油霧潤(rùn)滑和油氣潤(rùn)滑

1、機(jī)電設(shè)備維修課程技術(shù)論文論文題目：固體潤(rùn)滑的應(yīng)用系 別機(jī)電工程系 專業(yè)年級(jí)11機(jī)械制造與自動(dòng)化2班學(xué)生姓名楊桂營(yíng)學(xué)號(hào)33021102009日 期2013年6月油霧潤(rùn)滑和油氣潤(rùn)滑機(jī)械制造與自動(dòng)化二班楊桂營(yíng)33021102009摘要：油霧潤(rùn)滑和油氣潤(rùn)滑都屬于氣液兩相流體冷卻潤(rùn)滑技術(shù)，都是微量潤(rùn)滑。雖然油霧潤(rùn)滑具有良好的潤(rùn)滑效果，但有許多缺點(diǎn)，與油氣潤(rùn)滑相比就相 形見細(xì)。油氣潤(rùn)滑克服了油霧潤(rùn)滑的所有缺點(diǎn)，因此發(fā)展非常快，并在眾多場(chǎng)合 取代了油霧潤(rùn)滑，是迄今為止最先進(jìn)的極微量潤(rùn)滑技術(shù)。關(guān)鍵詞:油霧潤(rùn)滑，油氣潤(rùn)滑，比較，應(yīng)用一、引言二、概述油霧潤(rùn)滑屬于氣液兩相流體冷卻潤(rùn)滑技術(shù)，它作為一種較先進(jìn)的微量的潤(rùn)

2、滑 方式，曾經(jīng)成功地應(yīng)用于滾動(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承、齒輪、蝸輪、鏈輪等各種摩擦副。 在冶金機(jī)械中，如帶鋼軋機(jī)的支承輥軸承，四輥冷軋機(jī)的工作輥和支承輥軸承以 及高速線材軋機(jī)的滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)等也有采用油霧潤(rùn)滑的。油氣潤(rùn)滑也是屬于氣液兩相流體冷卻潤(rùn)滑技術(shù)，是一種更為先進(jìn)的極微量的 潤(rùn)滑方式，在我國(guó)已得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是近5年，其發(fā)展勢(shì)頭銳不可擋。 油氣潤(rùn)滑是潤(rùn)滑技術(shù)的一次革命。而真正意義上的油氣潤(rùn)滑的出現(xiàn)是在上世紀(jì)70年代。由于油氣潤(rùn)滑克服了 油霧潤(rùn)滑的所有缺點(diǎn)，因此發(fā)展非常快，并在眾多場(chǎng)合取代了油霧潤(rùn)滑，是迄今 為止最先進(jìn)的極微量潤(rùn)滑技術(shù)。三、油霧潤(rùn)滑早在20世紀(jì)30年代，油霧潤(rùn)滑就已在歐洲出現(xiàn)，到了 5

3、0年代才傳到了美 國(guó)。在油霧潤(rùn)滑中，油霧是怎樣形成的呢？通常是如圖2所示。壓縮空氣通過進(jìn)氣口進(jìn)入閥體1后，沿噴嘴3的進(jìn)氣孔進(jìn)入噴嘴內(nèi)腔，并從圖2油霧生成原理圖文氏管4噴出進(jìn)入霧化室5,這時(shí)，真空室2內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，并使?jié)櫥徒?jīng)濾油器 8和噴油管7進(jìn)入真空室2,然后滴入文氏管4中，油滴被氣流噴碎成不均勻的 油粒，再?gòu)膰婌F罩6的排霧孔進(jìn)入貯油器9的上部，大的油粒在重力作用下落回 到貯油器9下部的油中，只有小于3m的微粒留在氣體中形成油霧，隨壓縮空 氣經(jīng)管道輸送到潤(rùn)滑點(diǎn)。為了將潤(rùn)滑油輸送到摩擦點(diǎn)，首先要在一個(gè)潤(rùn)滑油霧化裝置中將潤(rùn)滑油霧 化得非常細(xì)小。霧化后的潤(rùn)滑油微粒的表面張力大于潤(rùn)滑油微粒的吸引力。結(jié)

