黄岭
(攀钢集团攀枝花钢机有限公司攀枝花617000)
【摘要】针对高线轧机油气润滑系统给油量无法控制、油耗高、管路布局不合理等问题进行了分析，结合 现场实际提出了油气润滑改造方案并实施，降低了设备润滑故障和润滑油消耗。
【关键词】高速殊材油气润濟节能环、保
Energy Conservation and Environmental Protection Renovation of A ir-oil Lubrication System for High-speed Wire Mill
HUANG Ling
(Pansteel Group Panzhihua Steel & Vanadium Co., Ltd., Panzhihua 617000)
【Abstract】Make an analysis on the problems such as uncontrollable oil supply,high oil consump- tion and unreasonable pipeline layout in the air—oil lubrication system of high-speed wire mill.Combined wi
th the actual situation,an air-oil lubrication renovation plan is put forward.Lubrication failures and lubricant consumption are reduced.
【Key words】High speed wire,air—oil luhrication,energy conservation and environment protection
1前言
攀钢高线轧机全线采用连续无扭轧制，全线 设置液压润滑系统13套，设计润滑及液压油消耗 0.2kg/t。高线轧机有稀油润滑、干油润滑及油气润 滑3种润滑方式。投产以来，油气润滑系统故障频 繁，导致轴承润滑不良、烧损量大、油耗高。2017年 5~12月高线油气润滑系统共消耗分配器65个，最 高每天消耗润滑油3桶(600 L)，远超全线润滑及 液压油设计消耗总量（约370kg/d)。消耗的润滑 油大量进入水系统，不仅增加水处理成本，还存在 重大环保隐患。本文从理论和实际两方面对原有 油气润滑系统存在的问题进行分析，提出油气润滑 系统优化解决方案并取得预期效果。 2油气润滑原理及影响油气润滑的主要参数
2.1油气润滑原理
油气润滑是将润滑油和压缩空气喷到管道中 形成一股紊流状的两相油气混合流，两相油气混 合流中油和压缩空气并不真正融合，而是在压缩 空气的作用下，带动润滑油沿着输油管道内壁不 断地螺旋状流
动并形成连续油膜，最后以精细的连续油滴方式喷到润滑点（见图1)。因为快速流 动的压缩空气在润滑点有冷却和密封效果，又被 称为“气液两相流体冷却润滑密封技术”。油气润 滑大量应用于轧机轴承润滑，是公认的一种先进 成熟润滑技术。
润滑油
!
压缩空气二^ ▼—_
图1油气润滑原理
2.2影响油气润滑的主要参数
轴承润滑效果主要由供油量和摩擦副稳定均 匀的油膜来保证。在长管道输送过程中，油气为 理想的气液两相流，供油量与油气管道中的油膜厚度和油膜速度有关。
2.2.1 油膜厚度
油气两相流在不考虑回转运动和忽略管道截 面突变引发的情况下，管内油膜厚度可按下式计算，即：
-
41 -
多油润滑图3为实验得出的圆柱滚动轴承在多油润滑和 少油润滑状态下动摩擦力矩与旋转速度(1 x …)之 间的变化曲线'其中《为每分钟的轴承转数乂为 滚动轴承的中径。图2油量最小，轴承的温度和摩擦最小。旋转速度（rf .x n )图3轴承动摩擦力矩与旋转速度的变化曲线同旋转速度下，少油润滑的动摩擦力矩要比 多油润滑小得多。原系统每天耗油量3桶约600L 且轴承烧损严 重，耗油量远大于设计消耗。不考虑管路系统泄 漏原因（实际存在），说明原油气润滑系统油膜厚 度与油膜速度均偏大，导致高能耗和高消耗。3原有油气润滑系统缺陷分析3.1油气润滑系统组成油气润滑系统由1个主站、12个卫星站、中间 连接管道、PLC 控制系统及油气分配器等组成。原 油气润滑系统结构见图4。
S/xG
Tipd 2I
式中M - G - d — dp -油膜的平均厚度，m m
-油液的动力粘度，Pa .
