油氣潤滑技術在有色行業的應用
2005-02-28
隨著現代工業生產朝著高速、重載、高效方向的發展，油杯、噴油潤滑、油霧潤滑等傳統的潤滑方式已經不能滿足生產需要，油氣潤滑作為一種新型高效的潤滑技術脫穎而出，并在其愈來愈廣泛的應用中顯示出無比的優越性。油氣是一種“氣液兩相流”，所謂“相”，就是指在異質系統中存在分界面的獨立物質，自然界中常見的物質有固、液和氣三相，即固相、液相和氣相。油氣潤滑就是將單相流體油和單相流體壓縮空氣混和后形成兩相油氣混合流，并利用這種“氣液兩相流”對運動區域進行潤滑與冷卻的一種潤滑方式。 一、油氣潤滑技術的優點 1、提高軸承承載能力從潤滑的意義來說，粘度是潤滑劑Z重要的物理性能，它直接影響著在潤滑表面所形成油膜的厚度。在重載軸承中，一般都會選擇具有較高運動粘度的潤滑油進行潤滑。 油氣潤滑對潤滑油粘度的適應范圍很廣，可以從0.02×10－3mm2／s到0.75×10－3mm2／s。而以前常用的油霧潤滑方式，僅適應于較低粘度（0.02×10－3mm2／s以下）的潤滑油。 對于另一種常用的潤滑方式油脂潤滑，也許很多人會由于表象而產生誤解，以為油脂是粘度非常高的一種潤滑油。其實，油脂是由基礎油、添加劑以及增稠劑或皂基所組成的固體或半固體之稠狀潤滑劑。油脂潤滑是依靠油脂中所含潤滑油的潤滑性，而增稠劑或皂基則可視為海綿，其作用是將潤滑油吸附住，以利于潤滑油來潤滑，并有時起增進潤滑性的作用。而油脂中潤滑油的粘度，其實大多低于0.15×10－3mm2／s。 另一方面，我國較早進行氣液兩相流體冷卻潤滑技術研究的哈爾濱工程大學通過實驗研究認為，在氣液兩相流中，液體與氣體牢固地形成了氣液“兩相膜”。而氣液“兩相膜”與單相液體膜相比，其粘度又大大提高。 2、提高軸承的運轉速度油氣潤滑可以將合適品種的潤滑油與經過過濾的壓縮空氣所組成的“氣液兩相流”以較高的速度噴射到潤滑區，在高速運轉的軸承摩擦面能有效形成具有一定承載能力的氣液“兩相膜”，氣液“兩相膜”的形成兼有流體動壓和流體靜壓的雙重作用。因此，使摩擦表面始終處在良好的工作狀態下，這一點是僅靠流體動壓形成的單相“流體膜”所無法比擬的。由于油氣潤滑的氣液兩相混合流體中含有大量氣體和少量的潤滑油，因此在高速工作條件下，溫升較低。又由于“氣液兩相流”能夠及時帶走大量的熱量，所以它還具有良好的冷卻降溫作用。 軸承制造商SKF公司的實驗證明，通過對軸承進行合適的油氣潤滑，在不改變任何機械構造的情況下，單列圓柱滾動軸承能大大提高其極限轉速。目前公開報道的是ndm值可達到2000000（ndm＝軸承轉速（r／min）×軸承直徑（mm））。 因此，采用氣液兩相流體的油氣潤滑，比以往任何潤滑方式具有更加寬廣的速度適應范圍。 3、提高軸承對惡劣工作環境的適應能力 對于油氣潤滑來說，潤滑區充滿壓縮空氣，形成正壓（0.02～0.08MPa，根據密封性能而有所不同），可以很好地防止灰塵、水、污物等的浸入，起到“密封”的作用，大大減少了軸承由于外界污染而造成的損壞，因此特別適合應用于苛刻的工況條件，軸承的工作可靠性得到顯著提高。 4、提高軸承的使用壽命軸承采用油氣潤滑，相對于采用其他潤滑方式，油膜破裂形成干摩擦的幾率降低，工作時軸承溫升降低，由于外界環境污染造成的意外損壞幾度降低。普遍情況下軸承壽命大幅提高，平均使用期限可以提高3～6倍。 5、極大地降低潤滑劑的消耗理論上，油氣潤滑中的潤滑劑100％被利用，它僅僅用于形成油膜。 但需要說明的是，在潤滑劑工作的過程中，漸漸地會有物理性能及化學性能的改變，形成所謂的“油渣”，因此，需要有新的潤滑劑補充進來，而老的潤滑劑在被利用完后，并不會消失，它會從軸承間隙或者專門設計的收集孔中排出。 