復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)有限公司， 上海200129)

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復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)有限公司， 上海200129)

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

關鍵詞投油工藝投油設備清潔度等級橫補裝置

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常可靠的工作已成為船東關心的重點，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和難點，它直接影響造船施工進度和裝置的提交驗收。

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

1橫補裝置的投油要求

橫補裝置是在海上航行時在兩船間實施干液貨補給的裝置，是一套非常大型的復雜特種裝備，是集機械系統(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)也非常復雜，液壓系統(tǒng)包含大量的精密液壓伺服閥件，液壓設備多，液壓管路復雜，液壓接口多，如其中某一液壓泵組的液壓管路接口多達四十幾個。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，相當于NAS 7級標準，要求很高。一般液壓系統(tǒng)要求清潔度等級為18/15 ISO4406，相當于NAS 9級標準。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橫補裝置要求最小投油流量

管子尺寸/mm管子內徑/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，產生沉淀污染物。

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

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

2投油工藝技術難點分析

針對上述要求及該裝備的特點，結合船廠現有投油工裝，分析該裝置投油有如下技術難點。

(1) 投油清潔度要求高，以往該設備投油常由于檢測清潔度等級難以達標而需要反復投油。

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

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

(4) 要求投油溫度控制在50℃~60℃左右，原有投油設備沒有溫度控制裝置。在溫度較低時投油，要使管路內流體達到紊流狀態(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，常常影響設備調試進度。

3橫補裝置投油工藝優(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，管子標準滿足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。在液壓管路設計上采用非焊接的管接頭，減少焊接產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)，是用專用預裝機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標準非焊接擴口法蘭(如圖2所示)，不使用一般焊接方法蘭。

圖2　擴口法蘭

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

(4) 管子加工后嚴格進行化學清洗。初步去除加工過程中產生的金屬顆粒、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。橫補裝置液壓設備多，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。在投油設備進出口處采用集合管(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使用。

(6) 控制投油溫度和流量。確保投油流速達到紊流狀態(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，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，使投油管內產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，通過開關相應截止閥，變換系統(tǒng)進出油路方向，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，不會產生由于投油時間不夠，清潔度不達標而多次送檢，也不會產生由于投油時間過長，清潔度早已達標而繼續(xù)投油的現象，明顯節(jié)約了投油時間、檢測時間和費用。

(11) 嚴格規(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，嚴禁電焊、打磨、油漆、清掃等產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、化學清洗、運輸、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，嚴禁污染物進入管子內壁。

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

4投油設備的改進設計

由于船廠原有的投油設備不能滿足橫補裝置投油要求，根據上述優(yōu)化措施，我們設計了一套改進的投油設備(如圖4所示)，具體改進設計如下。

(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85 bar，并在0~85 bar范圍內可調。通過調整圖中溢流閥(件6)的設定壓力來調整泵的出口壓力。

(3) 設備帶油加熱器(件28)、冷卻器(件23)和溫度控制儀，可實現溫度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3 μm。開啟閥件11、12，關閉閥件7、8、9、10，啟動主泵組4，進行精濾。

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

(6) 配置液壓脈沖裝置(件38)，可在投油管路中產生液壓沖擊，壓力和蓄壓周期可自行設定。通過投油設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。通過調整該溢流閥的設定壓力，可以設定投油回路壓力波動的最低壓力值。

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

(8) 設備帶投油取樣接口及在線顆粒計數分析儀檢測接口(件20)?？梢匀铀突炇曳治?，也可以直接連接便攜式污染顆粒計數分析儀現場檢測。

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

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

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

圖4　投油清洗設備液壓原理圖

5實際投油效果比較分析

(1) 應用以前的投油措施及舊的投油設備時，投油時間長，效果差，經常多次送檢，反復投油，嚴重影響施工進度。如某船橫補裝置液壓系統(tǒng)投油時間前后累計長達4~5月之久，投油多次因清潔度未達標而多次送檢，反復投油；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，嚴重影響設備調試進度。

(2) 應用改進的投油工藝和新的投油設備投油，投油時間短，效率高，能保證施工進度。如同型號后續(xù)船橫補裝置液壓系統(tǒng)采用新的投油工藝和投油設備，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，保證了設備調試進度。

6結論

本文提出的投油工藝優(yōu)化措施經實船施工檢驗切實可行，改進設計的投油設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雜的液壓裝置，通過對投油工藝采取優(yōu)化措施，對投油設備進行改進設計，可以確保液壓系統(tǒng)投油清洗達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，確保工程進度。該投油工藝優(yōu)化措施也可為船舶上其他復雜液壓裝置投油作業(yè)提供參考和借鑒。

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中圖分類號U662

文獻標志碼A

作者簡介：王國平(1968-)，男，高級工程師。