王國平， 童小衛(wèi)， 陸書文

(滬東中華造船(集團(tuán))有限公司， 上海200129)

?

復(fù)雜液壓裝置投油工藝優(yōu)化研究

王國平， 童小衛(wèi)， 陸書文

(滬東中華造船(集團(tuán))有限公司， 上海200129)

摘要針對橫向補(bǔ)給裝置液壓系統(tǒng)非常復(fù)雜、清潔度要求高的特點(diǎn)，本文探討對該裝置投油工藝的優(yōu)化措施，并提出了投油設(shè)備的改進(jìn)設(shè)計方案，在實船應(yīng)用中取得很好成效。該工藝優(yōu)化措施也可為其他清潔度要求高的復(fù)雜液壓裝置的投油清洗作業(yè)提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞投油工藝投油設(shè)備清潔度等級橫補(bǔ)裝置

Optimizing Measure of Flushing Technology for Complex Hydraulic Installation

WANG Guo-ping, TONG Xiao-wei, LU Shu-wen

(Hudong Zhonghua Shipbuilding (Group) Co., Ltd., Shanghai 200129, China)

AbstractIn consideration of the characteristics of underway replenishment installation with very complex hydraulic system and high cleaness requirement, this article probes into flushing optimizing measure of this installation, and advances an improved designing scheme of a flushing equipment, and good effects have been achieved in active vessel. This optimizing measure also provides helpful references for other hydraulic installation which has complex hydraulic system and requires strict cleaness grade.

Keywords Flushing technologyFlushing equipmentCleaness gradeUnderway replenishing installation

0引言

隨著海洋工業(yè)的發(fā)展，液壓裝置在船舶上的應(yīng)用越來越廣泛，特別是在工程船和特種船舶上。船上液壓裝置能否正?？煽康墓ぷ饕殉蔀榇瑬|關(guān)心的重點(diǎn)，而液壓系統(tǒng)的清潔度對液壓裝置的正常工作及系統(tǒng)元件的使用壽命起著極其重要的作用，直接影響系統(tǒng)的靈活性、準(zhǔn)確性和可靠性。目前在船舶建造中，船東、船級社和驗船師越來越重視對液壓系統(tǒng)清潔度的控制和檢驗。液壓裝置系統(tǒng)的投油清洗工作便成了船廠工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)，它直接影響造船施工進(jìn)度和裝置的提交驗收。

在液壓系統(tǒng)投油清洗工作中，投油花費(fèi)工時太長，系統(tǒng)難以達(dá)到要求的清潔度等級而多次反復(fù)投油一直是困擾船廠的兩大難題，特別是對于大型復(fù)雜的液壓系統(tǒng)更是如此。本文從某船廠建造的某型船上安裝的橫向補(bǔ)給裝置(下文簡稱橫補(bǔ)裝置)為例，來探討對復(fù)雜液壓裝置投油工藝的優(yōu)化研究。

1橫補(bǔ)裝置的投油要求

橫補(bǔ)裝置是在海上航行時在兩船間實施干液貨補(bǔ)給的裝置，是一套非常大型的復(fù)雜特種裝備，是集機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)為一體的高度集成的裝備。其液壓系統(tǒng)也非常復(fù)雜，液壓系統(tǒng)包含大量的精密液壓伺服閥件，液壓設(shè)備多，液壓管路復(fù)雜，液壓接口多，如其中某一液壓泵組的液壓管路接口多達(dá)四十幾個。因此裝置制造廠對液壓系統(tǒng)的投油清洗要求也非常高，具體要求如下。

(1) 本液壓系統(tǒng)要求清潔度等級為16/13 ISO4406，相當(dāng)于NAS 7級標(biāo)準(zhǔn)，要求很高。一般液壓系統(tǒng)要求清潔度等級為18/15 ISO4406，相當(dāng)于NAS 9級標(biāo)準(zhǔn)。兩種清潔度等級具體要求對照表如表1所示。16/13 ISO4406要求控制的污染顆粒數(shù)大約只有18/15 ISO4406 的1/4。

(2) 投油流速足夠大，使液壓油在管路流動達(dá)到紊流狀態(tài)，使之有效沖走管壁污染物。對不同尺寸管路在不同溫度時要求最小投油流量如表2所示。

表1　兩種清潔度等級要求對照表

表2橫補(bǔ)裝置要求最小投油流量

管子尺寸/mm管子內(nèi)徑/mm油粘度(cSt)463021流量/(L/min)流量/(L/min)流量/(L/min)φ12×2.008422719φ16×2.0012684431φ20×2.5015895841φ25×2.50201308559φ30×4.00221489667φ38×4.0030227148104φ48.26×7.1433.98272178124φ60.30×2.7754.76563367257φ88.9×3.0582.81101718503φ114.3×3.05108.217071113779

