淺談絞吸式挖泥船液壓油防污染管理

趙理志

[中圖分類號(hào)] U674.31

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]2095-6487 （2021） 02-0154-03

Discussion on Anti Pollution Management of Hydraulic Oil for Cutter Suction Dredger

Zhao Li-zhi

[ Abstract] In order to improve the management level of hydraulic system of cutter suction dredger and reduce the system failure caused byhydraulic oil pollution， based on the overview of the research hotspots of hydraulic oil pollution in the industry starting from reducing the content of mainpollutants in the system， the actwe control method of oil pollution is systematically studied. The harm mechanism and control mode of solid， liquid and gaspollutants in hydraulic sysrem are discussed

[ Keywords] hydraulic system; oilpollution; active control

絞吸式挖泥船，尤其是液壓絞吸船，它的液壓系統(tǒng)包括甲板機(jī)械系統(tǒng)、絞刀系統(tǒng)。挖泥船的施工及船舶姿態(tài)調(diào)整都需要利用液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，因此液壓系統(tǒng)是船舶施工和安全的重要組成部分，其運(yùn)行效率的高低、維護(hù)保養(yǎng)的水平好壞直接關(guān)乎船舶生產(chǎn)效率和時(shí)間利用率，是影響船舶性能的重要組成部分。液壓系統(tǒng)中的液壓油是能量傳遞的中介，也是故障傳播的中介，同時(shí)也是液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)的信息集中源。如果在液壓系統(tǒng)故障中出現(xiàn)顆粒產(chǎn)生.那么它在液壓油的傳播、擴(kuò)散作用下，會(huì)迅速波及系統(tǒng)的各類液壓元件，使整個(gè)系統(tǒng)性能迅速下降，故障率上升，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，故障排除難度增人的同時(shí)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。許多文獻(xiàn)資料都認(rèn)為液壓系統(tǒng)的故障中有70% - 80%是由液壓油污染引起的。當(dāng)然這個(gè)說法的最初來源很難找到，其統(tǒng)計(jì)方法也很難得到驗(yàn)證，但是有一點(diǎn)得到業(yè)界公認(rèn)：船舶液壓系統(tǒng)失效的最主要原因是液壓油污染。

解決污染的最好方法也是最根本的方法就是預(yù)防，落實(shí)預(yù)防措施就是正確而對(duì)、科學(xué)分析、主動(dòng)控制液壓系統(tǒng)污染問題，最重要的是長期堅(jiān)持、始終保持系統(tǒng)清潔，直至液壓系統(tǒng)退出服役為止。

1 液壓油污染的標(biāo)準(zhǔn)

液壓油的污染用污染度來表示。針對(duì)固體污染物的標(biāo)準(zhǔn)很多，如中國國標(biāo)、美國NAS1638標(biāo)準(zhǔn)、IS04406標(biāo)準(zhǔn)等。目前我國船舶液壓系統(tǒng)主要采用IS04406標(biāo)準(zhǔn)，有1978、1987、1999年等版本，現(xiàn)在是2017年版。我國在1987年版基礎(chǔ)上制定了自己的標(biāo)準(zhǔn)GB/T14039-1993。在IS04406的1999年版本，我國對(duì)GB/T14039-1993進(jìn)行了第一次修訂，相應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB/T14039-2002。新標(biāo)準(zhǔn)已于2003年5月在我國正式實(shí)施。對(duì)IS044062017版我國目前還沒有制定新的國標(biāo)版本。

針對(duì)不同液壓系統(tǒng)需要的液壓油的清潔度的問題，ISO的標(biāo)準(zhǔn)是IS012669，目前最新的版本是2017版。

作為船舶管理人員，不論是岸基管理人員還是輪機(jī)員，都應(yīng)當(dāng)對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)比較熟悉，否則連標(biāo)準(zhǔn)都不知道，管理的參照就無從談起，甚至連油液檢測(cè)報(bào)告都無從分析。

液壓油的清潔度標(biāo)準(zhǔn)只是針對(duì)固體污染物的，這不是評(píng)定系統(tǒng)中液壓油的唯一和全部手段，因?yàn)榍鍧嵍戎荒軠y(cè)定在液壓油中顆粒狀污染源物的含量，而其它的污染或者是液壓油性質(zhì)的改變，比如液壓油特性不好或含水等造成的污染，通過對(duì)液壓油清潔度的檢測(cè)還有一定的局限性，這一點(diǎn)應(yīng)引起管理者的重視。下文專門對(duì)液體和氣體污染進(jìn)行了探討。

2 從防止污染角度分析液壓系統(tǒng)

