用于特種裝備滑油加注的多功能輔助裝置研制

楊順成，王建兵，胡登明

(中國船舶重工集團公司第七〇四研究所，上海 200031)

用于特種裝備滑油加注的多功能輔助裝置研制

楊順成，王建兵，胡登明

(中國船舶重工集團公司第七〇四研究所，上海 200031)

現有用于某船用特種裝備滑油加注的設備與方法存在很多弊端，因此有必要研制一套綜合性多功能的輔助裝置解決這些問題。整個裝置分為滑油泵機組和加熱機組，可分可合，前者抽吸油桶里的汽缸油并能向油箱或油罐遠距離注油，后者既能單獨給油桶水浴加熱，也能同時給油箱里的和輸送管道里的汽缸油實行熱水循環加熱。本文詳細介紹裝置的主要組成、工作原理和使用方法，現場應用結果證明其技術性能符合設計要求，滿足實際需要。

蒸汽汽缸油；加熱；輔助裝置；泵吸；熱水循環

0 引 言

某特種裝備在運行和平時定期維護保養時須加注滑油—蒸汽汽缸油[1]，其來自潤滑機組上的螺桿泵的泵壓輸送。蒸汽汽缸油有礦油型和合成型，前者有680號、1000號和1500號油，后者只有1500號，盡管后來的標準已于2005年已作廢，但新標準至今尚未頒布，所以生產廠家仍參照舊標準并結合用戶的要求進行生產。汽缸油的粘度受溫度的影響很顯著，40 ℃時的運動粘度都大于680 mm2/s，100 ℃時卻都小于72 mm2/s，常溫粘度很高，流動性很差，所以某船用特種裝備的潤滑系統[2]中潤滑機組里的和很長滑油輸送管道里的滑油都利用以蒸汽或熱水為介質的加熱和伴熱紫銅管為其進行加熱，以降低其粘度而增強其流動性，且反復加熱還不會燒焦滑油，另外其中油箱滑油液位降到一定位置時需要用專門的加油車將滑油桶（標準的容積200 L）舉起，靠手工慢慢改變油桶出油口的角度，將滑油通過半圓形或圓形管道倒入油箱或油罐中，操作時需要2～3人，加注一桶油需耗時30～50 min，環境溫度越低滑油流動性越差、耗時越長，且無法遠距離加油。若稍有不慎就會將地面或周圍設施灑上很多粘乎的滑油，需善后處理。現有的專用柱塞式加油泵站主要用于加注液壓油，而無法加注這種高粘性滑油。冬天為了提高加注油效率，須提前2～3天將滑油桶放到空調房間內，或須提前2～3 h用專用的電阻式加熱器給滑油桶加熱。平時為了定期維護保養某特種裝備，需定期給設備加注滑油使其運行。除夏天外，這時需要特地提前一天啟動鍋爐供給蒸汽或熱水給油箱和滑油輸送管道的滑油加熱到30 ℃以上（不大于60 ℃），耗能很多而且耗時，經濟代價很大。至于其他類型的多功能液滑油加油車，也不能滿足現場要求，無論是外形尺寸還是功能[3–4]，因此需要替代方案解決這些問題。

1 輔助裝置研制目的、目標與技術指標

1.1 研制目的

針對某一船用特種裝備滑油加注存在的問題研制1套具有多種功能的輔助裝置。

1.2 研制目標

研制1套完整的輔助裝置樣機，并進行試驗檢驗，樣機能提供熱水給滑油桶加熱；提供循環熱水給滑油箱里的加熱器與滑油輸送管道上的伴熱管給所對應的滑油加熱；能方便地將油桶里的汽缸油通過軟管泵送到30 m以內；可以1人獨立操作。