(3) 投油壓力至少達(dá)到50 bar，由于系統(tǒng)管路長，沿程阻力損失大，要求投油壓力高。

(4) 投油溫度最好為50℃~60℃，投油溫度較高時，油液粘度低，可達(dá)到理想的紊流狀態(tài)，清洗效果好。但溫度不能太高，超過70℃容易引起液壓油變質(zhì)，產(chǎn)生沉淀污染物。

(5) 投油系統(tǒng)濾器的過濾精度≤5 μm。過濾精度越高，更有利于過濾細(xì)小污染顆粒。

(6) 投油設(shè)備要帶污染顆粒計數(shù)分析儀，能在線連續(xù)監(jiān)測和記錄投油管系的污染物顆粒數(shù)和清潔度等級。

2投油工藝技術(shù)難點(diǎn)分析

針對上述要求及該裝備的特點(diǎn)，結(jié)合船廠現(xiàn)有投油工裝，分析該裝置投油有如下技術(shù)難點(diǎn)。

(1) 投油清潔度要求高，以往該設(shè)備投油常由于檢測清潔度等級難以達(dá)標(biāo)而需要反復(fù)投油。

(2) 要求投油流量大，對于尺寸φ114.3×3.05管路，投油流量要達(dá)到1 113 L/min，船廠原有投油設(shè)備最大流量為500 L/min。

(3) 投油壓力要求高，要達(dá)到50 bar，原有投油設(shè)備只能達(dá)到20 bar。

(4) 要求投油溫度控制在50℃~60℃左右，原有投油設(shè)備沒有溫度控制裝置。在溫度較低時投油，要使管路內(nèi)流體達(dá)到紊流狀態(tài)，需要更高的流量。

(5) 系統(tǒng)管路多，管子總長約3 000 m，接口多，回路多，以往投油回路臨時管的連接、投油清洗及清潔度檢測要花大量工時，常常影響設(shè)備調(diào)試進(jìn)度。

3橫補(bǔ)裝置投油工藝優(yōu)化措施

為保證投油清潔度要求，節(jié)省投油時間，提高投油效率，與以往投油工藝相比采取如下優(yōu)化措施。

(1) 優(yōu)選液壓管材。液壓管路選用冷拔精密無縫不銹鋼管，管子標(biāo)準(zhǔn)滿足DIN2462，管子精度滿足D4/T3等級，不使用一般船用無縫不銹鋼管。管子內(nèi)壁更光滑，更易于投油沖洗，不易滯留污染顆粒。

(2) 優(yōu)選管子連接件。在液壓管路設(shè)計上采用非焊接的管接頭，減少焊接產(chǎn)生的焊渣對管路的污染。

對于外徑D ≤ 38 mm管子連接，采用擠壓成型接頭(如圖1所示)，不使用一般焊接螺紋接頭。該接頭類似卡套接頭，但沒有卡環(huán)，是用專用預(yù)裝機(jī)在管子端部擠壓成類似卡環(huán)形狀，另外配一只密封環(huán)。

圖1　擠壓成型接頭

對于外徑D > 38 mm管子連接，采用SAE標(biāo)準(zhǔn)非焊接擴(kuò)口法蘭(如圖2所示)，不使用一般焊接方法蘭。

圖2　擴(kuò)口法蘭

(3) 對管子、接頭及法蘭供貨嚴(yán)格把關(guān)。要求管子內(nèi)壁、管接頭和法蘭清潔，無雜質(zhì)、油脂、金屬細(xì)顆粒等污染物。管子兩端要封口，管接頭和法蘭要包裝完好。

(4) 管子加工后嚴(yán)格進(jìn)行化學(xué)清洗。初步去除加工過程中產(chǎn)生的金屬顆粒、油脂等污染物。

(5) 利用集合管和軟管提高投油管系的連接效率。橫補(bǔ)裝置液壓設(shè)備多，接口多，液壓回路多，投油時要求安裝的臨時連接管路很多。一般液壓系統(tǒng)投油需一個回路投油達(dá)到要求后，再拆除臨時連接管更換到下一回路投油。在投油設(shè)備進(jìn)出口處采用集合管(見圖3)，可一次投油多個液壓回路，并且所有臨時管采用軟管連接，不采用常用的紫銅管連接，這樣可以顯著提高投油效率，節(jié)省時間和成本，并且集合管和軟管都可以在日后其他船舶投油中重復(fù)使用。