4、果， 使得精細(xì)地霧化的潤(rùn)滑油處在一種接近于氣態(tài)的狀態(tài)。霧化的潤(rùn)滑油能夠在這種 狀態(tài)下由霧化裝置經(jīng)過分配器輸送到各個(gè)摩擦點(diǎn)去。但由于油霧在進(jìn)入潤(rùn)滑點(diǎn)后 不能產(chǎn)生潤(rùn)滑所需的油膜，因此要根據(jù)不同的工況，在潤(rùn)滑點(diǎn)安裝相應(yīng)的凝縮嘴， 使得油霧通過凝縮嘴后形成滴狀的油粒。油霧潤(rùn)滑裝置不可能將霧化的潤(rùn)滑油完全恢復(fù)成滴狀的油粒，早期的油霧 潤(rùn)滑裝置，只有6075%的油滴到達(dá)潤(rùn)滑點(diǎn)，剩余的潤(rùn)滑油則以霧狀進(jìn)入大氣中， 后來經(jīng)過改進(jìn)后，潤(rùn)滑油的利用率可達(dá)90%，但仍有少量的潤(rùn)滑油以霧狀進(jìn)入大 氣中，使環(huán)境受到污染。此外，油霧只能以較小的速度輸送，因?yàn)橛挽F只有在層 流狀況下才能保持穩(wěn)定。如果是紊流狀態(tài)，潤(rùn)滑油的微粒就

5、會(huì)因相互碰撞而聚集 在一起，結(jié)合成較大的潤(rùn)滑油油滴，以致重又恢復(fù)到液體狀態(tài)。在這種液體狀態(tài) 下潤(rùn)滑油就會(huì)流回到容器中去。由于油霧的壓力很低，為了克服油霧流動(dòng)時(shí)的阻 力，所以必須采用截面積相對(duì)較大的管道。這一點(diǎn)也是眾所周知的，就是潤(rùn)滑介質(zhì)是在紊流的空氣流中輸送給潤(rùn)滑點(diǎn) 的。然而，采用這種方法時(shí)，在將滴狀的、通過空氣流帶入的潤(rùn)滑介質(zhì)分配到各 個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)的過程中就會(huì)出現(xiàn)問題。在分叉點(diǎn)，重力會(huì)起作用，使得較大部分的潤(rùn) 滑油油滴沉積到分配器最下面的底部。這樣一來，潤(rùn)滑油的分布就與位置有關(guān)了。 曾經(jīng)有人做過這樣的試驗(yàn)，將帶有運(yùn)動(dòng)部件的分配器投入使用。但是這些試驗(yàn)沒 有得出實(shí)際的結(jié)果。后來又有人提出這樣的建議

6、，就是在分配器中產(chǎn)生特殊的空 氣渦流。但是因?yàn)闈?rùn)滑介質(zhì)的粘度在一個(gè)相當(dāng)大的范圍內(nèi)波動(dòng)，所以這一建議最 終也是一無所成?？紤]到潤(rùn)滑油由于它們的粘度各不相同而無法對(duì)它們進(jìn)行流體 力學(xué)的計(jì)算，而且空氣量和潤(rùn)滑油量之比也是根據(jù)需要各不相同的，以致安裝位 置起著相當(dāng)重要的作用。結(jié)果，在采用由紊流的空氣流帶入的油氣混合物進(jìn)行潤(rùn) 滑的情況下，通常都要針對(duì)每一個(gè)摩擦點(diǎn)根據(jù)空氣流量的大小專門配給潤(rùn)滑油量。圖3油霧與壓縮空氣混合在油霧潤(rùn)滑管道中（見右圖3），油已成霧狀并和壓縮空氣融合在一起，油 和氣在管道中的輸送速度是一樣的，因此，從潤(rùn)滑部位排出的空氣中含有油的微 小顆粒，會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染并嚴(yán)重危害人體健康。雖然

