毛紅軍，王麗紅，陳啟亮

（鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，1.副教授，2.講師，河南 鄭州 450052；3.武昌南機務(wù)段, 工程師，湖北 武漢 430064）

武昌南機務(wù)段配屬各型內(nèi)燃機車160多臺，日燃油消耗量達300 t，日均有5個油罐車要往段油庫卸油。一般情況下，卸完油后罐底還有50～80 L的余油，這部分油需要用真空裝置吸出來，俗稱掃油。目前，路內(nèi)外各油庫掃油采用最多的是水環(huán)式真空泵掃油裝置，該種設(shè)備需水源支持，冬天謹(jǐn)防冰凍，需要有泵房，其安裝條件和造價較高。其次是使用齒輪泵、葉片泵直接抽吸掃油，該方式設(shè)備簡單,安裝容易,一次投入少，但泵磨損快，一般性價的齒輪泵或葉片泵使用不到半年時間就需更換，維修費用較高。還有少數(shù)使用旋片式真空泵掃油，也因泵的磨損及腐蝕等原因造成運用不理想。

鑒于目前路內(nèi)外掃油問題的現(xiàn)狀，武昌南機務(wù)段在原有齒輪泵直接抽吸掃油的基礎(chǔ)上，自主研制了一套齒輪泵真空掃油裝置，經(jīng)濟有效地解決了掃油問題。

1 齒輪泵直接抽油存在的問題

武昌南機務(wù)段油庫多年來一直使用齒輪泵直接抽吸的方式掃油，但由于泵的磨損及密封性能下降等問題，導(dǎo)致其抽真空性能下降，經(jīng)常有油沒掃出來或沒掃完而放走油罐車的情況，造成燃油的浪費，且頻繁換泵的設(shè)備維修費用較高。

1.1 齒輪泵磨損嚴(yán)重在齒輪泵直接抽吸掃油的過程中，起始階段燃油還未吸上來時齒輪泵工作在抽真空狀態(tài)（即磨損狀態(tài)），在罐底的燃油將要掃完時，掃油管口會不斷出現(xiàn)吸空，齒輪泵間或工作在吸空狀態(tài)，當(dāng)工作人員未能及時調(diào)整掃油管口時，齒輪泵就會持續(xù)吸空，以致出現(xiàn)空磨引起的泵體發(fā)熱，當(dāng)齒輪泵出現(xiàn)磨損后，抽真空能力就會下降，從而造成掃油起始階段的抽真空時間及后期出現(xiàn)的掃油管口吸空時間會相應(yīng)地增長。

一般來說，新啟用的齒輪泵其內(nèi)部各動態(tài)密封部位的配合間隙很小，泵內(nèi)進出腔之間的封隔性好，亦即泵的密封性好，因此作為真空泵使用時其抽真空的能力較強。但在抽真空時，泵腔內(nèi)的微量潤滑油隨著時間的延長很容易離開潤滑部位，齒輪泵殼體內(nèi)腔與齒輪之間就會出現(xiàn)摩擦發(fā)熱而有所磨損，使泵內(nèi)密封部位的配合間隙增大，泵的密封性能隨之下降，抽真空能力也就下降了。另外齒輪泵經(jīng)過較長時間使用后，其齒輪的旋轉(zhuǎn)軸承也將有所磨損，加上微小雜質(zhì)顆粒在泵內(nèi)造成的磨損積累，齒輪泵殼體內(nèi)腔與齒輪之間的磨損還會進一步加大，直至齒輪泵完全喪失抽真空的能力。