IS04406標(biāo)準(zhǔn)按液壓系統(tǒng)對(duì)液壓油清潔度要求，將液壓系統(tǒng)分為六人類，但這種分類只是解決污染問題的基礎(chǔ)，從一個(gè)使用者的角度出發(fā)，應(yīng)將其防止液壓油的污染貫徹落實(shí)到液壓設(shè)備的全壽命使用周期中。

2.1 液壓系統(tǒng)組成分類

（1）按便于分析和測(cè)定污染結(jié)果的程度：軟件，即系統(tǒng)中的液壓油;硬件即除液壓油以外的系統(tǒng)其他元件。

（2）按制造安裝地點(diǎn)：廠制標(biāo)準(zhǔn)件，知油泵、控制閥、過濾器、液壓油等;現(xiàn)場(chǎng)制作安裝件，主要指根據(jù)現(xiàn)在情況制作的管路等。

（3）按元件是否具有控制污染的功能：具有控制污染功能的元件，如過濾器、冷卻器、油箱等;此類原件多具有過濾、沉淀、析出等功能。不具有控制污染功能的元件，如油泵、控制閥、液壓缸、管路等。

（4）按對(duì)污染危害的敏感程度：對(duì)污染很敏感的元件，即液壓油污染后嚴(yán)重影響其內(nèi)部機(jī)械運(yùn)動(dòng)的元件，如油泵、控制閥、油缸、油馬達(dá)等;有污染一般敏感的元件，如過濾器、液壓油等;對(duì)污染不敏感的元件，如管路、油箱、冷卻器、蓄能器等。

這種從防止液壓油污染角度看，在不同階段，不同工作場(chǎng)合就會(huì)分別對(duì)待不同的元件的管理方法，可以得到事半功倍的效果。

2.2 污染源的劃分

按造成污染的污染源來源，污染可分為系統(tǒng)自身液壓元件磨損產(chǎn)生的污染和外部異物入侵造成的污染。

按造成污染的污染物狀態(tài)分類，可以分為固態(tài)污染、液態(tài)污染、氣態(tài)污染。

3 固體污染物控制

從污染對(duì)液壓系統(tǒng)的危害中可以看出，必須加強(qiáng)對(duì)液壓油污染的控制，預(yù)防重于修理。

按不同污染物分別分析，固體污染物進(jìn)入系統(tǒng)有如下方式。

（1）工作時(shí)外界侵入：有一些物質(zhì)通過液壓缸的活塞桿、油管接頭、油箱、空氣呼氣閥等進(jìn)入液壓油中，像外界的灰塵、固體顆粒物。

（2）液壓系統(tǒng)自身生成：液壓系統(tǒng)在制造、安裝、調(diào)試、工作的過程中，電對(duì)液壓油造成一定污染，如液壓元件和密封材料在工作中的磨損顆粒，液壓系統(tǒng)各濾芯脫落的顆粒和纖維、液壓油因氧化變質(zhì)而生成膠狀物等。

（3）在液壓系統(tǒng)的維保及修理過程中進(jìn)入：在液壓系統(tǒng)正常維護(hù)保養(yǎng)，如更換液壓濾芯和液壓油的清洗油箱，維修拆裝液壓缸、液壓閥件等操作，在操作的過程中容易造成固體顆粒、水、空氣、纖維等進(jìn)入液壓系統(tǒng)中。

按照上述三種方式，對(duì)固體污染物的預(yù)防需有的放矢。這里針對(duì)新的輔助控制方式，強(qiáng)調(diào)幾個(gè)問題。

（1）對(duì)固體污染物的j盤控，目前對(duì)污染物的I監(jiān)控多數(shù)船舶并未安裝太多的輔助系統(tǒng)。市而上有許多新開發(fā)的實(shí)時(shí)污染物} lk控系統(tǒng)，安裝這些系統(tǒng)有利有弊。利處是可以實(shí)時(shí)監(jiān)控污染物的情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，但弊處也不少，如對(duì)船員的要求提高，增加了工作量。這些系統(tǒng)的使用，維護(hù)管理都需要～定的專業(yè)知識(shí)，同時(shí)人都比較嬌貴，不好管理。

降低了系統(tǒng)的可靠性。挖泥船的工作環(huán)境惡劣，維修不方便，安裝這些元件無疑增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，自然就降低了系統(tǒng)的可靠性。

