王鳳輝，左勇勝，賀相軍

（海洋石油工程股份有限公司，天津300451）

0 引言

滑油系統(tǒng)的清洗通常在發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)調(diào)試前進(jìn)行，清洗設(shè)備的選取直接影響到最終清洗效果。循環(huán)泵的選型設(shè)計(jì)是滑油清洗設(shè)備設(shè)計(jì)的核心，滑油清洗設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)通常要考慮清洗管徑的大小，清洗后滑油的清潔度，清洗時(shí)管內(nèi)流體的雷諾數(shù)，滑油的溫度以及常用潤(rùn)滑油的牌號(hào)等因素，由此來(lái)進(jìn)行循環(huán)泵主要參數(shù)流量和壓力的選取。

海上平臺(tái)的主發(fā)電機(jī)組通常采用SOLAR透平發(fā)電機(jī)組，其技術(shù)規(guī)格書(shū)目前執(zhí)行ISO4406污染度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［1］，即采用顆粒計(jì)數(shù)法測(cè)量滑油清潔度，要求滑油系統(tǒng)在清洗后須達(dá)到ISO16／14／12等級(jí)：大于4μm的顆粒數(shù)320個(gè)／m～640個(gè)／ml；大于6μm的顆粒數(shù)80個(gè)／m～160個(gè)／ml；大于14μm的顆粒數(shù)20個(gè)／m～40個(gè)／ml。當(dāng)連續(xù)循環(huán)清洗1小時(shí)，要求在100目的濾網(wǎng)上無(wú)固體顆粒殘留。

1 影響滑油清洗的關(guān)鍵因素

1.1 雷諾數(shù)

式中：v為流體平均流速（m／s）；d為管內(nèi)徑（m）；υ為運(yùn)動(dòng)粘度（m2／s）。

油液清除管壁表面微粒的能力與作用在流體管壁界面上的有效能量成正比。流體內(nèi)的剪應(yīng)力τ由粘性剪應(yīng)力τ1與附加剪應(yīng)力τ2組成。紊流剪應(yīng)力的半經(jīng)驗(yàn)理論公式：

由公式（2）看出：當(dāng)流體處于層流狀態(tài)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)無(wú)混雜，故附加剪應(yīng)力τ2不存在，管壁內(nèi)表面只受到粘性剪應(yīng)力的作用，當(dāng)流體達(dá)到紊流狀態(tài)，附加剪應(yīng)力正比于速度梯度的平方，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于層流粘性剪應(yīng)力，因此，為達(dá)到良好的清洗效果，清洗過(guò)程中管內(nèi)流體必須保持在紊流狀態(tài)。SOLAR透平發(fā)電機(jī)組技術(shù)規(guī)格書(shū)要求清洗管線內(nèi)流體雷諾數(shù)要大于4 000。

1.2 清洗時(shí)滑油的溫度

船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CB／T 1102-2008《船用液壓系統(tǒng)通用技術(shù)條件》［2］規(guī)定，對(duì)于液壓管系投油清洗，油溫受到清洗設(shè)備和用油的限制，最高油溫不應(yīng)超過(guò)規(guī)定值，推薦油溫為50℃；對(duì)于液壓系統(tǒng)投油清洗，油溫應(yīng)低于60℃。CB／T 3494-92《船用主機(jī)燃油機(jī)油日用系統(tǒng)管路沖洗技術(shù)條件》［3］規(guī)定，機(jī)油管路投油清洗的油溫可加熱至40℃～50℃。

2 循環(huán)泵流量設(shè)計(jì)

2.1 循環(huán)泵流量與雷諾數(shù)的關(guān)系

流體流量Q與流速v關(guān)系：

由式（1）（3）得流量與雷諾數(shù)關(guān)系：

2.2 潤(rùn)滑油的粘溫關(guān)系

潤(rùn)滑油的粘度隨溫度升高而減小，粘度與溫度的函數(shù)關(guān)系通常采用ASTM D341等標(biāo)準(zhǔn)使用的Walther修正公式：

