液壓和稀油潤滑系統(tǒng)中間配管快速沖洗

王海文

（中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶 401122）

0 引言

在冶金行業(yè)中，液壓及稀油潤滑系統(tǒng)的故障很多時候是由于油液清潔度不夠造成的，油液的清潔度是指油液中包含的顆粒數(shù)的指標(biāo)，此外，油液中如果混有超量的空氣和水也會造成系統(tǒng)無法正常工作。油液的清潔度不夠主要會造成兩大危害：1）對設(shè)備零件的表面會加劇切削磨損和疲勞磨損，零件工作環(huán)境會逐漸惡化，降低零件的使用壽命；2）容易引起液壓、潤滑元件堵塞或者是卡頓等問題。這是因為油液當(dāng)中所夾雜的固體顆粒容易堵塞液壓閥或者伺服閥的間隙和孔口，引起閥芯阻塞，影響執(zhí)行元件正常工作，或者影響軸承的潤滑狀態(tài)，有時甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的事故。所以，在施工階段對液壓、潤滑系統(tǒng)的沖洗至關(guān)重要[1]。

1 對于常規(guī)液壓、潤滑系統(tǒng)的沖洗分析

沖洗工作通常分2步進(jìn)行：1次沖洗和2次沖洗，對于清潔度要求更高的伺服系統(tǒng)還要進(jìn)行3次沖洗。沖洗要想短期內(nèi)達(dá)到良好的效果，一定要控制好3個要素：溫度、流量、壓降（本文主要是針對管道材質(zhì)為不銹鋼、沖洗油為46號礦物油的液壓、稀油潤滑系統(tǒng)，簡述其沖洗要點。其他工序如酸洗、吹掃、臨時管路、沖洗板的安裝、短接、敲擊等不再贅述）[2]。

1.1 溫度要素

對于46號礦物油，即：運動黏度為46 mm2/s（40 ℃），沖洗時的最佳油溫要控制在50 ℃左右，如果油溫過低，會導(dǎo)致油液黏度增大，黏度增大則會導(dǎo)致液壓沖洗泵吸油困難、壓力損失增加、功率損失增加，情況嚴(yán)重的，甚至?xí)?dǎo)致液壓閥卡阻、過濾器堵塞等現(xiàn)象，此時沖洗工作已無法正常進(jìn)行，所以在環(huán)境溫度較低的情況下，通常會先采用沖洗站內(nèi)部循環(huán)或者開啟加熱器的方式，先升高油溫再進(jìn)行沖洗。

沖洗時油溫應(yīng)避免超過60 ℃，這里經(jīng)常會有一個認(rèn)知誤區(qū)，油溫高的話會對油液本身損壞，其實并不是這樣。而是因為油溫如果達(dá)到60 ℃，沖洗泵的核心溫度通常會達(dá)到80 ℃，此時軸承的溫度會更高，而根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，滾動軸承最高溫度不超過95 ℃，滑動軸承最高溫度不超過80 ℃。并且溫升不超過55 ℃（溫升為軸承溫度減去測試時的環(huán)境溫度）；因此，如果油溫過高，要及時通冷卻水或者停泵，避免損壞軸承等重要設(shè)備[3]。

1.2 流量要素

對于液壓、潤滑管道的沖洗，要想達(dá)到?jīng)_洗效果，管道中務(wù)必要形成紊流狀態(tài)，紊流可以簡單理解為管道內(nèi)壁各點、各方向所受到的壓力相等，即油液充滿管道且以一定的速度流動，此時沖洗效果最佳。紊流可以用雷諾系數(shù)來衡量：

式中：Re為雷諾系數(shù)；V為圓形管道中沖洗油流速，mm/s；d為圓形管道內(nèi)徑，mm；r為沖洗油運動黏度，46號礦物油為46 mm2/s（溫度40 ℃）。

如一段鋼管?48×4，沖洗油為46號，要求雷諾數(shù)4 000，計算得：V=4.6 m/s；Re≥4 000時，管道內(nèi)沖洗油處于完全紊流狀態(tài)，此時沖洗效果最佳。為了滿足沖洗要求，雷諾數(shù)至少要3 000以上（3 000～4 000，介于層流和紊流之間）。從式（1）可以看出：雷諾數(shù)與流速成正比，與黏度成反比。