增加成本。這種系統(tǒng)傳感器，通信系統(tǒng)，控制監(jiān)控系統(tǒng)等整體價(jià)格不菲。

因此，實(shí)踐中船舶還是以觀察濾器和液壓油定期檢測(cè)為土。這就要求船員一定要定時(shí)觀察濾器的污染物情況，定期化驗(yàn)檢測(cè)污染情況。如果工況不好，還應(yīng)當(dāng)增加頻率。觀察時(shí)要注意對(duì)分析固體顆粒和污染情況做初步判斷。人部分的問題可以通過這種方式發(fā)現(xiàn)。最重要的是要牢記系統(tǒng)摩擦副的形式，如一般的柱塞液壓泵是鋼質(zhì)柱塞摩擦銅質(zhì)套筒，液壓馬達(dá)是鑄鐵質(zhì)材料摩擦副等，這可以在第一時(shí)間判斷是什么元件出了問題，如果可能，再觀察這個(gè)元件的工作狀態(tài)。當(dāng)然，如果污染嚴(yán)重就需要拆檢而不是繼續(xù)運(yùn)行系統(tǒng)來觀察其表現(xiàn)。

（2）對(duì)液壓油的迅速變黑問題，要注意這種也算是固體污染，一般產(chǎn)生的原因是系統(tǒng)的節(jié)流處產(chǎn)生過度高溫，液壓油和溶于其中的氧氣發(fā)生反應(yīng)。這種情況如果十分劇烈，可能在濾器，尤其是細(xì)濾器處發(fā)現(xiàn)，當(dāng)然也可以通過聞?dòng)鸵旱奈兜琅袛喑鰜怼＿@時(shí)一定要找到高溫源進(jìn)行處理。

這就提醒機(jī)務(wù)人員或輪機(jī)員要平時(shí)注意觀察各部位的溫度。可以通過觸摸的方法，也可以通過遠(yuǎn)程紅外測(cè)溫計(jì)測(cè)量。但是對(duì)水下的設(shè)備（如絞刀馬達(dá)）這種方法就失效了。

（3）液壓系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中使用超微過濾裝置，以便及時(shí)將液壓油中污染物過濾清除干凈。始終保持液壓油在液壓系統(tǒng)中高清潔度的循環(huán)，因油液污染引起的各種弊端就自然而然地減少了，增加了液壓系統(tǒng)中液壓元件的使用壽命，減少了液壓系統(tǒng)的液壓油污染造成的故障，使液壓系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)到提質(zhì)增效，降低成本的目的。

這個(gè)可以視情況而定，如果必須，可以安裝這套裝置。但是考慮成本和操作的復(fù)雜程度以及挖泥船的工作特點(diǎn)，可以嘗試在不工作的時(shí)候進(jìn)行超微過濾這項(xiàng)工作。

4 液體污染的控制

液體污染，系統(tǒng)不能自己產(chǎn)生，都是從外界進(jìn)入系統(tǒng)。這里的液體主要是水，當(dāng)然，如果管理不當(dāng)，其他油類也可能混入系統(tǒng)，這個(gè)問題相對(duì)較少，本文不再贅述。

4.1 液壓油中水污染的危害

液壓油的水污染危害很大，水會(huì)附著在沒備零部件表而，腐蝕元件;導(dǎo)致液壓油變質(zhì)，造成油乳化沉淀;部分水在油液里與空氣進(jìn)行作用，會(huì)使液壓油的氧化速度加快，形成油液變質(zhì)沉淀，并形成固體污染物;水還會(huì)使金屬表而結(jié)合，影響潤滑油膜的形成，造成潤滑效果降低。

液壓油同時(shí)受水和固體污染時(shí)的后果比僅受一種污染時(shí)更為嚴(yán)重，因?yàn)槟p后露出的金屬表而不斷受到水的磨損作用會(huì)加速磨損的過程。

4.2 水進(jìn)入系統(tǒng)的形式及預(yù)防措施

一種是通過各種接頭進(jìn)入。這種情況主要是系統(tǒng)壓力波動(dòng)過人時(shí)，可能出現(xiàn)局部低壓，低于外界人氣壓時(shí)，如果這個(gè)部位在水下，外部有水壓，水就有可能從外界進(jìn)入。挖泥船的水下液壓管路不少，接頭電有不少，同時(shí)挖泥船的系統(tǒng)壓力脈動(dòng)沖擊很大，這種情況是有可能出現(xiàn)的。不少船舶為了防l}：液壓脈動(dòng)沖擊過人損壞系統(tǒng)，在系統(tǒng)上安裝了儲(chǔ)能器以降低壓力波動(dòng)，但是甘前看沒有起到預(yù)期的效果，其原因不再多述。

另一種形式是油箱上的冷凝水。油箱上部通人氣，空氣中的水分可能在油箱內(nèi)壁形成冷凝水。如果條件允許，可在油箱進(jìn)氣口中添加空氣濾清器濾器。一般這種濾器采用硅膠作為吸水物，可根據(jù)硅膠的顏色和性狀，判斷吸收水分的多少。如果出現(xiàn)硅膠的變化，要及時(shí)進(jìn)行更換。