1.2 齒輪泵的密封性能下降所謂齒輪泵的密封，是指齒輪與齒輪之間、齒輪泵內(nèi)腔壁與齒輪側(cè)面及齒頂之間的動態(tài)間隙密封。當(dāng)齒輪泵直接抽吸真空燃油時，在燃油未抽上來的情況下，泵持續(xù)工作3 min就開始發(fā)熱，不到10 min就達到燙手的程度。當(dāng)齒輪泵經(jīng)過10 h多的發(fā)熱工作后，泵的密封性能顯著下降，抽真空能力也隨之喪失。如果加入少量潤滑油到泵體后，泵的抽吸能力得到恢復(fù)，且泵工作時的摩擦發(fā)熱量明顯減少，這說明潤滑油形成的油膜起到了密封作用，同時有效地減少了齒輪泵工作時的摩擦發(fā)熱。但是對于齒輪泵來說，即使有潤滑油潤滑，也還是會有磨損，只是磨損輕微，隨著時間的積累，在泵內(nèi)的動態(tài)密封部位照樣會磨出一定的間隙來。

2 齒輪泵真空掃油裝置結(jié)構(gòu)

齒輪泵真空掃油裝置在功能構(gòu)造上有微量滑油循環(huán)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、掃油系統(tǒng)、燃油轉(zhuǎn)出系統(tǒng)及齒輪泵電機控制系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 齒輪泵真空掃油裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 微量滑油循環(huán)系統(tǒng)從解決齒輪泵的磨損來說，只要向泵內(nèi)加少量潤滑油就可以了，問題是當(dāng)齒輪泵持續(xù)運轉(zhuǎn)時，加入的少量潤滑油很容易離開潤滑部位（特別是齒頂與泵殼內(nèi)腔的密封部位），欲保持潤滑就需不斷向泵內(nèi)補充潤滑油。由于齒輪泵的工作目的是抽真空，潤滑油不可加太多，否則將會占用抽真空的有效容積流量。據(jù)此，該方案用微量潤滑油循環(huán)的方式來解決這個問題。即持續(xù)將少量潤滑油注入泵內(nèi)，并隨空氣一起排出泵外，排出的潤滑油流入潤滑油箱，空氣排出箱外。這樣就做到了既能保持泵內(nèi)潤滑又不占用泵的有效容積流量。

微量滑油循環(huán)系統(tǒng)由滑油箱、閥4、滑油流量控制回路、齒輪泵、閥5及連接管道組成。其中控制潤滑油的循環(huán)流量非常關(guān)鍵，流量太大會占用齒輪泵的有效容積，太小則達不到效果。故由控制顯示一體板和工業(yè)用可編程控制器提供的全閉環(huán)回路進行控制，經(jīng)由流量傳感器數(shù)據(jù)脈沖取得的數(shù)據(jù)進行修正。潤滑油循環(huán)流量控制回路的組成如圖2所示。

圖2 潤滑油循環(huán)流量控制回路

1）掃油管路系統(tǒng)。掃油管路由微量滑油循環(huán)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、掃油系統(tǒng)、燃油轉(zhuǎn)出系統(tǒng)及齒輪泵電機控制系統(tǒng)組成。

2）隔膜式精密計量泵。計量泵由電磁鐵的電磁推桿上安裝一個PTFE膜片,當(dāng)電磁鐵通電的時候，電磁推桿推動PTFE膜片,把計量泵泵頭內(nèi)的液體通過出口閥排出計量泵,然后電磁鐵斷電，電磁推桿和PTFE膜片在彈簧的作用下返回，液體通過計量泵的進口閥吸入到計量泵內(nèi)，完成一個工作循環(huán)。

3）工業(yè)用可編程控制器。定時器總數(shù)256個，計數(shù)器總數(shù)256個，RS-485接口1個，波特率916，最大站點數(shù)32。

4）控制顯示一體板?？刂瓢逶O(shè)“多檔開關(guān)”、“定量”、“定量加”、“定量減”、開關(guān)機、啟動及急停按鈕,提供流量、加注量、電源電壓等顯示界面。

5）顯示驅(qū)動芯片組。

6）電源。

7）BS-LWGY/LWGQ型渦輪流量傳感器。BSLWGY/LWGQ型渦輪流量傳感器是一種精密流量測量儀表，適用于測量低粘度的介質(zhì)，如水、柴油、汽油等。與相應(yīng)的流量積算儀表配套可用于測量液體的流量和總量。具有高精度、耐腐蝕、雙向、多種輸出脈沖、電源范圍寬的特點。