(6) 控制投油溫度和流量。確保投油流速達(dá)到紊流狀態(tài)，提高投油清洗效果。投油系統(tǒng)中安裝加熱器、冷卻器和溫度控制儀，使投油溫度控制在大約50℃~60℃，降低清洗液壓油的粘度；在投油系統(tǒng)中安裝流量計，控制每一回路投油流量達(dá)到規(guī)定要求。

圖3　投油用集合管示意圖

(7) 采用雙聯(lián)濾器。在投油管系中采用雙聯(lián)濾器，可以邊投油邊更換濾芯，投油泵站不用停機(jī)，節(jié)省投油時間。

(8) 使用液壓沖擊。在投油系統(tǒng)中安裝液壓沖擊裝置，使投油管內(nèi)產(chǎn)生周期性的脈沖液壓波動壓力，更易沖走管壁污染物，可顯著增強(qiáng)投油效果，比以往用木錘敲擊管路更有效率。

(9) 采用正反向沖洗法。投油一段時間后，通過開關(guān)相應(yīng)截止閥，變換系統(tǒng)進(jìn)出油路方向，使清洗油反向流動，提高投油清洗效果。

(10) 提高系統(tǒng)清潔度檢測效率。在投油管系回油口處安裝在線檢測接口，可連接便攜式污染顆粒計數(shù)分析儀，用于在投油過程中實時監(jiān)測投油系統(tǒng)的清潔度等級，并可隨時打印清潔度等級報告。這樣避免了以往不斷取樣，多次送檢的麻煩。對于每一回路的投油，不會產(chǎn)生由于投油時間不夠，清潔度不達(dá)標(biāo)而多次送檢，也不會產(chǎn)生由于投油時間過長，清潔度早已達(dá)標(biāo)而繼續(xù)投油的現(xiàn)象，明顯節(jié)約了投油時間、檢測時間和費(fèi)用。

(11) 嚴(yán)格規(guī)范操作流程，控制施工環(huán)境。管子加工過程中要保持環(huán)境清潔；投油前投油泵站油箱要清潔檢查；投油后管子兩端要封口，臨安裝時才能拆開。

管子安裝時要保持環(huán)境清潔，嚴(yán)禁電焊、打磨、油漆、清掃等產(chǎn)生粉塵污染物的作業(yè)，有效避免對管子的二次污染。在管子加工、存放、化學(xué)清洗、運(yùn)輸、投油和安裝各環(huán)節(jié)都要遵守操作流程，保持環(huán)境清潔，嚴(yán)禁污染物進(jìn)入管子內(nèi)壁。

(12) 投油系統(tǒng)加注新油時嚴(yán)格進(jìn)行過濾處理。如沒有特殊要求，油料廠生產(chǎn)的新油一般清潔度很差，通常為NAS 11~12 級左右；對新油進(jìn)行過濾處理可顯著縮短投油時間。

4投油設(shè)備的改進(jìn)設(shè)計

由于船廠原有的投油設(shè)備不能滿足橫補(bǔ)裝置投油要求，根據(jù)上述優(yōu)化措施，我們設(shè)計了一套改進(jìn)的投油設(shè)備(如圖4所示)，具體改進(jìn)設(shè)計如下。

(1) 增大投油主泵組(圖4中件4)的流量，最大流量可達(dá)1 450 L/min，并帶流量計(件15)。

(2) 增大投油泵組壓力，最大壓力可達(dá)85 bar，并在0~85 bar范圍內(nèi)可調(diào)。通過調(diào)整圖中溢流閥(件6)的設(shè)定壓力來調(diào)整泵的出口壓力。

(3) 設(shè)備帶油加熱器(件28)、冷卻器(件23)和溫度控制儀，可實現(xiàn)溫度40℃~65℃的自動控制。

(4) 提高過濾精度，精濾器(件22)過濾精度可達(dá)3 μm。開啟閥件11、12，關(guān)閉閥件7、8、9、10，啟動主泵組4，進(jìn)行精濾。

(5) 配備雙聯(lián)濾器(件21)，在投油過程中可不停機(jī)更換濾芯。更換濾芯時，關(guān)閉相應(yīng)過濾器進(jìn)出口的蝶閥(件7、件8，或者件9、件10)。開啟閥件7、8、9、10，關(guān)閉閥件11、12，啟動主泵組4，進(jìn)行粗濾。

