冶金设备中油气润滑技术的研究.doc

冶金设备中油气润滑技术的研究 　　 [摘 要] 油气润滑技术具有传统润滑技术所没有的优点，如冷却速度快、可精确计量等，在冶金产业中得到广泛应用。本文分析了油气润滑的机理，如两相流的形态、供油量的影响，并且介绍了油气润滑系统所使用的润滑剂性能的要求。 　　 [关键词] 油气润滑；两相流；供油量；润滑剂 　　Abstract：The technique of oil-air lubrication has many advantages different from traditional ones, such as high cooling speed, accurate measurement etc. Now it has been applied widely in metallurgical industry. This paper examines the lubricating mechanism, such as morphology of two-phase flow and effect of oil feeding rate. The requirement of lubricants used in oil-air lubrication system is also introduced. 　　Keywords：Oil-air lubrication; Two-phase flow; Oil feeding rate; Lubricant 　　机械设备的润滑方式有很多种，其中传统的设备润滑方式主要有油脂润滑、循环润滑、滴油润滑、喷射润滑等。但是随着机械设备向高速、重载、高自动化程度等复杂工况和长使用寿命的方向发展，传统的润滑技术已不能适应机械工业的发展要求，如加快热量散失和克服氧化磨损等。20世纪60年代，德国REBS公司开发了一种新的气液两相流体润滑技术，提出将润滑油按计量分配后，输送到专门设计的油气混合装置，再通过管道输送到润滑点。油气可以在轴套周围形成气套，防止水和有害气体等对轴承的侵蚀，且形成的油气对流可以带走轴承内部的热量，直接冷却轴承。因此，油气润滑技术在传统润滑方式受限的设备润滑系统中得到广泛使用。 　　1 油气润滑的原理 　　油气润滑技术是利用压缩空气在管道内的流动，带动润滑油沿管道内壁不断流动，把油气混合体输送到各个润滑部位。整个过程中，可以以恒定的压力对压缩空气进行连续不断地供给，而润滑油的供给间隔时间和供油量则是根据各个不同摩擦点的消耗量定量分配。每隔一定时间，使用定量油泵输出的微量润滑剂，在油气混合器中与压缩空气混合。在油气混合器里，两相油气混合流中的油和压缩空气并不凝聚，而是被流动的压缩空气吹成油滴，油滴沿输送管道的内壁流动，最终附着在管壁上形成润滑油膜。油气润滑的工作原理见图1。 　　 　　 　　 　　 　　 　　图1 油气润滑的工作原理示意图[1] 　　1.1 两相流形态分析 　　油气润滑中的油气输送过程十分特殊，与其他润滑方式不同。关于油气在管道中输送过程的流场形态目前也尚无明确的结论，主要有环状薄膜流动、螺旋状薄膜流动及波浪形薄膜流动等几种观点。 　　王等[1]认为润滑油的流动形态受压缩空气的雷诺数的影响很大。当雷诺数Re=2448时，压缩空气处于层流状态，润滑油呈间断的聚集态流动，油中气泡粒径比较大（图2a）；当Re≈6892时，气体处于湍流状态，润滑油呈连续油膜状流动（图2b）；当Re9365时，润滑油夹杂在高速压缩气流中，呈现不规则、无定形的运动形态，破坏了油气润滑所需的连续性流动条件。通过数值模拟发现，润滑油呈波浪式翻滚运动形态，可以在润滑油和管道壁之间形成许多气室。气室与周围润滑油的压力差，导致空气扩散到润滑油中，形成气液两相流，如图3所示。 　　 　　 　　 　　 　　图2 润滑油流场形态与雷诺数的关系 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　图3 润滑油中空气分布及其压力 　　1.2 供油量的影响 　　润滑油的供应量是油气润滑中的关键参数,也是衡量油气润滑优越性的指标之一。通常，供油量根据不同润滑点的实际消耗量来进行定量控制，供油量过小或过大都会导致润滑效果的降低。 　　王等[1]研究发现，在滚动轴承油气润滑系统中，不同的工况条件下，对应着不同的最佳供油量，如图4所示。当供油量较小时，滚动轴承处于边界润滑，材料和能量的损失较大；随着供油量的增加，系统的温升逐渐降低，表明润滑膜的最小厚度已经大于表面的当量粗糙度，系统处于弹性流体动压润滑状态；若供油量继续增加，则搅动油的产热增多，引起系统的温升增大，对油气润滑效果不利。