軸承制造商SKF公司提供的Z低耗油量公式（經驗公式）為： Q＝C×D×B式中Q－單個軸所需要的潤滑油量，ml／h； C－系數，對于油氣潤滑，C＝0.00003～0.00005；對于油霧潤滑，C＝0.0005；對于油脂潤滑，C＝0.003； D－軸承外徑，mm；B－軸承列寬，mm。根據上述公式可以看出，油氣潤滑是油霧潤滑用量的1／10，是油脂潤滑用量的約1／100，故可以極大地降低潤滑劑的消耗，還可減少由于潤滑所帶來的環境污染。 二、油氣潤滑在有色行業的應用 在有色金屬行業的各種軋機上安裝的工作輥、中間輥和支承輥，其軸承座的特點是負荷較大，以往這些部位均采用油霧潤滑。隨著軋制裝備的發展，油霧潤滑越來越不能勝任。 1、由于現在的軋制速度越來越快，相應地對軸承潤滑的要求也越來越高，油霧潤滑逐漸顯示出對高速軸承潤滑的不勝任。 2、由于軸承腔內的正壓過小（約0.02MPa），不足以抵擋工藝軋制油侵入軸承座內部并危害軸承。 3、隨著對產品表面要求的不斷提高，油霧潤滑產生的大量霧狀油粒不斷污染產品也越來越不能被用戶所容忍。 另采用油霧潤滑時消耗掉的油中很大一部分變為對人體有害的極微小的霧狀油粒進入周圍的空氣中，成為健康的無形殺手。 由于上述因素，使得油霧潤滑不能適應技術發展的需要，因而油氣潤滑技術便得以迅速在有色行業中推廣應用。 三、油氣潤滑實際效果的驗證 根據以往的常識，油氣潤滑供送的極少量油量似不足以起到良好的潤滑作用，人們總是習慣上認為加大供油量的方法可靠，而油氣潤滑的事實證明，這種擔心是多余的。根據油氣潤滑供油量Q、軸承溫度T和摩擦NR三者之間的關系曲線（見圖1），供油量、軸承溫度和摩擦并不呈正比關系，當供油量增大到一定程度時，軸承溫度呈下降趨勢，在這條溫度曲線的中部，溫度值Z高，因為此時供油量還未到足以降低軸承的溫度；相反，由于多余的液體摩擦而產生了熱量。而隨著供油量的增大，軸承摩擦亦增大，而兩條曲線的Z低點恰好是供油量Z小的時候，這也是油氣潤滑的Z佳區域。因此，油氣潤滑用Z小的供油量卻能達到降低軸承溫度和減少軸承摩擦的良好效果。 針對這個課題，我們與上海歐騰工程技術公司的技術人員專門在云南新美鋁業的合卷機組油氣潤滑系統上對部分軸承進行了實驗，目的是驗證在微量供油條件下，軸承是否處于良好的工作狀況。實驗利用測量軸承的實際溫升數值作為軸承運轉狀況的判斷指標，每隔10～20min利用便攜式測溫儀對在線運轉的軸承之軸承座某個固定點進行溫度記錄。被測試軸承參數為：95／145×24，實際數據采集時，其轉速為800～2000r／min。 根據軸承制造商SKF公司提供的Z低耗油量公式（Q＝C×D×B），將進行測試的軸承參數代入耗油量公式，并取C＝0.00005，得出Z低工作油量Q＝0.174mL／h。經過較長時間的統計，得到一系列的測試數據，取平均值。（見表1） 表1數據表明，測試數據與圖1曲線吻合，即供油量達到油氣Z佳區域時，即使使用很少量的潤滑油，也可以很好地達到降低軸承溫度和減少軸承摩擦的效果。 綜上所述，采用油氣潤滑技術，可以減少耗油量，降低軸承溫度，延長軸承壽命，同時又不會污染環境。由于具有控制簡單、適用范圍廣、技術先進等各方面的優勢，油氣潤滑技術會逐步被人們所了解和接受。 四、油氣潤滑技術的Z新研究方向 隨著材料科學的發展，出現了一種新型潤滑材料—超細金屬粉。Z近，一些技術研究人員將超細金屬粉末分散加入到氣液兩相流中，形成的氣液固三相流體潤滑劑，顯示出了更為優越的潤滑性能。雖然目前尚未實際推廣使用，但可以預見，氣液固三相流體潤滑技術是氣液兩相流體潤滑技術的進一步發展，有著很好的開發前景。