1.3 裝置技術指標

輔助裝置的主要技術指標如下：

滑油螺桿泵電壓功率3φ，380 VA，2.2 kW；

滑油螺桿泵最大排壓1.5 MPa；

滑油螺桿泵排量40 l/min；

熱水循環泵電壓功率3φ，380 VA，1.5 kW；

熱水循環泵排壓0.32 MPa；

熱水循環泵排量4 m3/h；

輸滑油最遠距離（膠管長）30 m ；

水電加熱器電壓功率3φ，380 VA，10 kW；

上水腔水容積220 L；

介質為水和蒸汽汽缸油；

油桶容積200 L；

每桶汽缸油加熱時間≤20 min；

每桶汽缸油泵吸時間≤8 min。

2 輔助裝置研制過程

2.1 輔助裝置的主要組成和工作原理

輔助裝置由滑油泵機組和加熱機組通過連接插銷聯接而成，如圖1所示。

滑油泵機組如圖2所示，主要由推拉桿1、滑油螺桿泵2、倒順開關3、滑油過濾器4、膠管接頭5、膠管6、電纜卷筒7、卷筒架8、膠管卷架9、萬向輪10、機架11、透明粗膠管12、粗膠管掛鉤13、壓緊螺釘14、膠管夾筒15、喉箍16、轉換接頭17、刮油橡膠環18、內吸油鋁管19、橡膠密封圈20、外吸油鋁管21、膠管夾筒22、壓緊螺釘23和電纜等組成。其中推拉桿1、卷筒架8、膠管卷架9、粗膠管掛鉤13、膠管夾筒15和膠管夾筒22是焊接在機架11上，而滑油螺桿泵2、倒順開關3和4個萬向輪10采用螺紋連接到機架11上，電纜卷筒7也采用螺紋連接到卷筒架8上；滑油螺桿泵2的進油口端和轉換接頭17的出口端分別跟透明粗膠管12的兩端的連接都采用喉箍16（標準的）卡緊，透明粗膠管12中間端卷繞掛在粗膠管掛鉤13上；內吸油鋁管19穿過外吸油鋁管21后，再套入刮油橡膠環18跟轉換接頭17的進油口采用細牙螺紋連接，兩鋁管靠近兩端處各安裝了一個橡膠密封圈20，稍用力可使之相互滑動，即外吸油鋁管21可伸縮（其長度為標準油桶液位高度的60%），但即使處于垂直位置也不會自行滑動，另外外吸油鋁管21進口端開了4個缺口，附近還有1個環形凹槽，外吸油鋁管21在膠管夾筒22內插入到底，依靠壓緊螺釘23擰緊進入其環形凹槽而固定；滑油螺桿泵2的出油口端跟滑油過濾器4采用法蘭連接，膠管接頭5跟膠管6扣壓連接后，螺紋連接到滑油過濾器4的出口法蘭上，膠管6卷繞在膠管卷架9上，其末端插入內有突起的螺紋圓柱的膠管夾筒15內，依靠壓緊螺釘14擰緊而固定。

滑油泵機組具有從滑油桶吸油和壓力遠距離輸送滑油的功能。當需往油桶抽吸向外輸油時，先連接電源，滑油桶準備就緒，將膠管6末端松開拉直插入到油箱或油罐進油口且固定，然后先只將外吸油鋁管21插入油桶，依靠轉換接頭17掛在油桶進出口，接著將倒順開關3轉到“倒或順”的位置，觀察泵的轉向是否符合標示的要求，不符合則把開關反轉到另一個位置，油泵啟動，待抽吸到無油時將外吸油鋁管21往外拉到底，再把外吸油鋁管21沉到底繼續抽吸后半桶油，外吸油鋁管21前端開了4個小缺口，以防桶底封死吸油端口；抽完后停機，將刮油橡膠環18壓在油桶口，先拔出沒粘滑油的內吸油鋁管19，待外吸油鋁管21快伸出桶口時把刮油橡膠環18套入其外壁，緩慢將其管外壁的滑油捋回到桶內，全拔出后，迅速將管倒放以免管內的滑油流到地面或油桶表面，將透明粗膠管12卷起掛在粗膠管掛鉤13上，然后將外吸油鋁管21前端插入膠管夾筒22，擰緊壓緊螺釘23，螺釘頂在外吸油鋁管21前端對應的環形凹糟內，管內的滑油慢慢沉積在圖中所示的轉換接頭17附近的管內。而泵出口的滑油經過滑油過濾器4精密過濾，通過膠管6輸送到油箱或油罐內，膠管6的長度取決于滑油需輸送的最遠距離；注油完畢，舉起膠管6末端把之在膠管卷架9上繞起來，最后將其末端插入膠管夾筒15，稍微擰緊壓緊螺釘14，管內的滑油會慢慢沉積在卷管的下部，不會弄污地面和設備。收工時，將電源電纜通過電纜卷筒7收攏。

