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管磨機主軸承潤滑油的選擇及報警溫度的確定
2010-06-10
引 言：長期以來，關于球磨機主軸承、滑履軸承(因兩者具有共性，本文主要以磨機主軸承為例)潤滑油的選擇，在不少磨機技術文件中注明：冬用油N100(或HJ-50)；夏用油N150(或HJ-90)。顯然，上述用油的選擇依據是環境溫度。其實，選擇油品不僅和環境溫度有關，而且和磨機內粉磨物料的溫度和冷卻水的溫度等因素有關。況且我國幅員遼闊，各地冬季不完全一樣，若按上述標準選擇潤滑油，磨機用戶便得不到要領，難以適從。
有的文件中還規定主軸承的瓦溫不得超過60～65℃，否則要報警及斷開主電動機。因此在實際生產中，當磨機軸瓦溫度超過上述值時，不少廠采用加大磨機主軸承稀油站的規格，增加軸瓦冷卻水的流量的方法，甚至于在軸瓦軸承合金中鋪設冷卻水，以達到降溫的目的。如果實在不行則將磨機開開停停，直接影響了生產。
本文通過對潤滑油的特性以及影響磨機軸瓦溫度的各個方面進行分析，認為應綜合考慮確定軸瓦溫度。
1 合理選擇油的粘度保障主軸承正常運轉
目前，現代化的磨機軸承都采用高壓油靜壓起動，形成靜壓油膜，而運轉時則產生動壓油膜。不管怎樣，軸、軸瓦之間必須要有具有一定承載能力、一定厚度的油膜存在，將兩者隔開。
要形成具有足夠承載能力的油膜，油的粘度是至關重要的。潤滑油必須具備合適的粘度，粘度過小，油在巨大壓力下被擠出，失去了油膜，運轉的軸和軸瓦便會發生金屬摩擦，燒瓦現象即刻發生。若油的粘度過大，油不易流入配合間隙，同樣也會發生金屬接觸，燒瓦同樣發生，因此，選擇合適的潤滑油粘度是保障磨機主軸承正常運轉的重要因素。
2 選擇潤滑油粘度的三要素
油粘度的選擇和軸承比壓、中空軸線速度和油溫三要素有關。
軸承的比壓越大，需要油的粘度應越大，這樣可提高油膜的承載能力；軸的線速度越高，油膜越容易形成，粘度可適當降低；油溫越高，潤滑油變稀，油膜承載能力便下降，因此要用粘度稍高的油。反之亦然。
就磨機主軸承而言，其軸承比壓是在1.6～1.9N/mm2范圍內；線速度是在1.2～3.6m/s范圍內，一旦磨機已經投入運行，比壓和線速度已經不能改變，是一常數，因此影響粘度的只能是油溫這個要素。這里必須指出，磨機主軸承的油溫是指埋設在軸瓦中的端面熱電阻的溫度，因為它非常接近軸承摩擦副中的油溫。
3 影響磨機主軸瓦溫度的因素
3.1 摩擦產生熱的影響
中空軸和軸瓦相對轉動，摩擦生熱，嚴格地說是兩者之間的油膜受剪切而產生的熱量，使軸承溫度升高，其數值相對較小。
3.2 受研磨體粉碎物料時產生熱量的影響
磨機在運轉時，研磨物料的功僅占總能耗的一小部分，而大部分能量都轉變為熱能和聲能。為此，物料在獲得大量熱量，流經出料中空軸或滑環時，熱量就傳遞給軸瓦。例如，裝有磨內噴水裝置的水泥磨出料溫度為120℃左右。若無噴水裝置，而進磨熟料又未充分冷卻時，出磨物料可達160℃以上。如此高溫度的物料源源不斷地流經中空軸及滑環，具有極大的熱容量，會使主軸承瓦溫大幅度上升，此時軸瓦溫度可高達70～80℃或更高。
物料傳遞給主軸瓦的熱量，促使軸瓦溫升的比例是Z大的。
3.3 受磨機類型的影響
由于磨機類型不同，對軸瓦溫升的影響是不同的。
濕法原料磨加入的是料漿，磨內溫升不高，出料主軸承的瓦溫是Z低的；水泥磨出料主軸瓦的溫度是Z高的；烘干原料磨及風掃煤磨在進料的同時還要通熱風，若用窯尾廢氣烘干物料，進風溫度達350℃；若用輔助熱風爐，入磨氣體溫度達450℃。這樣進料主軸承的溫度較一般的磨機要高。
3.4 受磨機結構的影響
磨機進、出料螺旋筒(錐套)和中空軸之間設有隔熱層，為的是減少物料傳遞到中空軸乃至軸瓦上的熱量。有的磨機隔熱層很薄(圖1)，有的磨機隔熱層較厚(圖2)。對于水泥磨出料主軸承而言，希望有較厚的隔熱層來阻隔熱量的傳遞。
有的文件中還規定主軸承的瓦溫不得超過60～65℃，否則要報警及斷開主電動機。因此在實際生產中，當磨機軸瓦溫度超過上述值時，不少廠采用加大磨機主軸承稀油站的規格，增加軸瓦冷卻水的流量的方法，甚至于在軸瓦軸承合金中鋪設冷卻水，以達到降溫的目的。如果實在不行則將磨機開開停停，直接影響了生產。
