如何解決電加熱器引發油液變質的問題

郭詠梅

摘要：環境溫度低或要求在一定熱平衡下工作的液壓系統，一般采用電加熱器加熱。而在工作過程中有時會因為電加熱器表面溫度過高而使液壓油氧化變質；通過改變液壓油箱的內部結構可以實現油箱內部油液的攪動，從而避免因局部過熱引起的油液變質問題發生。

關鍵詞：粘溫特性；電加熱器；管路清洗；過熱；變質

液壓油的粘性對溫度非常敏感。隨著溫度的降低，液壓油的粘度會快速增大（詳見附圖1--粘溫曲線）。而液壓油的粘度對液壓泵的工作有很大的影響，油液粘度的增大會造成液壓泵啟動困難，有些種類的液壓泵很容易因為吸油不足而損壞；有些系統即使能啟動，因為油液供應不足，也會造成系統的工作效率大大降低，所以液壓泵應盡量避免在低溫條件下運行。低溫運行還可能導致液壓系統另外一個故障就是回油問題。油溫低，油的粘度大，液壓油通過回油管路的阻尼增大，在正常回油量不變的情況下，回油壓力會提高，加上非正常的內泄，就可能導致回油壓力過高對系統造成損害。

因此，在寒冷地區使用液壓設備，如果開機工作時油溫很低，就需要在系統中設置加熱裝置。還有些液壓系統散熱面積很大，但因工作條件的特殊性，系統要求在一個較高的熱平衡溫度下才能正常工作，例如各種船用串油液壓系統，只有在60°C左右紊流狀態下才能有效地將管路清洗干凈。這種工況也需要借助加熱裝置補充熱量，才能使系統達到要求的熱平衡溫度。

目前我國工業行業常用的加熱方式有蒸汽加熱和電加熱。電加熱器加熱安裝簡單，溫度控制較為容易和精確，而且不受配套設施所局限，占用空間也較蒸汽加熱的少，應用最為廣泛。

實際使用中，有些采用電加熱器的液壓系統，使用初期運轉正常；使用一段時間以后，液壓系統會出現運轉不暢、噪聲嚴重等現象。下面就以造船行業用于油路管系清洗的3m?串油單元為例對這一現象進行分析和解決。

造船行業用于油路管系清洗的3m?串油單元屬于中小型船用管路清洗設備，油箱尺寸為2400mm（長）X2000mm（寬）X900mm（高），需清洗的清洗管系直徑?140mm，壁厚6.5mm，整個管系長度為120米長。

按以上配置生產的液壓系統可以滿足3m?串油單元正常工作。但工作一段時間后，系統出現了運轉不暢、噪聲嚴重的現象。在分析具體原因時，我們發現，在3m?串油單元中，由于工作管路長，管系散熱面積很大，因此冬季工作時要求電加熱器全部開啟；電加熱器工作時表面溫度達300°C -400°C；而該液壓系統回油管路直徑大，回油最終進入油箱時流速緩慢，導致油液在油箱內流動也很緩慢。因為液壓油的導熱系數較低（水導熱系數為0.54W/（m·K），液壓油只有0.12W/（m·K）），因此油液局部過熱，致使油液氧化變質。

針對以上問題，我們制定了兩種解決方案：

1.為系統液壓油箱加循環油泵

該方案具體實施時需要在原液壓系統油箱上加一套電機泵組，泵組大小根據計算使其在15分鐘左右將油箱內油液循環一遍。后增的泵組在串油過程中始終開啟，在油箱內形成一個循環回路，使油箱內油液不斷循環流動，從而防止局部油液因流動過緩、熱交換不夠而過熱造成氧化變質。

2.改造油箱內部總回油管路

該方案實施時，是將總回油管路加長，貼油箱內壁繞置一周，并封死出口，然后在平行于加熱器的兩段回油管的管壁上靠近加熱器的一面開直徑為?25mm的小孔28個（總面積稍大于總回油管路通流面積即可），并在每個開口處焊接長200mm、規格為?34X3.5mm的無縫鋼管，要求28個無縫鋼管走向與加熱器安裝方向相垂直，向下與水平夾角呈30°這樣安裝的目的是在回油過程中，使油箱內油液形成渦旋，帶動箱內液壓油流動，以加快加熱器部位油液的流動速度，防止油液因過熱而變質。

考慮到更改的成本、更改方案具體實施的工作量以及用戶對外觀的要求等因素，3m?串油單元最終是按上述方法2改造的。液壓系統改造后在使用中再未出現類似前述的吸油不暢、噪聲等異常現象。使用兩個月后例行檢查，抽取的試樣油液呈黃色，無味，光滑感好。這表明油液未因過熱而氧化變質，也證明了我們的改造方案是成功的。

上述改造總回油管的方法，可以在原有液壓系統油箱內部局部進行，不破壞系統增體外觀，也不用增加余外的元件及電控成本，節省電能，且不受外部空間的限制，即可有效地使油液在加熱過程中保持均勻受熱。該方法推廣至類似的造船行業，以及其它寒冷地區冬季需用電加熱器的液壓設備，不失為一種切實可行的方法。

參考文獻：

[1]液壓工程手冊.北京.機械工業出版社.

[2]機械設計手冊（下冊）修訂版.北京.化學工業出版社.

[3]龔偉華《液壓油的污染與控制》液壓與氣動.1995年4月.