加熱機組如圖3所示，主要由液位指示管24、小水腔25、上水腔26、回水管27、上吸水管28、水電加熱器29、溢流管30、水排空截止閥31、電控箱32、扶手33、上吸水截止閥34、中間截止閥35、回水截止閥36、出水截止閥37、熱水循環泵38、下吸水截止閥39、下吸水管40、箱體41、萬向輪42、電纜卷筒43、下水腔44、滾動管架45、箱體螺紋頂桿46、肘夾47、油桶導向架48、密封門49、密封門擋桿50、排放熱水截止閥51、排放熱水管52、密封門導軌53和電纜等組成。箱體41由若干不銹鋼薄鋼板氬弧焊接而成，形成下水腔44、上水腔26和小水腔25，其中回水管27的出水端、上吸水管28的進水端、溢流管30、2個扶手33、下吸水管40的進水端、4個肘夾47、密封門擋桿50、排放熱水管52和兩個密封門導軌53是焊接在箱體41上；而液位指示管24、水排空截止閥31、電控箱32、熱水循環泵38、4個萬向輪42、電纜卷筒43、滾動管架45和4個箱體螺紋頂桿46采用螺紋連接到箱體41；4個水電加熱器29跟箱體41為法蘭連接，油桶導向架48跟箱體41為鉸鏈連接；回水管27進水端、上吸水管28的出水端、下吸水管40的進水端分別跟回水截止閥36、上吸水截止閥34與下吸水截止閥39都是螺紋連接；中間截止閥35和出水截止閥37跟對應管道以及排放熱水截止閥51跟排放熱水管52也都是螺紋連接；熱水循環泵38的進出口跟對應管道采用法蘭連接。密封門49正面靠近左右側和底部三邊緣嵌有橡膠密封墊，從頂部導入左右兩個密封門導軌53，當把4個肘夾47上的手柄向前推到位（收緊）時其中4個頂桿分別壓緊門上的4個耳，從而使門上的密封墊緊貼在導軌上而實現門的密封，門內水位越高密封更好。滾動管架45和油桶導向架48中有用于滾動的金屬管，便于油桶推進和拉出。機組底部設置了4個箱體螺紋頂桿46，目的是為確保工作時機組包括水和油桶的重量承受在其上，以保護4個萬向輪42，同時又防機組任意移動和重心不穩。

2.2 輔助裝置的設計計算和外購件選型以及重要尺寸的確定

輔助裝置的設計計算內容主要包括：

1）油箱內盤旋紫銅管加熱器和伴熱管紫銅管內的循環水流阻力；

2）滑油泵機組中30 m長的泵壓輸油膠管在不同油溫時的沿程阻力比較；

3）循環水流總量；

4）加熱器的總功率。

詳細計算過程，大部分可參照文獻[2]。根據循環水流阻力確定熱水循環泵的排壓和功率，留有15%的余量，取排壓0.32 MPa，并根據加熱和伴熱紫銅管的內徑和循環水流總量確定循環泵功率[5]，取1.5 kW，由此選定循環泵的型號。與此同時，以油桶浸泡容積大小、水電加熱器最低浸泡深度為依據，確定總的需加熱的水容積，再根據加熱時間要求進一步確定加熱器的總功率，取10 kW。

另外根據汽缸油的粘溫關系的經驗公式，其中非常著名和常用的是Walther粘溫方程為[6–8]：

式中：ν為運動粘度；t為絕對溫度；A，B為常數。

推導出氣缸油在不同溫度（取10 ℃，20 ℃，30 ℃，35 ℃，40 ℃和50 ℃）時的粘度值，再計算出對應的30 m長的膠管沿程阻力[9]，由此說明為什么汽缸油必須加熱到30 ℃以上，并確定滑油泵的功率，取2.2 kW。