本文通過對潤滑油的特性以及影響磨機軸瓦溫度的各個方面進行分析，認為應綜合考慮確定軸瓦溫度。
1 合理選擇油的粘度保障主軸承正常運轉
目前，現代化的磨機軸承都采用高壓油靜壓起動，形成靜壓油膜，而運轉時則產生動壓油膜。不管怎樣，軸、軸瓦之間必須要有具有一定承載能力、一定厚度的油膜存在，將兩者隔開。
要形成具有足夠承載能力的油膜，油的粘度是至關重要的。潤滑油必須具備合適的粘度，粘度過小，油在巨大壓力下被擠出，失去了油膜，運轉的軸和軸瓦便會發生金屬摩擦，燒瓦現象即刻發生。若油的粘度過大，油不易流入配合間隙，同樣也會發生金屬接觸，燒瓦同樣發生，因此，選擇合適的潤滑油粘度是保障磨機主軸承正常運轉的重要因素。
2 選擇潤滑油粘度的三要素
油粘度的選擇和軸承比壓、中空軸線速度和油溫三要素有關。
軸承的比壓越大，需要油的粘度應越大，這樣可提高油膜的承載能力；軸的線速度越高，油膜越容易形成，粘度可適當降低；油溫越高，潤滑油變稀，油膜承載能力便下降，因此要用粘度稍高的油。反之亦然。
就磨機主軸承而言，其軸承比壓是在1.6～1.9N/mm2范圍內；線速度是在1.2～3.6m/s范圍內，一旦磨機已經投入運行，比壓和線速度已經不能改變，是一常數，因此影響粘度的只能是油溫這個要素。這里必須指出，磨機主軸承的油溫是指埋設在軸瓦中的端面熱電阻的溫度，因為它非常接近軸承摩擦副中的油溫。
3 影響磨機主軸瓦溫度的因素
3.1 摩擦產生熱的影響
中空軸和軸瓦相對轉動，摩擦生熱，嚴格地說是兩者之間的油膜受剪切而產生的熱量，使軸承溫度升高，其數值相對較小。
3.2 受研磨體粉碎物料時產生熱量的影響
磨機在運轉時，研磨物料的功僅占總能耗的一小部分，而大部分能量都轉變為熱能和聲能。為此，物料在獲得大量熱量，流經出料中空軸或滑環時，熱量就傳遞給軸瓦。例如，裝有磨內噴水裝置的水泥磨出料溫度為120℃左右。若無噴水裝置，而進磨熟料又未充分冷卻時，出磨物料可達160℃以上。如此高溫度的物料源源不斷地流經中空軸及滑環，具有極大的熱容量，會使主軸承瓦溫大幅度上升，此時軸瓦溫度可高達70～80℃或更高。
物料傳遞給主軸瓦的熱量，促使軸瓦溫升的比例是Z大的。
3.3 受磨機類型的影響
由于磨機類型不同，對軸瓦溫升的影響是不同的。
濕法原料磨加入的是料漿，磨內溫升不高，出料主軸承的瓦溫是Z低的；水泥磨出料主軸瓦的溫度是Z高的；烘干原料磨及風掃煤磨在進料的同時還要通熱風，若用窯尾廢氣烘干物料，進風溫度達350℃；若用輔助熱風爐，入磨氣體溫度達450℃。這樣進料主軸承的溫度較一般的磨機要高。
3.4 受磨機結構的影響
磨機進、出料螺旋筒(錐套)和中空軸之間設有隔熱層，為的是減少物料傳遞到中空軸乃至軸瓦上的熱量。有的磨機隔熱層很薄(圖1)，有的磨機隔熱層較厚(圖2)。對于水泥磨出料主軸承而言，希望有較厚的隔熱層來阻隔熱量的傳遞。
又如滑履軸承，挑出筒體外的滑環(圖3)，因為遠離物料，溫度較低。而焊接滑環(圖4)，因為貼近物料，它和襯板之間又無隔熱層，因此軸瓦的溫度是Z高的，Z高可達85～90℃。
3.5 受磨機周圍環境溫度的影響
磨機周圍環境溫度也影響軸瓦的溫度。例如季節、地埋位置，甚至包括車間的通風程度等。筆者曾見過某水泥廠，煤磨無廠房，直接被放置在回轉窯旁，環境溫度極高，磨機工況十分惡劣，在這種情況下環境溫度對瓦溫的影響因素急劇增加。
3.6 主軸承冷卻水溫及冷卻水量的影響
磨機主軸承用水包括兩個方面，一是主軸瓦內的竄水，二是主軸承稀油站中水冷卻器用水。
冷卻水的水溫及水量對瓦溫影響也是較大的，尤其是水溫。因為水源有所不同，有的廠用河水或湖水，有的廠用地下水，因此冷卻水的入水溫度是有差別的。水溫也受季節的影響。某一水泥廠地處太湖邊，在炎熱的夏季太湖淺水區的水已被曬得發燙，根本起不到冷卻水的作用，此時軸瓦溫度就會上升。反之，用地下水降溫效果就十分明顯。
誠然，當瓦溫偏高，冷卻水入水溫度又不能改變時，加大水量進行降溫也是可取的。
