影響，確保了P1的穩定，而P1是調節閥的出口調定值，僅僅決定于調節閥的靈敏性。特別注意的是，設置穩壓減壓閥的壓力反饋裝置，應盡量靠近節流噴嘴。

六、其他附件及自動控制

油膜軸承潤滑系統根據不同的需要，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、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，如粗軋機的各種聯鎖要求，信號輸入輸出及顯示各種報警設置，實行數據監控等。

七、結語

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