(6) 配置液壓脈沖裝置(件38)，可在投油管路中產(chǎn)生液壓沖擊，壓力和蓄壓周期可自行設(shè)定。通過投油設(shè)備自動控制程序控制液壓沖擊裝置中一只二位二通電磁閥換向，以使液壓沖擊裝置中一只溢流閥周期性地溢流，從而使投油回路的壓力產(chǎn)生有規(guī)律的脈沖波動，更有效地沖走附著在管壁的污染物。通過調(diào)整該溢流閥的設(shè)定壓力，可以設(shè)定投油回路壓力波動的最低壓力值。

(7) 設(shè)備具有正反向沖洗功能。不需要重新拆裝連接管路，只要開關(guān)相應(yīng)的閥件就可實現(xiàn)正反向沖洗。開啟閥件16、19，關(guān)閉閥件17、18，啟動主油泵，正向清洗；開啟閥件17、18，關(guān)閉閥件16、19，啟動主油泵，反向清洗。

(8) 設(shè)備帶投油取樣接口及在線顆粒計數(shù)分析儀檢測接口(件20)?？梢匀铀突炇曳治觯部梢灾苯舆B接便攜式污染顆粒計數(shù)分析儀現(xiàn)場檢測。

(9) 設(shè)備帶駁油-集油濾器(件34)，可對新油進(jìn)行過濾處理。將吸油軟管伸進(jìn)油桶，出油軟管伸進(jìn)主泵油箱，打開閥29、閥30，啟動油泵33，進(jìn)行駁油。將吸油軟管伸進(jìn)主泵油箱，出油軟管伸進(jìn)油桶，打開閥29、閥30，啟動油泵33，進(jìn)行集油。

(10) 配置高壓油泵(件35)，最高壓力可達(dá)500 bar，可進(jìn)行管路強(qiáng)度試驗及密性試驗。強(qiáng)度試驗和密性試驗結(jié)合投油清洗可同時在船上進(jìn)行，毋需特意在車間連接管路進(jìn)行強(qiáng)度試驗。將試壓泵與管路通過快速接頭連接后，啟動試壓泵(件35)，逐級升高壓力進(jìn)行試壓。

(11) 設(shè)備配置高壓、高溫、高液位、低液位、濾器堵塞報警功能，設(shè)備自動化控制程度高，使用操作方便。

圖4　投油清洗設(shè)備液壓原理圖

5實際投油效果比較分析

(1) 應(yīng)用以前的投油措施及舊的投油設(shè)備時，投油時間長，效果差，經(jīng)常多次送檢，反復(fù)投油，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。如某船橫補(bǔ)裝置液壓系統(tǒng)投油時間前后累計長達(dá)4~5月之久，投油多次因清潔度未達(dá)標(biāo)而多次送檢，反復(fù)投油；期間還發(fā)生投油泵站油箱沒有清洗干凈而返工，操作不規(guī)范等問題，嚴(yán)重影響設(shè)備調(diào)試進(jìn)度。

(2) 應(yīng)用改進(jìn)的投油工藝和新的投油設(shè)備投油，投油時間短，效率高，能保證施工進(jìn)度。如同型號后續(xù)船橫補(bǔ)裝置液壓系統(tǒng)采用新的投油工藝和投油設(shè)備，投油時間前后累計只有大約3~4周，投油作業(yè)順利，投油清潔度一次檢驗合格，明顯節(jié)省了施工時間，保證了設(shè)備調(diào)試進(jìn)度。

6結(jié)論

本文提出的投油工藝優(yōu)化措施經(jīng)實船施工檢驗切實可行，改進(jìn)設(shè)計的投油設(shè)備可以滿足該船廠目前艦船上所有液壓裝置的投油要求。

對于系統(tǒng)清潔度等級要求高的復(fù)雜的液壓裝置，通過對投油工藝采取優(yōu)化措施，對投油設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，可以確保液壓系統(tǒng)投油清洗達(dá)到要求的清潔度等級，顯著提高投油的工作效率，節(jié)省工時和成本，確保工程進(jìn)度。該投油工藝優(yōu)化措施也可為船舶上其他復(fù)雜液壓裝置投油作業(yè)提供參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計手冊(第5版)(第4卷)：流體傳動與控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T14039-2002 液壓傳動油液固體顆粒污染等級代號[S].2002.

[3]中國船舶工業(yè)總公司.CB1102.4-1986 船用液壓系統(tǒng)通用技術(shù)條件清洗[S].1986.

中圖分類號U662

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

作者簡介：王國平(1968-)，男，高級工程師。