式中：υ為運(yùn)動(dòng)粘度（mm2／s）；T 為絕對(duì)溫度（K）；a、b為常數(shù)。

SOLAR透平發(fā)電機(jī)組通常采用的潤(rùn)滑油是殼牌汽輪機(jī)油Turbo T32和T46，海上平臺(tái)常見(jiàn)的滑油系統(tǒng)管徑為2寸。以粘度較大的Turbo T46為例計(jì)算循環(huán)泵的流量，40℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度46mm2／s，100℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度6.87mm2／s。

由式（5）可推算出Turbo T46粘溫公式為：loglog（υ＋0.7）＝9.36-3.66logT，由此可計(jì)算Turbo T46 50℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度為30.8mm2／s。當(dāng)雷諾數(shù)達(dá)到4 000，滑油溫度50℃時(shí)，由式（4）可計(jì)算出2寸標(biāo)準(zhǔn)管（STD）管路所需流量為18.3m3／h。

3 清洗管路壓力損失計(jì)算

滑油清洗設(shè)備管路壓力損失hw包括沿程阻力損失hf和局部阻力損失hj，即hw＝hf＋hj。

3.1 均勻流沿程損失通用公式：［4］

式中：λ為沿程阻力系數(shù)；l為管路長(zhǎng)度（m）；d為管路內(nèi)徑（m）；V為流體平均流速（m／s）；g為重力加速度（m／s2。）。

當(dāng)雷諾數(shù)Re＜1.0×105時(shí)，紊流光滑區(qū)沿程阻力系數(shù)采用布拉休斯（H.Blasuis）表達(dá)式［4］

雷諾數(shù)為4 000時(shí)，長(zhǎng)度50m管徑2寸的管路沿程損失由式（6）可計(jì)算沿程損失為10.7m。

3.2 局部損失通用公式

沖洗裝置局部阻力損失主要為彎管損失和圓形漸擴(kuò)管或圓形漸縮管損失，計(jì)算時(shí)可以根據(jù)工程實(shí)際假設(shè)清洗管路系統(tǒng)包含20個(gè)90°長(zhǎng)半徑彎頭 （R＝1.5d），兩個(gè)圓形漸擴(kuò)管，兩個(gè)圓形漸縮管（彎管的局部損失系數(shù)ζ＝0.158），由式（8）可計(jì)算出長(zhǎng)度50m管徑3寸的管路局部損失為0.9m。

因此滑油清洗設(shè)備管路壓力損失為11.6m。

綜上可知，清洗管路為2寸標(biāo)準(zhǔn)管（STD）所需泵體的流量至少為18.3m3／h，揚(yáng)程至少為12m。

圖1 滑油溫度50℃，不同管徑壓力損失圖

3.3 壓力損失與管徑的關(guān)系

由圖1可知：雷諾數(shù)為一定值時(shí)，管徑越小，壓力損失越大；管徑越大，則壓力損失越小。管徑一定時(shí)，雷諾數(shù)越大，壓力損失越大。

4 結(jié)論

透平發(fā)電機(jī)組滑油清洗設(shè)備循環(huán)泵設(shè)計(jì)的核心參數(shù)是流量和壓力。從影響滑油清洗效果的關(guān)鍵因素雷諾數(shù)和溫度出發(fā)，詳述了海上平臺(tái)常用的SOLAR透平發(fā)電機(jī)組滑油系統(tǒng)清洗設(shè)備循環(huán)泵的參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算方法，并以常用的汽輪機(jī)油Turbo T46為例，計(jì)算出2寸標(biāo)準(zhǔn)管（STD）管路清洗循環(huán)泵的流量和揚(yáng)程，從而為今后工程設(shè)計(jì)人員從事滑油清洗設(shè)備設(shè)計(jì)提供了一種科學(xué)的設(shè)計(jì)方法。

［1］International Organization for Standardization.ISO 4406-1999Hydraulic fluid power-Fluids-Method for coding the level of contamination by solid particles［S］.Swizerland：ISO copyright office，1999.

［2］國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).CB／T 1102-2008船用液壓系統(tǒng)通用技術(shù)條件［S］.2008.

［3］中國(guó)船舶工業(yè)總公司.CB／T 3494-92船用主機(jī)燃油機(jī)油日用系統(tǒng)管路沖洗技術(shù)條件［S］.1992.

［4］李玉柱，苑明順.流體力學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2008：135-170.