7、油霧潤(rùn)滑具有良好的潤(rùn)滑效果、耗油量較小、有較好的散熱作用，能提 高滾動(dòng)軸承的極限轉(zhuǎn)速，但與油氣潤(rùn)滑相比就相形見細(xì)。油霧必須用大口徑的管 道輸送，一般為2 1/2”，而且輸送距離通常為30米，最大也不能超過80米；油 霧量的調(diào)節(jié)也很困難，而且油的粘度變化對(duì)油的霧化能力影響較大，因此必須嚴(yán) 格控制油溫。在油霧潤(rùn)滑排出的氣體中，含有部分懸浮的微小油粒，對(duì)人體的健 康有害，因此對(duì)于大量采用油霧潤(rùn)滑的場(chǎng)所，還必須增設(shè)通風(fēng)設(shè)施。四、油氣潤(rùn)滑油氣潤(rùn)滑，在學(xué)術(shù)界被稱為“氣液兩相流體冷卻潤(rùn)滑技術(shù)”。在給油氣潤(rùn)滑 下定義以前，讓我們先來了解一下油氣潤(rùn)滑的工作原理。如上圖所示，根據(jù)整個(gè)被潤(rùn)滑設(shè)備的需油量和事先設(shè)定的

8、工作程序接通油 泵(1)，該油泵可以是氣動(dòng)泵，也可以是齒輪泵。潤(rùn)滑油經(jīng)遞進(jìn)式分配器(2)精 確計(jì)量和分配后被輸送到與壓縮空氣網(wǎng)絡(luò)相連接的油氣混合塊(3)中，并在油氣 混合塊中與壓縮空氣混合形成油氣流進(jìn)入油氣管道，壓縮空氣經(jīng)過壓縮空氣處理 裝置(4)進(jìn)行處理。在油氣管道中，由于壓縮空氣的作用，使?jié)櫥脱刂艿纼?nèi) 壁波浪形地向前移動(dòng)，并逐漸形成一層薄薄的連續(xù)油膜。經(jīng)油氣混合塊混合而形成的油氣流通過油氣分配器的分配，最后以一股極其 精細(xì)的連續(xù)油滴流噴射到潤(rùn)滑點(diǎn)。油氣分配器可實(shí)現(xiàn)油氣流的多級(jí)分配。由于進(jìn) 入了軸承內(nèi)部的壓縮空氣的作用，既使?jié)櫥课坏玫搅死鋮s，又由于潤(rùn)滑部位保 持著一定的正壓，使外界的臟

9、物和水不能侵入，起到了良好的密封作用。至此，可以試著給油氣潤(rùn)滑下一個(gè)定義：潤(rùn)滑劑在壓縮空氣的作用下沿著管 壁波浪形地向前移動(dòng)，并以與壓縮空氣分離的連續(xù)精細(xì)油滴流噴射到潤(rùn)滑點(diǎn)。在油氣潤(rùn)滑管道中，壓縮空氣是潤(rùn)滑油的輸送載體。如上圖所示，連續(xù)流動(dòng)的壓 縮空氣在管道中間以每秒50-80米的速度向前高速流動(dòng)，在某些特殊場(chǎng)合，油 氣的噴射速度可高達(dá)150-200m/s。在壓縮空氣的作用下，潤(rùn)滑油以油膜形式粘附 在管壁四周，并以每秒2-5厘米的速度緩慢向前移動(dòng)，在行將到達(dá)管道出口時(shí)， 油膜變得越來越薄，且連成一片，最后以極其精細(xì)的連續(xù)油滴流噴射到潤(rùn)滑點(diǎn)。 2-5厘米這個(gè)數(shù)字也不是絕對(duì)的，因?yàn)樵趯?shí)踐中我發(fā)現(xiàn)油

10、的速度受諸多因素的 影響，比如空氣速度和潤(rùn)滑油的粘度。但是它至少說明了一個(gè)問題，那就是與空 氣速度相比，潤(rùn)滑油在油氣管道中移動(dòng)的速度非常緩慢。由于油和氣的速度大相 徑庭，所以，油和氣不是融合在一起的，從油氣管道出來的油氣是分離的，這也 是為什么油氣潤(rùn)滑不會(huì)污染環(huán)境的原因。在管道始端在帝a末an油氣管道中的油膜狀態(tài)如上圖所示，油氣管道內(nèi)油膜的始末狀態(tài)。當(dāng)油氣混合物進(jìn)入油氣管道時(shí)，由于 壓縮空氣的作用，起初，潤(rùn)滑油是以較大的顆粒粘附在管道內(nèi)壁四周（見圖a）, 當(dāng)壓縮空氣快速向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，油滴也隨之向前移動(dòng)，并逐漸被壓縮空氣吹散、變 小和變得越來越扁平。在行將到達(dá)管道末端時(shí)，原先是間斷地粘附在管壁四周