由總的需加熱的水容積確定加熱機組的外形尺寸和重量，由兩機組的重量選用萬向輪。

2.3 輔助裝置重要組件材料的選擇

滑油泵機組的機架由焊接而成，因此其材料選用易焊接的20號鋼，焊接后涂防銹漆；內外吸油鋁管都采用鋁管材。加熱機組的箱體和密封門都采用304不銹鋼。

2.4 輔助裝置的控制

滑油泵機組由倒順開關控制，由現場決定開關轉向；而加熱機組主要控制的是水溫，從節能角度，用95 ℃循環熱水加熱滑油比用蒸汽加熱更好[10]，因此只需將水溫控制在95 ℃左右即可，不需熱水沸騰。這樣既安全，又便于操作。

3 輔助裝置使用方法與步驟

先接通電源，確定機組擺放位置后，擰緊4個箱體螺紋頂桿46，讓機組微抬起；將肘夾47上的手柄收緊，讓密封門49關緊，向下水腔內倒入水，觀察腔內水容量刻度，到位后，將回水截止閥36、出水截止閥37與上吸水截止閥34都關閉，而中間截止閥35和下吸水截止閥39都打開，在電控箱上按下熱水循環泵38對應的啟動按鈕，下水腔44中的水通過下吸水管40與回水管27先輸送到上水腔26中的小水腔25，經過其中的小水腔排水孔流到其外面的上水腔26空間內，當整個液面達到液面線3時，整個小水腔25浸泡在上水腔26中，如果水溢滿就從溢流管30流回到下水腔44中，液位高度可觀察液位指示管；抽完則按下水泵的停止按鈕，同時按下加熱按鈕，當加熱到沸騰時水蒸汽也能從溢流管30流到下水腔44中，憑此也可判斷水沸騰了。

需要對外提供循環熱水的時候（回水截止閥36進水口和出水截止閥37出水口對外接有軟管，圖中省略），則將回水截止閥36、出水截止閥37與上吸水截止閥34都打開，而將中間截止閥35和下吸水截止閥39都關閉，按下循環泵啟動按鈕，這時熱水從上水腔26中通過上吸水管28經過出水截止閥37流出（有0.32MPa的水壓），同時通過回水截止閥36和回水管27流回上水腔26中的小水腔25，經過其中的小水腔排水孔流到其外面的上水腔26空間內繼續加熱。考慮到外面水可能泄漏，設置了一個安全液面線2，以防燒壞水電加熱器29，當液面低于液面線2時，循環泵空轉。

需要給滑油桶加熱時，先將油桶導向架48放下，置水平，然后松開4個肘夾47的手柄，將門沿著密封門導軌53向上移動，當門的下端越過密封門擋桿50位置時，將密封門擋桿50拉出，這時門壓在擋桿上，把油桶放在油桶導向架48上面，且向下水腔44內推進，其內對接的滾動管架45也方便油桶移動，靠最內位置后，把門稍微抬起同時把密封門擋桿50往內推，讓門緩慢放下，接著將4個肘夾47的手柄收緊，關緊門。擰開排放熱水截止閥51，讓熱開水通過排放熱水管52流入下水腔44，當其液面達到液面線1時，關閉排放熱水截止閥51，這時油桶高度的70%浸泡在熱水中。當其溫度降低需調換熱水時，操作同上，把已降溫的水快速抽吸到小水腔25中，快完時迅速打開排放熱水截止閥51，讓熱開水流下，小水腔25具有緩存作用以免溫度低的水急劇降低上水腔26中的熱水溫度。

使用完畢，重新啟動循環泵，將下水腔44中的水全抽回上水腔26，停機；打開水排空截止閥31，清空腔內的水（便于設備搬運和儲存保養），并把水搬走，同時把油桶拉出置于地面，將門放下但不要關緊，收起油桶導向架48。

最后松開4個箱體螺紋頂桿46，切斷電源，并通過電纜卷筒43將電纜收起。

綜合使用時，滑油泵機組的電源可直接接到加熱機組上的電控箱32中，加熱機組中下水腔44里的滑油桶經加熱后，可將滑油泵機組中的內、外吸油鋁管直接插入油桶后啟動油泵抽吸進行遠距離輸送。