2.2 真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)由真空罐、閥3、齒輪泵、閥5及連接管道組成。該裝置的創(chuàng)新點在于使齒輪泵具有了真空泵的工作性能，且在裝置中實現(xiàn)了一泵兩用。要想讓齒輪泵作為真空泵來使用，將齒輪泵由直接抽掃方式改為真空抽掃方式，相應(yīng)的就需要配置真空容器罐。真空容器罐主要是向系統(tǒng)提供穩(wěn)定的真空壓力，其次是儲存燃油，使真空系統(tǒng)即使在發(fā)動機停止運行時，仍能保持一定的真空度。原來使用齒輪泵直接抽吸方式吸油，經(jīng)常出現(xiàn)油罐車底部抽吸不干凈，存在積油情況，加了真空罐以后，齒輪泵不直接抽油，而是改成抽真空罐內(nèi)的空氣，當(dāng)罐內(nèi)的真空度到達一定程度時，利用氣壓差將油罐車內(nèi)的余油自然吸入到真空罐內(nèi)，徹底避免抽吸不干凈現(xiàn)象。

實驗測得該裝置產(chǎn)生的最大真空度達-0.083 MPa，最大掃油真空度-0.08 MPa，掃油速度45 L/min（泵的公稱流量50 L/min），單人正常作業(yè)掃完4個油罐車（約掃出240 L燃油）的全部作業(yè)流程工作耗時22 min，掃完后的油罐底部基本上無積油，連續(xù)運轉(zhuǎn)3 h齒輪泵的溫升小于25℃。

2.3 掃油系統(tǒng)掃油系統(tǒng)由掃油軟管、閥1、真空儲油罐及連接管道組成。在掃油過程中齒輪泵作為真空泵使用，將真空罐內(nèi)的空氣抽到滑油箱內(nèi)從換氣孔排出，隨著真空罐內(nèi)的空氣被不斷的抽出，罐內(nèi)會形成真空度并不斷加大，當(dāng)真空度達到一定程度時，掃油管便可以將油罐車罐底的余油吸入到儲油罐中來。

掃油過程中應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度的變化，相應(yīng)選擇適當(dāng)型號的機械潤滑油，武漢地區(qū)冬季可選用N 42號，夏季可選用N 32號，且每年入冬入夏前必須更換。另外還要注意檢查潤滑油箱內(nèi)滑油出油量，調(diào)整閥4開度，使?jié)櫥统鲇土髁勘３衷诰€狀或滴流狀態(tài)。

2.4 燃油轉(zhuǎn)出系統(tǒng)燃油轉(zhuǎn)出系統(tǒng)由真空儲油罐、閥2、齒輪泵、閥6及連接管道組成。燃油轉(zhuǎn)出過程中啟動齒輪泵可以將儲油罐里的燃油轉(zhuǎn)出，密切監(jiān)視燃油轉(zhuǎn)運車油箱，當(dāng)流入的燃油達到預(yù)定的油位高度時，關(guān)閉閥2，約1 min后斷開電源，停止轉(zhuǎn)油。

若將儲油罐置于高處，則燃油的轉(zhuǎn)出可采用自流方式進行，這樣即使在停電情況下，齒輪泵不工作，仍然可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)油任務(wù)，相應(yīng)就減少了齒輪泵的工作時間，延長其使用壽命。

3 工作原理與技術(shù)參數(shù)

齒輪泵真空掃油裝置是武南機務(wù)段自主研制的一種理想的新式掃油裝置，其工作作用是將鐵路油罐車卸完油后的剩余罐底油抽吸出來，也可以用于大型油罐的余油清掃。使用過程中要注意潤滑油箱內(nèi)的油位是否正常，油位偏低時要及時補油，謹(jǐn)防齒輪泵缺油運行。