11、的 油滴已連成一片，形成了連續(xù)油膜（見圖b）,被壓縮空氣以精細(xì)的油滴噴入潤(rùn) 滑點(diǎn)。由于連續(xù)油膜的形成要有一個(gè)過程，因此油氣管道的長(zhǎng)度不能小于0.5米。五、油霧潤(rùn)滑和油氣潤(rùn)滑的比較序號(hào)比較項(xiàng)目油氣潤(rùn)滑油霧潤(rùn)滑1適用場(chǎng)合適用于高溫、重載、高速或極低速對(duì)在重載和高速的場(chǎng)合，潤(rùn)滑效以及軸承座有水和臟物侵入的場(chǎng) 合。果欠佳。2公稱壓力空氣壓力0.16MPa3空氣壓力0.3 0.7MPa0.25 0.5MPa4功率0.2KW2.5KW5油速和氣速的關(guān)系油速25cm/s氣速：5080m/s油速=氣速，油霧：36m/s6耗氣量1.5Nm3/h/point耗氣量=油霧量，663 m3/h7耗油量（以外徑500，

12、寬度 350的四列圓錐滾 子軸承為例）Q=0.00005XDXB ml/hQ=0.00005X 500 X 350=8.75ml/hQ=0.0005XDXB ml/hQ=0.0005 X 500 X 350=87.5ml/h8適用介質(zhì)任何粘度的機(jī)械油以及半流動(dòng)干油（可 以使用含有固體成分的添加劑）粘度01000cSt的機(jī)械油（不能使用 含有固體成分的添加劑，如石墨、鋁 粉和二硫化鉬）9主管道外徑9 10, p 14, p 18G2 1/2”（p 82）10輸送距離W100m （理論上無限制）最佳W30m11潤(rùn)滑油利用率100%被利用只有5%10%的可見油流變成油霧輸出12潤(rùn)滑油的加熱不需要為了

13、使?jié)櫥鸵嘴F化，尤其是高粘度 的油，需要對(duì)潤(rùn)滑油加熱。13空氣加熱不需要對(duì)空氣加熱能降低潤(rùn)滑油的粘度，使 油更易霧化。提高氣溫雖然能增加油 霧中潤(rùn)滑油的含量，但因?yàn)樵诟鱾€(gè)具 體的油霧潤(rùn)滑系統(tǒng)中，所采用的油品 的粘度、油加熱的溫度、空氣預(yù)熱溫 度、空氣的流量和壓力等參數(shù)都已經(jīng) 確定了，如這時(shí)要改變預(yù)熱空氣的溫 度，必將引起其它參數(shù)的變化，需要重新調(diào)節(jié)。空氣加熱器在冬季或環(huán)境 溫度較低時(shí)，以及輸送管道較長(zhǎng)的情 況下使用，可以防止油霧發(fā)生凝聚。14油的霧化和凝縮嘴不需要潤(rùn)滑油必須通過油霧發(fā)生器被壓縮空 氣霧化。但是從油霧發(fā)生器送往摩擦 副的干燥油霧還不能產(chǎn)生潤(rùn)滑所需要 的油膜，必須根據(jù)不同的工作條件