此外，管道內(nèi)油液流量公式：

式中：Q為圓形管道內(nèi)流量，L/min；A為圓形管道內(nèi)壁截面積，m2；V為油液流速，m/s。

根據(jù)式（1）和式（2），可以初步計算出待沖洗管道為了達(dá)到紊流雷諾數(shù)而需要的流量，此流量由沖洗泵站提供。即：選擇沖洗泵站流量參數(shù)時要以所有中間配管紊流流量為依據(jù)。如果一個液壓或者潤滑系統(tǒng)的管道數(shù)量多、通徑大，也可以事先分組計算，把所需要的最大流量大致平均分配到各組，這樣可以降低沖洗站的能力，此后沖洗時要嚴(yán)格按照事先分組進(jìn)行。但是在工程實際應(yīng)用中，常常是施工單位已經(jīng)準(zhǔn)備好了沖洗站，此時則需要根據(jù)沖洗站的流量反算分組，確保每組管道中都能達(dá)到紊流狀態(tài)，滿足沖洗要求。另外，雷諾數(shù)受黏度影響，所以在沖洗時盡量不要使用黏度大的沖洗油，否則短期內(nèi)難以達(dá)到效果。

在實際沖洗時，根據(jù)沖洗泵站的流量進(jìn)行分組非常重要，經(jīng)常會見到施工單位的沖洗泵站出口壓力始終很低，通常會認(rèn)為：因為只是在沖洗，管路沿程沒有任何負(fù)載，所以壓力低是正常的，其實這樣達(dá)不到?jīng)_洗效果，究其原因，往往是因為沒有計算分組，泵輸出流量過于分散，管道內(nèi)形不成紊流，而只有在紊流狀態(tài)下管道內(nèi)的壓力才可以憋高。

對于液壓閥臺沖洗，通常都是預(yù)先根據(jù)管徑大小進(jìn)行粗分組，在初次分組之后要對分組情況進(jìn)行仔細(xì)核算，見圖1[4]。

圖1 待沖洗閥臺的3 路分組

如圖1所示，一個待沖洗閥臺的其中3路（圖1中①、②、③）劃分為一組進(jìn)行沖洗，左側(cè)A處為泵源，提供的壓力為PA，流量為Q，B為回油箱。

3個支路管徑分別為：D1、D2、D3；長度分別為：L1、L2、L3，根據(jù)等壓差原則（流動的液體），3個支路的A→B壓降均相等：

可以根據(jù)D1、D2、D3以及L1、L2、L3分別計算得出3個支路各自的實際流量（L/min），來確認(rèn)分組是否合理。

1.3 壓降要素

圓形管道沖洗時，壓降是一個非常重要而又經(jīng)常被忽視的因素，很多時候管道沖洗不合格、沖洗時間過長或者某些管道無法達(dá)到?jīng)_洗流速，都是因為沖洗前沒有仔細(xì)考慮壓降的因素。同時，壓降因素很難被直觀發(fā)現(xiàn)，在施工現(xiàn)場經(jīng)常會有施工單位認(rèn)為，自己的沖洗泵站（通常一次沖洗會選用低壓大流量螺桿泵作為沖洗泵站）流量足夠大，配有加熱器、旁通過濾器，而且壓力可調(diào)、流量分組等等，就認(rèn)為沖洗一定可以滿足要求，但是沖洗結(jié)果往往卻并不理想，繼而花費更長的時間、更多的濾芯來沖洗，代價不菲，這就是沒有考慮到管道壓降的因素[5]。

管道沖洗時的壓降計算較為復(fù)雜，壓降來自于供油主管、供油支管、短接管、回油支管以及回油主管的各個階段，簡單來說，對于理想的內(nèi)壁光滑的圓形管道而言，壓降主要受管道通徑影響，通徑越小，壓降越大，通徑越大則壓降越小。