3.7 外設稀油站的影響
磨機主軸承稀油站有兩個作用。，供給建立動壓油膜所需的油量；第二，帶走多余的熱量，給軸瓦降溫。通常，使主軸承形成動壓油膜的油量約6～10L/min就夠了，而FLS公司用的是16L/min。我國通常用25L/min，有的甚至于用到45L/min。這里便包含了帶走熱量所需要的潤滑油量。
4 磨機主軸承潤滑油的選擇及報警溫度的確定
綜上所述，影響磨機主軸承正常運轉的條件是：是否建立起具有支承能力的油膜，而油膜和油的粘度有關，而油粘度直接受油溫即瓦溫的影響。因此選擇什么牌號的油關鍵是在瓦溫這個因素上。
我國工業用潤滑油是以該油在40℃時的運動粘度為牌號的。如N320是指該油在40℃時的運動粘度為320mm2/s。當然，在磨機運轉時，軸承摩擦副中的油溫并非40℃，而是工況溫度。此時的粘度并非320mm2/s，而是某一特定的值。該值可以通過粘溫曲線圖查得。
一般礦物油，粘度指數為95時，40℃時的粘度和100℃時的運動粘度對應值約為表1。
磨機周圍環境溫度也影響軸瓦的溫度。例如季節、地埋位置，甚至包括車間的通風程度等。筆者曾見過某水泥廠，煤磨無廠房，直接被放置在回轉窯旁，環境溫度極高，磨機工況十分惡劣，在這種情況下環境溫度對瓦溫的影響因素急劇增加。
3.6 主軸承冷卻水溫及冷卻水量的影響
磨機主軸承用水包括兩個方面，一是主軸瓦內的竄水，二是主軸承稀油站中水冷卻器用水。
冷卻水的水溫及水量對瓦溫影響也是較大的，尤其是水溫。因為水源有所不同，有的廠用河水或湖水，有的廠用地下水，因此冷卻水的入水溫度是有差別的。水溫也受季節的影響。某一水泥廠地處太湖邊，在炎熱的夏季太湖淺水區的水已被曬得發燙，根本起不到冷卻水的作用，此時軸瓦溫度就會上升。反之，用地下水降溫效果就十分明顯。
誠然，當瓦溫偏高，冷卻水入水溫度又不能改變時，加大水量進行降溫也是可取的。
3.7 外設稀油站的影響
磨機主軸承稀油站有兩個作用。，供給建立動壓油膜所需的油量；第二，帶走多余的熱量，給軸瓦降溫。通常，使主軸承形成動壓油膜的油量約6～10L/min就夠了，而FLS公司用的是16L/min。我國通常用25L/min，有的甚至于用到45L/min。這里便包含了帶走熱量所需要的潤滑油量。
4 磨機主軸承潤滑油的選擇及報警溫度的確定
綜上所述，影響磨機主軸承正常運轉的條件是：是否建立起具有支承能力的油膜，而油膜和油的粘度有關，而油粘度直接受油溫即瓦溫的影響。因此選擇什么牌號的油關鍵是在瓦溫這個因素上。
我國工業用潤滑油是以該油在40℃時的運動粘度為牌號的。如N320是指該油在40℃時的運動粘度為320mm2/s。當然，在磨機運轉時，軸承摩擦副中的油溫并非40℃，而是工況溫度。此時的粘度并非320mm2/s，而是某一特定的值。該值可以通過粘溫曲線圖查得。
一般礦物油，粘度指數為95時，40℃時的粘度和100℃時的運動粘度對應值約為表1。
表1 40℃和100℃下的運動粘度對應值mm2/s
注：表中粘度是一個平均值，對不同的油品都應有和一個粘度范圍。
根據生產實踐，軸瓦溫度和主軸承用油牌號之間的關系如表2所示。
表2 主軸承用油牌號、油溫(瓦溫)范圍和主電動機斷開溫度之間的關系
注：報警信號可以和主電動機斷開同步發生，也可以提前5℃報警。
雙滑履的焊接滑環由于和襯板直接接觸，瓦溫是Z高的，潤滑油的牌號及報警溫度還需增加。
判斷一臺新磨機應使用哪一種油，應根據環境溫度、冷卻水溫度及流量、粉磨物料的溫度、磨機的型式等等因素來綜合判斷軸瓦可能處在的溫度范圍，然后選擇某種牌號的潤滑油。在生產實踐中再加以調整，生產穩定后使用潤滑油的牌號便固定下來了。
判斷一臺新磨機應使用哪一種油，應根據環境溫度、冷卻水溫度及流量、粉磨物料的溫度、磨機的型式等等因素來綜合判斷軸瓦可能處在的溫度范圍，然后選擇某種牌號的潤滑油。在生產實踐中再加以調整，生產穩定后使用潤滑油的牌號便固定下來了。
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