14、， 在潤(rùn)滑點(diǎn)安裝相應(yīng)的凝縮嘴。凝縮嘴 的作用是當(dāng)油霧通過凝縮嘴的細(xì)長(zhǎng)小 孔時(shí)，一方面由于油霧的密度突然增 大，使油霧趨于飽和狀態(tài)；另 方面 高速通過的油霧與孔壁發(fā)生強(qiáng)烈的摩 擦，破壞了油霧粒子的表面張力，油 霧結(jié)合成較大的油粒被噴到摩擦表 面，形成濕潤(rùn)的油膜。15潤(rùn)滑油的分配通過Jetsplit油氣分配器能把 經(jīng)遞進(jìn)式分配器精確計(jì)量和分 配的潤(rùn)滑油經(jīng)過與壓縮空氣混合 后形成的油氣流進(jìn)行準(zhǔn)確的按需 分配沒有油霧分配器，僅僅是從主管 道上引出了支管道至潤(rùn)滑點(diǎn)，因 此無法實(shí)現(xiàn)對(duì)潤(rùn)滑油的準(zhǔn)確的按 需分配。16監(jiān)控手段能對(duì)壓縮空氣壓力，供油系統(tǒng)（氣動(dòng)泵 和遞進(jìn)式分配器）、油位，必要時(shí)可對(duì) 油氣流進(jìn)行監(jiān)視

15、。能對(duì)壓縮空氣壓力、油霧壓力、 空氣預(yù)熱溫度、油溫和油位進(jìn)行 監(jiān)視。17密封性能在軸承座內(nèi)可形成0.020.03MPa的 過壓，阻止外界的水、臟物等侵入軸承 座，密封性能良好。由于油霧的壓力低，因此在軸承座內(nèi) 形成的過壓極其微弱，密封性能一般。18冷卻性能極其微量的潤(rùn)滑不會(huì)產(chǎn)生多余的熱量， 壓縮空氣能使軸承更好地散熱，有利于 軸承的冷卻。耗油量是油氣潤(rùn)滑的10倍，過量 的潤(rùn)滑會(huì)產(chǎn)生多余的熱量，不利 于軸承的冷卻。19系統(tǒng)配管管道可任意布置（1）為了保證管道的暢通和供給穩(wěn) 定的油霧量，主管道應(yīng)向著油霧潤(rùn)滑 裝置方向傾斜。傾斜度越大越好，直 至垂直。這是因?yàn)橛挽F微粒在管道內(nèi) 隨氣流運(yùn)動(dòng)時(shí)相互撞擊或

16、撞到管壁 上，形成大的油滴，由于油滴重量大 不能保持懸浮狀態(tài)而聚集在管內(nèi)底 部。因此，管道傾斜可將聚集的油返 流回油箱。主管道傾斜的坡度應(yīng)N 5%；（2）支管道應(yīng)從主管道的上方或水 平方向引出，不能從下方引出；（3）支管道的傾斜方向可向主管道， 也可向潤(rùn)滑點(diǎn)，支管道傾斜的坡度應(yīng) N5%；（4）所有管道都不能出現(xiàn)下凹部分， 以防止冷凝油積存而堵塞管道；（5）盡量避免用直角彎頭，以減少 阻力。20對(duì)環(huán)境的影響油氣分離，油不被霧化，不污染環(huán)境。在排出的壓縮空氣中含有少量的懸浮 油粒，污染環(huán)境，對(duì)操作人員的健康 不利。六、應(yīng)用油氣潤(rùn)滑在鏈條上的應(yīng)用在機(jī)械傳動(dòng)中鏈條傳動(dòng)是廣泛存在的一種方式，可是在多數(shù)情

17、況下，許多 公司忽略了鏈條潤(rùn)滑的重要性。因此，縮短了工業(yè)鏈條的壽命已及提高了更換整 組鏈條的頻率，從而增加了維護(hù)成本。目前多數(shù)鏈條是由高粘度的潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑 脂黏附鏈條表面。雖然可以對(duì)鏈齒和鏈表面起到潤(rùn)滑的作用，但幾乎無法滲透到 鏈銷、軸襯和滾筒。多數(shù)鏈條的故障都是由以下因素造成的：當(dāng)鏈條內(nèi)部沒有充分潤(rùn)滑，就產(chǎn)生磨損和腐蝕，并導(dǎo)致鏈條松動(dòng)或扭結(jié)。當(dāng)鏈條高速運(yùn)行時(shí)，因?yàn)殡x心力會(huì)摔落附在表面的潤(rùn)滑劑，而無法對(duì)鏈條起到潤(rùn)滑保護(hù)的作用。當(dāng)鏈條在多粉塵和潮濕的環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，粉塵和水分可能會(huì)進(jìn)入鏈條內(nèi) 部，導(dǎo)致磨損和腐蝕。為了更好的保護(hù)鏈條的使用，就需要選擇更好的潤(rùn)滑方式鏈條油氣潤(rùn)滑裝 置在提高鏈條的潤(rùn)滑效

