管磨機(jī)高低壓稀油站高壓原理及應(yīng)用之探討（2）

　　根據(jù)托瓦的制造圖，滑環(huán)和托瓦的接觸是在550mm×550mm范圍內(nèi)（圖3），按這種情況來(lái)計(jì)算壓力、流量等參數(shù)極其復(fù)雜。因此可以把接觸范圍簡(jiǎn)化為在φ550mm的圓內(nèi)（如圖3中的虛線所示），再對(duì)計(jì)算結(jié)果作出修正。另外，托瓦的半徑（R2197mm）與φ550mm相比相差較大，根據(jù)流體的特性，又可以把靜壓油膜假定為在一平面縫隙內(nèi)；滑環(huán)的半徑為R2195mm，通過(guò)計(jì)算，在接觸的邊緣，滑環(huán)和托瓦之間的間隙僅為0.0157mm（圖8），再考慮托瓦的彈性變形，最后可以把靜壓油膜假定為在兩個(gè)圓形平行平面形成的等間隙內(nèi)（圖9）。圖9中微小圓環(huán)ds段內(nèi)從里向外的流動(dòng)可以認(rèn)為是平行平板縫隙的流動(dòng)，縫隙寬度為2πs，縫隙長(zhǎng)度為ds，縫隙為δ。
由式（2）可以得到圓環(huán)ds兩端的壓差為：
dΔP=12ρνdsQ/2πsδ3=6ρνdsQ/πsδ3
則靜壓油膜從內(nèi)到外的壓差ΔP為：（略）
　　由于托瓦邊緣的壓力為零，則Δp=p（p為油腔內(nèi)的壓力），從上述可知，此時(shí)油腔內(nèi)的壓力應(yīng)為“高中壓”，即
P高中壓=（6ρνQ/πδ3）1nR/γ （3）
則 Q=πδ3P高中壓/（6ρν1nR/γ） （4）
（5）（略）從式（5）可看出，在滑履結(jié)構(gòu)一定的情況下（即R和γ確定的情況下），靜壓油膜的厚度δ與流量Q、運(yùn)動(dòng)粘度ν成遞增關(guān)系；與P高中壓成遞減關(guān)系，即與磨機(jī)重量成遞減關(guān)系。
對(duì)φ3.8m×12m水泥磨，已知：Q=9.47×10-5m3/s，R=275mm，γ=80mm，ρ=950kg/m3，代入式（5），求出在不同的運(yùn)行粘度ν下，δ和P高中壓之間的關(guān)系，見(jiàn)表3。
表3 不同壓力P高中壓和運(yùn)動(dòng)粘度ν時(shí)的縫隙δ值mm
　　ν　　　　　　　　　 P高中壓/MPa　
（mm2·s-1）　　　　 5　　　　　 　 10　　 　 15　　　　　　 20　
　　50　　　　 0.13（0.11） 0.10（0.09） 0.09（0.08） 0.08（0.07）　
　　100　　　　 0.16（0.14） 0.13（0.11） 0.11（0.10） 0.10（0.09）　
　　400　　　　 0.26（0.23） 0.20（0.17） 0.18（0.16） 0.16（0.14）　
　　1000　　　 0.35（0.30） 0.28（0.24） 0.24（0.21） 0.22（0.19）　
　　1500　　　 0.40（0.35） 0.32（0.28） 0.28（0.24） 0.25（0.22）　
　　2000　　　 0.44（0.38） 0.35（0.30） 0.30（0.26） 0.28（0.24）　
　　3000　　　 0.51（0.44） 0.40（0.35） 0.35（0.30） 0.32（0.28）　
注：括號(hào)內(nèi)的值由δ×cks30°算出，為磨機(jī)的上抬高度。
　　式（5）是在把滑環(huán)和托瓦的接觸范圍假定在φ550mm的圓內(nèi)得出的，實(shí)際的接觸范圍是在550mm×550mm的方形內(nèi)。由流體特性可知，在相同的接觸面積下，圓形接觸范圍形成的油膜厚度應(yīng)是最大的（針對(duì)滑環(huán)和托瓦這種結(jié)構(gòu)形式）。由方形550mm×550mm算出與其面積相等的圓形半徑為R310.3mm，代入式（5）可求出在R310.3mm和R275mm下的油膜厚度比值為1.09。因此，磨機(jī)的上抬高度應(yīng)在（δ×cos30°）和（1.09×δ×cos30°）之間。這與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的上抬高度在0.1mm～0.45mm之間（油液粘度約在100mm2/s～3000mm2/s范圍內(nèi)，磨機(jī)從空載到滿(mǎn)載）是吻合的。
3.3 計(jì)算P高中壓
　　式（3）P高中壓關(guān)系式中沒(méi)有磨機(jī)重量（G），故下面來(lái)推導(dǎo)與磨機(jī)重量有關(guān)的P高中壓計(jì)算式。同樣，先將磨機(jī)滑環(huán)和托瓦之間的接觸假定為兩個(gè)圓形平行平板的接觸，如圖9所示，其中圓環(huán)ds處的壓力為p′。