3.1 工作過程與原理掃油作業(yè)時，將掃油軟管吸油口放入油罐車底部余油中，開閥1、閥3、閥5、閥4（微開），關(guān)閥2、閥6，合上電源后齒輪泵運轉(zhuǎn)。這時真空罐內(nèi)的空氣將被齒輪泵抽到滑油箱內(nèi)從換氣孔排出。同時，微量滑油經(jīng)閥4流入齒輪泵、經(jīng)閥5回到滑油箱內(nèi)，構(gòu)成滑油微量循環(huán)。隨著真空罐內(nèi)的空氣被不斷的抽出，罐內(nèi)會形成真空度并不斷加大，當(dāng)真空度達到一定程度時，掃油管便可以將油罐車罐底的余油吸入到儲油罐中。需要指出的是，滑油流量控制閥4，其開度要根據(jù)環(huán)境溫度來決定。夏天氣溫高、滑油黏度較低，流動性好，閥4的開度可小一點；冬天氣溫低、滑油黏度較高，流動性差，閥4的開度應(yīng)適當(dāng)大一點。根據(jù)經(jīng)驗，滑油的循環(huán)流量最好是控制在線狀或滴流狀態(tài)為佳。儲油罐里掃滿油后，要向外出油。

出油作業(yè)時，開閥1、閥2、閥6 ，關(guān)閥3、閥4、閥5，合上電源后齒輪泵運轉(zhuǎn)，這時儲油罐里的燃油經(jīng)閥2流入齒輪泵，經(jīng)閥6流入燃油轉(zhuǎn)運車。若將儲油罐置于高處，則燃油的轉(zhuǎn)出可采用自流方式進行。由于有潤滑油的作用，新齒輪泵在上述工作流程中只會有少量磨損，到一定程度后將幾乎不再磨損，這時泵內(nèi)齒輪與泵殼內(nèi)腔壁的配合間隙將不再增大，齒輪泵的密封性能進入穩(wěn)定狀態(tài)。

本裝置能嚴(yán)格監(jiān)視齒輪泵潤滑油量大小，保證其良好的密封性。

3.2 技術(shù)參數(shù)掃油速度45 L/min；最大掃油真空度-0.08 Mpa；掃油儲量1 000 L；裝置配用電功率4 kW；滑油循環(huán)流量250～350 mL/min；滑油工作黏度25～35 mm2/s；掃后罐底剩油量＜1L；工作制式為連續(xù)；環(huán)境溫度-5℃～55℃； 相對濕度0～95%；海拔高度2 500 m；酸堿度環(huán)境PH5～10。

4 結(jié)束語

武昌南機務(wù)段自主研制的齒輪泵真空掃油裝置，第1臺于2007年11月在段內(nèi)武客技油庫卸油臺上安裝完畢，同年12月投入試用。至2009年元月，試用達一年多時間，經(jīng)過春、夏、秋、冬季的考驗，證明該裝置性能良好，使用安全可靠，持續(xù)穩(wěn)定，達到了設(shè)計預(yù)想的效果。其間掃油170多次、累積掃油35 t多，順利完成了試驗運行。2009年2月正式交付武南機務(wù)段整備車間使用。從目前使用情況來看，該裝置還有進一步改進的空間。比如將滑油循環(huán)系統(tǒng)的控制閥改為自動溫度控制閥，在儲油罐上加裝油位顯示玻璃管等，以使該裝置的功能更加完善。

武昌南機務(wù)段自使用齒輪泵真空掃油裝置以來，掃油作業(yè)的時間比以前縮短了1/3以上，月平均多掃油2.6 t左右，年累計可多掃油31.2 t，消除了以前油罐車沒掃完油就放走的現(xiàn)象。另外，設(shè)備維修量和維修費用也顯著下降了，原先1臺齒輪泵使用不到半年就需要更換，現(xiàn)在1臺齒輪泵使用一年多性能還很穩(wěn)定，估計能使用5年以上時間。該裝置適合戶外安裝，構(gòu)造簡單，建造費用低，可靠性好，建議在路內(nèi)外油庫單位推廣使用,也可以作為一種抽真空裝置用于其它工作領(lǐng)域。