管磨机高低压稀油站高压原理及应用之探讨（2）

　　根据托瓦的制造图，滑环和托瓦的接触是在550mm×550mm范围内（图3），按这种情况来计算压力、流量等参数极其复杂。因此可以把接触范围简化为在φ550mm的圆内（如图3中的虚线所示），再对计算结果作出修正。另外，托瓦的半径（R2197mm）与φ550mm相比相差较大，根据流体的特性，又可以把静压油膜假定为在一平面缝隙内；滑环的半径为R2195mm，通过计算，在接触的边缘，滑环和托瓦之间的间隙仅为0.0157mm（图8），再考虑托瓦的弹性变形，最后可以把静压油膜假定为在两个圆形平行平面形成的等间隙内（图9）。图9中微小圆环ds段内从里向外的流动可以认为是平行平板缝隙的流动，缝隙宽度为2πs，缝隙长度为ds，缝隙为δ。
由式（2）可以得到圆环ds两端的压差为：
dΔP=12ρνdsQ/2πsδ3=6ρνdsQ/πsδ3
则静压油膜从内到外的压差ΔP为：（略）
　　由于托瓦边缘的压力为零，则Δp=p（p为油腔内的压力），从上述可知，此时油腔内的压力应为“高中压”，即
P高中压=（6ρνQ/πδ3）1nR/γ （3）
则 Q=πδ3P高中压/（6ρν1nR/γ） （4）
（5）（略）从式（5）可看出，在滑履结构一定的情况下（即R和γ确定的情况下），静压油膜的厚度δ与流量Q、运动粘度ν成递增关系；与P高中压成递减关系，即与磨机重量成递减关系。
对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），求出在不同的运行粘度ν下，δ和P高中压之间的关系，见表3。
表3 不同压力P高中压和运动粘度ν时的缝隙δ值mm
　　ν　　　　　　　　　 P高中压/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：括号内的值由δ×cks30°算出，为磨机的上抬高度。
　　式（5）是在把滑环和托瓦的接触范围假定在φ550mm的圆内得出的，实际的接触范围是在550mm×550mm的方形内。由流体特性可知，在相同的接触面积下，圆形接触范围形成的油膜厚度应是最大的（针对滑环和托瓦这种结构形式）。由方形550mm×550mm算出与其面积相等的圆形半径为R310.3mm，代入式（5）可求出在R310.3mm和R275mm下的油膜厚度比值为1.09。因此，磨机的上抬高度应在（δ×cos30°）和（1.09×δ×cos30°）之间。这与现场实测的上抬高度在0.1mm～0.45mm之间（油液粘度约在100mm2/s～3000mm2/s范围内，磨机从空载到满载）是吻合的。
3.3 计算P高中压
　　式（3）P高中压关系式中没有磨机重量（G），故下面来推导与磨机重量有关的P高中压计算式。同样，先将磨机滑环和托瓦之间的接触假定为两个圆形平行平板的接触，如图9所示，其中圆环ds处的压力为p′。
根据式（3）求得
p′=（6рνQ/πδ3）1nR/γ-（6рνQ/πδ3）1ns/γ
则油压对上平板（滑环）的作用压力为
f=P高中压πγ2+ =P高中压π（R2-γ2）/21nR/γ
由G=4fcos30°。
得到：P高中压=（G1nR/γ）/ [2πfcos30°（R2-γ2）] （6）
　　由式（6）可看出，在滑履结构一定的情况下，（即R和γ确定的情况下），“高中压”值只与磨机总重量成正比。对φ3.8m×12m水泥磨，P高中压=11.6MPa。
　　同样，式（6）也是在把滑环和托瓦的接触范围假定在φ550mm的圆内而得出的，而实际上“高中压”值应比式（6）的计算值略小一些。
　　这与4个托瓦的实际“高中压”值（14MPa～20MPa）有一定的差距。式（6）结果是在假定托瓦与滑环的油膜间隙厚度不变的情况下得出的，而实际的油膜间隙厚度从内向外是逐渐增大（尽管微小，但还是存在。见图8），因此实际从内向外的压力下降要更快，实际的压力下降段曲线应象图5中的虚线所示而不是实线所示，由于整个曲线与横坐标形成的面积代表抬起的载荷，磨机载荷恒定，则面积相等，故虚线对应的“高中压”值比式（6）计算值要大。再加上一定的管道阻力损失等原因，致使实际“高中压”值比式（6）计算值高出一些。根据多次调试的经验，4个托瓦“高中压”的实际平均值约为式（6）计算值的1.5倍。
　　 理论上所选高压泵的允许峰值压力应大于“高高压”，泵的额定压力应大于“高中压”。但从现场多次调试情况看，实际“高高压”比理论“高高压”要小得多，因此在泵的选型时，若有类似调试数据，也可以选取允许峰值压力小于理论“高高压”的泵，但应有限度，而且泵的额定压力则必须大于“高中压”，至少应为式（6）计算值的2倍以上。
　　国外文章绍，滑环和托瓦之间静压油膜的最小厚度应保证不小于0.1mm，那么在工作油液粘度（即工作温度范围）和磨机重量确定的情况下，就可由式（4）很容易算出所需泵的量。
4 联锁控制及设定值确定
　 高压供油系统的电触点压力表（或压力继电器）用于对高压回路托瓦油腔油压的监控。当油压升高至“高高压”顶起磨机后，油压下降至一稳定值（高中压），形成静压油膜，在此过程中，压力表指针超过立即回跌落在“高高压”和“高中压”之间的上限设定值之下，在联锁控制中最好让计算机对超过上限设定值有“记忆”，并在跌落该上限设定值后发出启动磨机的信号。有些控制上只采用只要压力表指针超过上限设定值后就可启动磨机，这种控制方式会造成若安全阀的设定压力没有超过“高高压”但超过了压力表上限设定值而发出启动磨机的假信号（此时磨机并没有被顶起），当然这种情况在是没有适当调节安全阀的设定压力或安全阀性能不稳定的情况下才可能出现。下限设定值设定在比“高中压”低的数值（高低压）上，如果系统因泵故障或油管裂开而使油压下降低于该下限设定值时，则发出报警信号且停止磨机。
　本文认为，电触点压力表（或压力继电器）的上限设定值可设定在比实际出现的“高中压”值高出5MPa左右；下限设定值可设定在磨机形成动压油膜后（高压泵已停）的数值（P动压）上或略小。