-油液的流量，kg /s ;
-管径，mm ;
_沿管道的压降梯度。
润滑油的动力粘度越大(动力粘度=运动粘度/
密度），密度越小，油膜厚度越大。另外，润滑油的
运动粘度直接影响轴承摩擦力矩大小，决定着流
体的动力损耗。运动粘度越大，摩擦力矩就越大，
轴承摩擦损耗就越大。根据相关文献，当润滑点
出口油膜厚度为〇.2~0.3 mm 时，管道内油气两相流
状态相对稳定，油膜连续并能顺利通过弯曲管
路m 。高线油气润滑系统选用220号齿轮油。
2.2.2 油膜速度与气汪
在油气两相流中，气相的管内速度是指气相
容积流量与气相所占流通面积之比；液相的管内
速度是指液相容积流量与液相所占流通面积之
比。在油气管中油的流动速度远小于压缩空气流
速(一般油膜速度为2~5 cm /s ，压缩空气速度为50~
80m /s )。另外，压缩空气压力的大小必须克服两
相流在管道内输送过程中的压力损失，见下
式，即：
户空
式中：尸空 d p
_空气与润滑油混合前的入口压力，MPa ;稀油润滑
d €-压力梯度；
-
输送距离，>
油膜速度与气体压力和流速直接相关。根据
经验，一般润滑点喷口处气压控制在10~100kPa 。
同时，油气中的压缩空气从轴承座溢出时带走轴
承摩擦热并使轴承座内部产生10~30kPa 的微正
压，以防止外界粉尘与冷却水等杂质的侵入。
2.2.3 供油量
图2是从实验中得到的轴承温度《和摩擦随供
油量<?的变化曲线|21。
轴承温度、轴承摩擦和供油量并不呈正比关
系。最初一段时间，随着供油量的增大，轴承温度
和摩擦都在减小；随着供油量的不断增加，轴承的
温度和摩擦在某一段停顿后又开始增加。两条曲
线的最低点是油气润滑的最佳区域，这个区域供
轴承温度及摩擦随供油量的变化曲线动摩擦力矩雎龉够罡牟-42
-
三级分配器压缩空气图4原油气润滑系统结构示意较多，远近不同，导致油量分配不均，经常出现部
分润滑点仅吹风无润滑油情况。
(3) 分配器损坏频繁，管路长，接头多，跑胃滴漏
严重。油气在三级分配器混合前，润滑油和压缩空
气均为独立管路，管线和接头多，输送压力高，分配
器损坏和管路泄漏风险高。油气混合前的润滑油和
压缩空气最高管道压力分别达到10 MPa 、0.6 MPa 。
(4) 油泵不间断运行，能耗高。
(5) 气源管路未设置干燥及过滤器，存在杂质
和水污染情况。
(6) 气源管路不能进行压力调节，可控性差。
(7) 管路布置不合理，不便于点检及检修。油
气混合管选用紫铜管，不能观察油气进人润滑点
的情况。
主油站输出润滑油到12个卫星站，经过一级 分配器、二级分配器到三级分配器，最终在三级分 配器上与空气混合后形成油气混合物供应到292 个润滑点(初步设计润滑点数）。设备主要技术参 数见表1。3.2油气系统存在的主要缺陷及分析(1) 油气混合管路短，达不到连续均匀油滴供 给要求。三级分配器(油气混合)安装位置靠近润 滑点，最短管线长度不到200 mm ，油气混合后的油 膜还处于初始状态就进人润滑点，不能形成有效 的两相油气环状混合流，导致给油过量增加轴承 损耗。经检测，部分润滑点出n 压力达到200lcPa , 远超润滑点喷口处气压l ~l 〇〇kPa 的经验值。(2) 卫星站之间的油量分配不均。12个卫星 站油量由主站出口 12个支管供应，因卫星站数量4改造方案
4.1 油气润滑系统结构改造
将油气由后端混合改为前端混合，即在卫星 站内先用油量分配器对润滑油进行定量分配，然 后进人到油气混合块与空气混合形成两相油气
流，再由终端的油气分配器按量送到润滑点。根
据实践经验，将油气分配器至润滑点的压力维持 在0.06 MPa 左右，油气混合块至油气分配器中间管 路压力约0.2M Pa 比较好。改造后的油气润滑系统 结构见图5P 1。
改造后，大幅减少了油量分配器和油气混和 块数量，减少独立气管和独立油管，有利于供气和 供油稳定，减少了高压长距离输送泄漏风险。同
时，油气输送距离变长，有利于管内形成均匀稳定 的油膜，在润滑点达到最佳润滑效果。
表1设备主要技术参数
位置设备名称主要技术参数数量/(台/套）备注
主站主站油箱1000L 碳钢1
齿轮泵组件(含电动机）817min 13 M Pa 3电动机功率4kW
电磁换向阀三位四通出口 碳钢3
电磁溢流阀1
电控设备PLC 1
卫星站一级油量分配器二位四通电磁阀
出口 <H 4m m 碳钢12
润滑区域二级油量分配器(递进式）一进五出出口 <|>8m m 紫铜24
油气混合块(兼油气分配）一进二、四、五出，出口
</>10m m 紫铜120
压缩空气管道主管油气混合入口
小14 mm 、小22 m m
-43
-
将12个卫星站改造成5个，减少主站与卫星
站的中间管路；在卫星站内增加油量分配器、油气
混合器、压缩空气干燥过滤及压力调节装置、润滑
油截断装置；在油气混合器出n 段使用透明管道
与输送管道连接，便于及时发现油气输出异常。