4 輔助裝置使用效果驗證與技術特點

將輔助裝置應用到某特種裝備現場，按使用要求操作，現場記錄加熱機組加熱好整箱水及1桶汽缸油的時間、滑油泵機組泵吸完1桶的時間、熱水循環加熱好滑油箱和輸油管中汽缸油的時間與環境溫度等；結果發現，滑油泵機組和加熱機組的運行結果都符合設計要求，而且加熱機組可進一步優化。

該輔助裝置將專門服務于某特種裝備滑油加注的多種功能融為一體，可快速給滑油桶加熱，同時滑油螺桿泵能有效地將油桶中的滑油抽吸起來通過膠管遠距輸送到油箱或油罐，而且能直接給油箱和滑油輸送管道的加熱管和伴熱管提供熱水進行循環加熱。整個裝置只需單人操作，動作快，滑油加注效率高，且不弄污地面和設備，特別是在定期維護保養某特種設備時不需特地啟動鍋爐，大為節省能源、人力和時間。另外裝置使用完畢，可方便收拾整潔、干凈和再次使用。

5 結 語

研制完成的輔助裝置具有綜合性多種功能，其技術性能符合設計要求，解決了某特種裝備現場滑油加注存在的諸多問題，滿足了實際需要，大為提升了使用高粘度汽缸油的潤滑系統的使用效率，節省了時間、人力和能源。

[ 1 ]GB/T447-1994(舊), 蒸汽汽缸油[S].

[ 2 ]楊順成, 張俊鋒, 王建兵, 等. 某大型專用設備潤滑系統[J].艦船科學技術, 2013, 35(1): 111–116.

[ 3 ]陳浩, 肖巍, 周瑜. YHC-01型液滑油加油車的設計[J]. 機械工程師, 2007(6): 107–108.

[ 4 ]裴廣州. 多功能加油車研制[J]. 能源與節能, 2015(10): 134–136.

[ 5 ]韋小二. 半即熱式水加熱器的設計[J]. 科技情報開發與經濟, 2010, 20(24): 19–20.

[ 6 ]王燕霜, 徐紅玉, 楊伯原, 等. HKD-1型航空潤滑油的粘溫特性[J]. 河南科技大學學報, 2005, 26 (4): 28–29.

[ 7 ]SEETON C J. Viscosity--temperature correlation for liquids [J]. Tribology Letter, 2006, 22(1): 67–78.

[ 8 ]BAIR S. The variation of viscosity with temperature and pressure for various real lubricants [J]. Journal of Tribology, 2001, 123(4): 433–435.

[ 9 ]成大先, 王德夫, 姬奎生, 等. 機械設計手冊第5卷[M]. 北京:化學工業出版社, 2009(21)16–23.

[10]陳正考. 利用循環熱水加熱原油[J]. 化工設備與防腐蝕, 1999(5): 36–37.

Development on the multifunctional accessorial device for injecting lubricating oil into certain marine special equipment

YANG Shun-cheng, WANG Jian-bing, HU Deng-ming
(The 704 Research Institute of CSIC, Shanghai 200031, China)

It's very necessary to develop the integrated accessorial device because there were many deficiencies in existing devices and methods for injecting the steam cylinder oil into certain marine special equipments. The device was composed of lubricating pump unit and heating unit both of which could be combined or separated when used. The former was used to pump the steam cylinder oil from lubricating cans and transfuse it into oil tanks or cans in the distance, and the latter could heat oil cans in hot water individually, as well as do the cylinder oil in oil tanks and pipelines synchronously by circulating the hot water. Main composing and working principles and operating procedures were introduced in detail. Marine practice results had proven that the performances of the device could accord with our requirements of design and meet practical needs.

steam cylinder oil；heating；accessorial device；bump suction；hot-water circulation

U661.72

A

1672 – 7619(2017)06 – 0137 – 05

10.3404/j.issn.1672 – 7619.2017.06.028

2017 – 01 – 04

楊順成(1966 – )，男，碩士，高級工程師，從事特種裝置研制工作。