18、果和壽命方面的作用就毋庸置疑了，自從鏈條油氣潤(rùn)滑技 術(shù)在歐洲開始應(yīng)用起，統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明有一個(gè)意外的收獲鏈條更換頻率大大降 低。綜合以上事實(shí)，可以確定地說，對(duì)使用鏈條油氣潤(rùn)滑是一舉兩得，不僅節(jié)約 了維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)也降低了鏈條的損壞和更換頻率，其所帶來的效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于采 用傳統(tǒng)的涂抹油脂的潤(rùn)滑方式，因此采用鏈條油氣潤(rùn)滑裝置無疑是最經(jīng)濟(jì)的解決 方案。鏈條油氣潤(rùn)滑裝置是一種消耗型的集中油氣潤(rùn)滑系統(tǒng)，在潤(rùn)滑方式上，采 用油氣混合成兩相流噴射方式，自動(dòng)向鏈條提供油氣混合分配器噴射的微量精細(xì) 潤(rùn)滑油(1.8mm40.6mm)，由于潤(rùn)滑劑的給定量很小且專門噴射到鏈條上， 潤(rùn)滑油能更很好的滲透到鏈銷、軸襯和滾筒，是

19、一種經(jīng)濟(jì)、可靠的潤(rùn)滑模式。潤(rùn) 滑劑的給定也通常是鏈條在運(yùn)行中間歇性供給的，由氣動(dòng)脈沖發(fā)生器控制時(shí)間間 隔來實(shí)現(xiàn)。油氣潤(rùn)滑在鋸床上的應(yīng)用鋸床下料在工業(yè)中廣泛應(yīng)用，而鋸床常常采用的卻是傳統(tǒng)的乳化液大量澆注 到原材料和鋸條之間，從而起到潤(rùn)滑和冷卻的作用，但是此種潤(rùn)滑液需要一套完 整可靠的過濾系統(tǒng)，這就是鋸床本身的成本增加，長(zhǎng)時(shí)間使用的乳化液更換后需 要進(jìn)行處理，這也增加了使用者的成本。油霧潤(rùn)滑在磨煤機(jī)組上的應(yīng)用某廠大型磨煤機(jī)組、催化裂化裝置16臺(tái)機(jī)泵潤(rùn)滑油系統(tǒng)進(jìn)行改造，成功應(yīng) 用油霧潤(rùn)滑技術(shù)，取得了明顯的節(jié)能效果。經(jīng)過半年的工業(yè)應(yīng)用后，現(xiàn)潤(rùn)滑油用 量降低丁 80%，不但使機(jī)泵達(dá)到了最佳潤(rùn)滑效果，降低了設(shè)備故障率，而且軸承 使用壽命比以前延長(zhǎng)了 36倍，為裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)提供了可靠保證。據(jù)專家介紹，油霧潤(rùn)滑技術(shù)改變了傳統(tǒng)的機(jī)泵潤(rùn)滑形式，采用間歇飽和濕 霧態(tài)方式送油，利用裝置內(nèi)的凈化風(fēng)將油霧發(fā)生器內(nèi)的潤(rùn)滑油充分霧化，周期性 地噴射壓縮空氣至軸承處，使液體的潤(rùn)滑油變成氣態(tài)的油霧注入到各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)對(duì) 機(jī)泵軸承進(jìn)行潤(rùn)滑，形成薄油膜，使機(jī)泵軸承潤(rùn)滑上傳統(tǒng)的“油浸式”人工潤(rùn)滑 改為“強(qiáng)制式”機(jī)械自動(dòng)化潤(rùn)滑。而且氣液兩相的油霧既能起到潤(rùn)