根據(jù)式（3）求得
p′=（6рνQ/πδ3）1nR/γ-（6рνQ/πδ3）1ns/γ
則油壓對(duì)上平板（滑環(huán)）的作用壓力為
f=P高中壓πγ2+ =P高中壓π（R2-γ2）/21nR/γ
由G=4fcos30°。
得到：P高中壓=（G1nR/γ）/ [2πfcos30°（R2-γ2）] （6）
　　由式（6）可看出，在滑履結(jié)構(gòu)一定的情況下，（即R和γ確定的情況下），“高中壓”值只與磨機(jī)總重量成正比。對(duì)φ3.8m×12m水泥磨，P高中壓=11.6MPa。
　　同樣，式（6）也是在把滑環(huán)和托瓦的接觸范圍假定在φ550mm的圓內(nèi)而得出的，而實(shí)際上“高中壓”值應(yīng)比式（6）的計(jì)算值略小一些。
　　這與4個(gè)托瓦的實(shí)際“高中壓”值（14MPa～20MPa）有一定的差距。式（6）結(jié)果是在假定托瓦與滑環(huán)的油膜間隙厚度不變的情況下得出的，而實(shí)際的油膜間隙厚度從內(nèi)向外是逐漸增大（盡管微小，但還是存在。見(jiàn)圖8），因此實(shí)際從內(nèi)向外的壓力下降要更快，實(shí)際的壓力下降段曲線應(yīng)象圖5中的虛線所示而不是實(shí)線所示，由于整個(gè)曲線與橫坐標(biāo)形成的面積代表抬起的載荷，磨機(jī)載荷恒定，則面積相等，故虛線對(duì)應(yīng)的“高中壓”值比式（6）計(jì)算值要大。再加上一定的管道阻力損失等原因，致使實(shí)際“高中壓”值比式（6）計(jì)算值高出一些。根據(jù)多次調(diào)試的經(jīng)驗(yàn)，4個(gè)托瓦“高中壓”的實(shí)際平均值約為式（6）計(jì)算值的1.5倍。
　　 理論上所選高壓泵的允許峰值壓力應(yīng)大于“高高壓”，泵的額定壓力應(yīng)大于“高中壓”。但從現(xiàn)場(chǎng)多次調(diào)試情況看，實(shí)際“高高壓”比理論“高高壓”要小得多，因此在泵的選型時(shí)，若有類(lèi)似調(diào)試數(shù)據(jù)，也可以選取允許峰值壓力小于理論“高高壓”的泵，但應(yīng)有限度，而且泵的額定壓力則必須大于“高中壓”，至少應(yīng)為式（6）計(jì)算值的2倍以上。
　　國(guó)外文章紹，滑環(huán)和托瓦之間靜壓油膜的最小厚度應(yīng)保證不小于0.1mm，那么在工作油液粘度（即工作溫度范圍）和磨機(jī)重量確定的情況下，就可由式（4）很容易算出所需泵的量。
4 聯(lián)鎖控制及設(shè)定值確定
　 高壓供油系統(tǒng)的電觸點(diǎn)壓力表（或壓力繼電器）用于對(duì)高壓回路托瓦油腔油壓的監(jiān)控。當(dāng)油壓升高至“高高壓”頂起磨機(jī)后，油壓下降至一穩(wěn)定值（高中壓），形成靜壓油膜，在此過(guò)程中，壓力表指針超過(guò)立即回跌落在“高高壓”和“高中壓”之間的上限設(shè)定值之下，在聯(lián)鎖控制中最好讓計(jì)算機(jī)對(duì)超過(guò)上限設(shè)定值有“記憶”，并在跌落該上限設(shè)定值后發(fā)出啟動(dòng)磨機(jī)的信號(hào)。有些控制上只采用只要壓力表指針超過(guò)上限設(shè)定值后就可啟動(dòng)磨機(jī)，這種控制方式會(huì)造成若安全閥的設(shè)定壓力沒(méi)有超過(guò)“高高壓”但超過(guò)了壓力表上限設(shè)定值而發(fā)出啟動(dòng)磨機(jī)的假信號(hào)（此時(shí)磨機(jī)并沒(méi)有被頂起），當(dāng)然這種情況在是沒(méi)有適當(dāng)調(diào)節(jié)安全閥的設(shè)定壓力或安全閥性能不穩(wěn)定的情況下才可能出現(xiàn)。下限設(shè)定值設(shè)定在比“高中壓”低的數(shù)值（高低壓）上，如果系統(tǒng)因泵故障或油管裂開(kāi)而使油壓下降低于該下限設(shè)定值時(shí)，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)且停止磨機(jī)。
　本文認(rèn)為，電觸點(diǎn)壓力表（或壓力繼電器）的上限設(shè)定值可設(shè)定在比實(shí)際出現(xiàn)的“高中壓”值高出5MPa左右；下限設(shè)定值可設(shè)定在磨機(jī)形成動(dòng)壓油膜后（高壓泵已停）的數(shù)值（P動(dòng)壓）上或略小。