改造后，实现主站与卫星站之间的稳定、均衡供
油，并通过卫星站将混合油气输送至各润滑区域。
进人油量分配器和油气混合块的润滑油、压缩空气
可按需调节，油气输送更加精准，还杜绝了压缩空气
中杂质及水对系统的影响。每个卫星站的工作状态
互不干扰，关闭任意1个或几个卫星站不能影响其它
卫星站正常工作。卫星站实物见图6。
4.3优化主站设备配置增加蓄能器，油泵由3台减少为2台，间歇厂作。 按照经验结合油量分配器和油气混合器参数要求， 进入油量分配器的润滑油压力控制在5~7 MPa 范围内比较适宜(最高不超过lOMPa )。当系统压力 高于7 MPa 时泵停止工作，低于5 MPa 时泵启动，在这 个范围内不仅降低能耗，还提高系统的稳定性。4.4优化油气分配器及油气管路布置优化管路布置，尽可能减少接头和弯头。
中 间连接管道选用304不锈钢，管接头采用卡套式。 同时，把油气分配器尽可能靠近润滑点布置，更换 分配器出口管道为透明管，便于点检和检修，降低 管路泄漏风险。油气分配器布置见图7。图7油气分配器布置图6卫星站实物
4.5优化润滑点数原系统设计292个润滑点，经过历次检修，实 际润滑点已发生较大变化，部分取消的润滑点未 封堵。优化调整后的润滑点252个，减少无效润滑 点的润滑油消耗。按照S K F 提供的耗油量计算公 式为：Q =W x d x B 式中----轴承单位小时的耗油量，mL /h ;d ---轴承内径，mm ;B ---轴承宽度，mm ;W ---系数，0.01 mm /h 。耗油量实际取值一般为计算值的4~20倍。 所有轴承每小时的耗油量为：{Q u x «i ) + ((?[, x n ：) + ■•• +Q & = c , X ;(Q k x n )式中：----轴承的总耗油量,mL /h ;—不同类型的单个轴承的含油量，mLTh ;
电控装置
f
Jt 油量分配器
V 油气混合块I 图5改造后油气润滑系统结构示意
4.2卫星站数量改造
;;
油
气
分
配
块
-44
-
C、—安全系数，取1.08;
n—轴承的数量。
252个润滑点理论耗油量为1426mI7h(3517d)。按理论耗油量2倍计算，预计实际耗油量为70 L/d，耗油量为原来的1/8。
4.6优化设备选型和电控系统
4.6.1 优化遴进式分肊眾
递进式分配器在卫星站内将主站供给的润滑 油按润滑点实际需要进行精确分配，是油气润滑 的关键设备。递进式分配器由1个起始片、若干个 中间片和一个终止片组成，每组递进式分配器都 装有1根指示杆，可安装在任意中间片，指示杆用 于操作人员目视递进式分配器是否正常工作。指示杆往复运动1次，表示该递进式分配器完成1个 工作循环，每个出油口均排1次润滑油。在指示杆 处装1个接近式开关，对递进式分配器的T.作状况 进行监视。
设置递进式分配器为间歇性工作，即在卫星 站内，递进式分配器的进油口前装〗个油阀，通过 它可以
接通或断开供给递进式分配器的润滑油3由于递进式分配器上装有接近式开关，可以对分 配器的工作次数进行计数，一旦工作次数达到1个 润滑周期的设定值，该油阀就会关闭，随后递进式 分配器就暂停工作，直到下1个工作周期。
根据各润滑区域的耗油量，5个递进式分配器 的润滑周期及油量分配见表2。
表2 5个递进式分配器的润滑周期及油量分配 m L7次
出油口编号1号递进式
分配器
2号递进式
分配器
3号递进式
分配器
4号递进式
分配器
5号递进式
分配器
1号0.60.20.20.40.4 2号0.20.60.60.50.4 3号0.20.20.20.60.2 4号0.30.30.30.40.2 5号0.60.60.60.2 6号0.20.20.20.2 7号0.30.30.30.3 8号0.60.20.2
9号0.2
10号0.2
11号0.3
每周期供油小计/(miv次） 3.7 2.6 2.61.91.9供油频率八次/⑴比）444 2.53每分钟供油量/mL14.810.410.4 4.75 5.7每分钟供油总量/mL46.05
4.6.2 优化油气混合块
油气混合块是油气润滑的主要设备，共设置5个，在卫星站内将从递进式分配器出来的润滑油和压缩
空气进行混合，形成油气。油气混合块的每1个出口 都装配有一段可目视油气流动情况的透明塑料管，连接处配有衬套，防止油渗漏，污染箱体，保持卫星 站平台干净。
4.6.3 优化油气分肊器
安装在油气混合块出口至润滑点之间的中间管路对油气进行均匀分配。根据润滑点布局和分 类，按照同等消耗量的润滑点由同一油气分配器分配原则，考虑距离远近，设置95个油气分配器，其中32个一级油气分配器负责向二级油气分配器 供油或直接进入润滑点，63个二级油气分配器到 润滑点。
4.6.4 优化电控糸晚
选用S7-300控制器，实现远程和机旁控制，主 要控制及报警功能见表3。
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