船用甲板機(jī)械液壓系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性研究

張 森 朱江森 程 校 江亞琪

(武漢船用機(jī)械有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430084)

1 國內(nèi)現(xiàn)狀

隨著我國海洋戰(zhàn)略的實(shí)施，面向深遠(yuǎn)海工程配套的大型海洋工程船舶需求越來越旺盛。深遠(yuǎn)海環(huán)境的多功能工程船舶甲板機(jī)械及其液壓系統(tǒng)的技術(shù)和產(chǎn)品處于空白，嚴(yán)重滯后于行業(yè)的發(fā)展，不足以支撐我國深遠(yuǎn)海發(fā)展戰(zhàn)略。

本文以船用甲板機(jī)械液壓系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性關(guān)鍵技術(shù)研究為目標(biāo)，對(duì)海洋環(huán)境下甲板機(jī)械液壓系統(tǒng)提出的要求及相關(guān)設(shè)備防腐進(jìn)行分析，得出相應(yīng)的解決措施。

2 設(shè)備的防腐蝕原則

隨著海洋工程裝備的快速發(fā)展和環(huán)境保護(hù)法對(duì)船舶行業(yè)的影響，具有環(huán)境污染性的設(shè)備涂料將禁止使用。2008年全面禁止生產(chǎn)和使用含三丁基錫防污涂料，2010年全面禁止使用含DDT船底防污涂料，2009年全部停止溶劑法氯橡膠生產(chǎn)線，并逐步限制含駱防銹涂料[1]。未來的研究方向是環(huán)保、節(jié)能、省資源、高性能和功能化；低表面處理防銹涂料不但可以減輕表面處理壓力，避免預(yù)處理對(duì)環(huán)境造成的污染，并可節(jié)約大量維修費(fèi)用[2]。

3 液壓系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性

船海設(shè)備工作環(huán)境和陸地設(shè)備工作環(huán)境存在較大的差異，船海工程設(shè)備有的需要浸泡在海水中，有的則暴露在海洋潮濕環(huán)境中，這對(duì)船用甲板機(jī)械設(shè)備液壓系統(tǒng)就提出了更高的要求，因此在進(jìn)行船用甲板機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮海洋環(huán)境因素的影響。

海洋環(huán)境對(duì)船用甲板機(jī)械液壓系統(tǒng)最大的危害是對(duì)液壓元件的腐蝕。海水是含有微生物、懸浮泥沙、溶解氣體、腐爛有機(jī)物和多種鹽類的復(fù)雜溶液，它對(duì)金屬的腐蝕受諸多因素的影響，其中主要的有海水中溶氧濃度、海水溫度、流速和生物活性等[3]。海洋環(huán)境中含氧濃度越高，對(duì)甲板機(jī)械設(shè)備的腐蝕速度就越快；赤道附近的海域水上溫度局部地區(qū)會(huì)上升到40℃以上，高溫環(huán)境也會(huì)加快設(shè)備的腐蝕速度；當(dāng)設(shè)備長時(shí)間浸泡在海水中工作時(shí)，海洋中微生物會(huì)附著在設(shè)備表面，時(shí)間長了會(huì)影響設(shè)備的正常使用。

目前深海資源開采類的設(shè)備，如ROV等水下開采設(shè)備，工作的時(shí)候需要完全浸泡在海水中。很多ROV水下設(shè)備都配置有液壓缸，如果在液壓缸工作時(shí)，海水隨著液壓缸的活塞桿進(jìn)入到液壓缸內(nèi)部以及液壓系統(tǒng)中時(shí)，會(huì)導(dǎo)致液壓油乳化，最終整個(gè)設(shè)備癱瘓。因此，在設(shè)計(jì)海洋水下液壓元件時(shí)，應(yīng)充分考慮液壓元件工作的海洋環(huán)境，從元件的密封結(jié)構(gòu)上去有效防止海水進(jìn)入到液壓系統(tǒng)當(dāng)中。

4 方法與措施

針對(duì)海洋環(huán)境對(duì)液壓元件的特殊要求，目前在工程船甲板機(jī)械設(shè)計(jì)中主要是從液壓元件和系統(tǒng)的選材、設(shè)計(jì)、防護(hù)等著手，重點(diǎn)解決元件的防腐和密封問題。

4.1 液壓元件的防腐

避免液壓元件受到海水腐蝕的常用方法是將它與海水隔開，如將除執(zhí)行器和連接管路之外的液壓元件置于封閉的船舶泵站艙中，但對(duì)那些必須與海水接觸的液壓元件的防腐，主要包括兩方面的措施：一是材料的選擇；二是材料的表面處理。

當(dāng)前在海洋環(huán)境中應(yīng)用較廣的主要是不銹鋼、鋁合金等材料；在工程船的甲板機(jī)械配套領(lǐng)域一般多采用不銹鋼材質(zhì)。

4.2 液壓元件的密封處理

海水環(huán)境中工作的液壓元件如果密封材質(zhì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不好，海水會(huì)通過元件的運(yùn)動(dòng)副處的密封件進(jìn)入到液壓系統(tǒng)當(dāng)中。當(dāng)液壓系統(tǒng)中含水量超過萬分之三時(shí)，液壓油就會(huì)出現(xiàn)乳化現(xiàn)象。液壓元件會(huì)出現(xiàn)像輸出壓力不夠，轉(zhuǎn)速或移動(dòng)速度變慢的情況。因此，對(duì)于水下工作液壓元件的密封設(shè)計(jì)，以下原則可供設(shè)計(jì)者參考。

對(duì)于靜壓密封，如管接頭和法蘭等，可采用端面固定式密封結(jié)構(gòu)，即采用兩只O形密封圈壓緊，內(nèi)部的密封圈防止內(nèi)部壓力油滲出，外部的密封圈防止外部的海水滲入。

對(duì)于往復(fù)式動(dòng)密封，如油缸等，可在油缸的缸頭法蘭處，設(shè)置兩道密封圈，在兩道密封圈中間設(shè)置一個(gè)泄污槽，第一道密封將活塞桿的水分盡量排出，少量附著在活塞桿上的水分由第二道密封排出，第二道密封圈排出的水分則通過排污槽泄到艙內(nèi)。

對(duì)于旋轉(zhuǎn)式密封，如鯊魚鉗及擋銷，除與按常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其密封形式外，還需要在設(shè)備與船體甲板面的接觸處額外設(shè)置一個(gè)旋轉(zhuǎn)密封圈，將海水隔開，同時(shí)密封環(huán)下方也要設(shè)計(jì)排污槽。

對(duì)于閥類的密封，可以采用圓筒形，上下為半球形蓋，將閥件設(shè)計(jì)為板式連接的集成液路方式，而將蓋采用端面O形密封圈靜密封方式加以密封。

5 結(jié)語

隨著海洋工程裝備逐漸走向深海，多功能工程船將會(huì)得到快速發(fā)展，通過對(duì)船用甲板機(jī)械液壓系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行研究，得出了船用甲板機(jī)械液壓系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性要求以及相應(yīng)的防護(hù)方法與措施，希望以上內(nèi)容能夠?yàn)橄嚓P(guān)設(shè)計(jì)者提供一定的參考。