這里舉例說明下。如：1個液壓閥臺有3根主管（連接液壓泵站到閥臺的供油、回油及泄油管）、4組支管（連接閥臺到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的A、B管），如果這4組A、B管通徑相等或者差別很小，則壓降也相差不大，所需要的沖洗流量可以直接疊加，只要沖洗泵站滿足流量要求，沖洗時可以4組回路同時進(jìn)行（備注：主管通徑一般比較大，壓降極小，可忽略，只考慮流量即可）。但是，如果這4組支管中的其中2組與另外2組管道通徑相差很大，沖洗時如果還是同時進(jìn)行，則由于小通徑的2組管道壓降極大，可以簡單理解為液阻極大，此時沖洗油只有極其微小的流量進(jìn)入小管道，絕大部分都是進(jìn)入了另外2組大通徑的管道，所以對于此類閥臺，不管沖洗泵站流量多大，依然要進(jìn)行分組沖洗，分組原則：通徑相近且管道長度相當(dāng)?shù)臍w為同組。

此處也要考慮另外一種情況，同樣是上述舉例中的閥臺，如果4組支管中的其中2組與另外2 組管道通徑相差很大，但是大通徑的支管所對應(yīng)的換向閥通徑較小，閥口會限制壓差，此時即使是大通徑的A/B管，其實流量也不是很大，因為受換向閥條件所限，那么此時如果沖洗流量足夠，這4組是可以一起沖洗的。

對于稀油潤滑系統(tǒng)，存在同樣問題，沖洗分組時，要考慮2個條件：1）沖洗站的流量大?。?）各個潤滑支管的通徑大小、長度距離。既要滿足雷諾數(shù)、流量足夠，也要保證同組內(nèi)的支管壓降相等或相近，這樣才有良好的沖洗效果。

2 對于小型液壓站的沖洗分析

此外，還有一類特殊的情況，通常是一些較小型的液壓站，特殊性在于：該液壓系統(tǒng)包括主管、支管在內(nèi)的所有管道都是小通徑的細(xì)長管道，對于此類系統(tǒng)，在沖洗前要充分了解管道的參數(shù)，詳細(xì)地計算壓降，由于所有管道都是細(xì)長管，壓降巨大，如果此時沖洗站（一次沖洗）仍選用常規(guī)的低壓螺桿泵站，根據(jù)前面的分析可以得出：即使沖洗站流量再大也無法滿足管道沖洗要求，因為無法建立壓力，無法形成一定的流速，雷諾數(shù)更遠(yuǎn)達(dá)不到要求。所以，對于此類液壓管道，在沖洗之前要準(zhǔn)備高壓泵沖洗站（通常為高壓柱塞泵，低壓螺桿泵已無法滿足），沖洗時哪怕該高壓泵站流量略小，經(jīng)過分組沖洗后，一樣可以滿足沖洗要求。

此外，對一次沖洗時的臨時管路（連接沖洗站和主管路）的選擇也要注意，如果通徑過小，此時如果要把沖洗泵的流量全部輸出，則該段管道內(nèi)壓降會很大，這個壓降常常會超過了沖洗泵的工作壓力，這就會導(dǎo)致實際上沖洗泵的流量大部分走了旁通回到了油箱，而無法滿足沖洗要求。

3 濾芯精度匹配選擇

除了以上3個要素之外，還有一點在設(shè)計時也要足夠重視，要仔細(xì)確認(rèn)液壓或者潤滑系統(tǒng)的清潔度等級要求，冶金行業(yè)中常用清潔度要求一般是為NAS5級～NAS10級，那么在系統(tǒng)設(shè)計時對于過濾器、濾芯的選擇一定要非常注意流量、精度和清潔度的匹配關(guān)系，提前準(zhǔn)備充足的濾芯。

其中的濾芯精度選擇參考如下。

1）NAS：8～10級；濾芯：20 μ～30 μ。

2）NAS：7～8級；濾芯：5 μ～20 μ。

3）NAS：5～6級；濾芯：3 μ～5 μ。

4 結(jié)論

綜上所述：液壓、潤滑管道的沖洗有很多需要注意的要點，而且有些方面是無法直觀判斷而必須通過計算分析才能給出正確的方法。對于工期緊張的過程項目，必須提前對沖洗站的能力、系統(tǒng)流量、管道分組有明確的了解，在此基礎(chǔ)上，對沖洗工作認(rèn)真地分析計算，甚至需要提前通知施工單位準(zhǔn)備增加一些高壓泵等設(shè)備，這樣才能真正做好快速沖洗工作，才能減少液壓、潤滑系統(tǒng)的故障率，降低維護(hù)成本，保證生產(chǎn)的順利。