性能狀態(tài)良好的硅膠顆粒，外觀呈亮麗光澤，顆粒飽滿無粘連現(xiàn)象;性能接近失效的硅膠顆粒顏色呈淺紅色甚至是灰色或無色透明，色澤暗淡，光澤度較差。在惡劣的使用環(huán)境中甚至可以出現(xiàn)粘連甚至結(jié)塊現(xiàn)象。此時(shí)需要及時(shí)更換空氣濾清器內(nèi)的硅膠顆粒;變色的硅膠顆粒干燥脫水處理后，可重夏利用，但需關(guān)注其使用周期。

油箱中水的最簡(jiǎn)單，但是最常用的的防止方法是定期對(duì)油箱進(jìn)行放殘，并觀察放殘情況。尤其是系統(tǒng)停用較長時(shí)間后。

5 氣體污染的控制

氣體污染土要是空氣污染，空氣中成分復(fù)雜，其中包含水和顆粒污染物，這種空氣中的水分和固體污染物視為液體和固體污染原理同上。本節(jié)主要討論空氣中的氣體成分造成的污染。

如果混入氣體不溶解于油液中，會(huì)以氣泡形態(tài)懸浮于油液中，致使油液的體積彈性模量急劇下降。使系統(tǒng)的彈性模量人幅下降，壓力傳遞減慢，噪音增人。油液的性質(zhì)及油液與氣體的接觸及攪動(dòng)情況決定了其混入量。

油液中空氣是由外界氣體混入和油液中溶入氣體析出而形成的。溶解的氣體幾乎不改變油液的性質(zhì)，當(dāng)壓力降低到空氣分離壓以下時(shí)，溶入的氣體將從自油液中析出，以氣相狀態(tài)存在。這種析出過程較慢，可達(dá)十幾秒之久。回油管路如果設(shè)計(jì)的過短，回油時(shí)間短，可能不會(huì)使得氣體充分析出，會(huì)影響系統(tǒng)的性能，這時(shí)需要加粗回油管使液壓油的彈性模量充分恢復(fù)。如果系統(tǒng)彈性模量小，噪聲人，這也是原因之一。油液溶解和析出氣體的控制主要靠系統(tǒng)溫度和壓力的控制來實(shí)現(xiàn)。對(duì)開式系統(tǒng)，這種過程難以避免，對(duì)閉式系統(tǒng)，油液和外界是隔離的，可以控制這個(gè)問題。

空氣混入的問題是需要嚴(yán)加控制的，其原因總結(jié)如下。

（1）回油渦流人，一般是回油管中油液流速過快，高速油液沖擊引起油箱中的油液劇烈攪動(dòng)造成的。

（2）氣動(dòng)裝置串氣、漏氣。因?yàn)闅鈩?dòng)系統(tǒng)的壓力比較高，是特定時(shí)間和地點(diǎn)高于液壓系統(tǒng)的壓力，造成系統(tǒng)進(jìn)氣，主要是蓄能器的氮?dú)膺M(jìn)入系統(tǒng)。

（3）從吸入管路的密封、接頭處吸入系統(tǒng)。如油箱中油液液而過低、泵吸油位置過高、過濾器容量太小或堵塞、管內(nèi)流速高等原因，泵的吸油口和管路局部壓力低于人氣壓（高于空氣分離壓），外界空氣在人氣壓作用下通過接頭等進(jìn)入系統(tǒng)中。

空氣析出的原因如下。

（1）節(jié)流氣穴。油液通過閥口、阻尼孔時(shí)，由于射流的收縮和重新附壁，在重新附壁前往往形成一個(gè)低壓區(qū)，溶入氣體將從油液中析出，產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。

（2）當(dāng)油泵吸口處的壓力或管路的局部壓力達(dá)到或低于空氣分離壓時(shí)，溶入氣體將從油液中析出。

預(yù)防的方法：

從上而分析可知，要控制空氣污染，在設(shè)計(jì)、使用時(shí)應(yīng)注意以下五方面。

（1）合理設(shè)計(jì)和布置管路。管路直徑要根據(jù)管內(nèi)流速推薦值來取定;盡量減少系統(tǒng)中管路彎頭及彎曲管路;油泵的吸油高度不能太高;油泵位置要靠近油箱，避免吸油管路過長;管路吸口要低于油箱最低液位，管口距油箱底而高度一般以管路直徑兩倍為宜。

（2）合理設(shè)計(jì)油箱結(jié)構(gòu)。回油管要以45。的斜切口而朝箱壁并靠近箱壁插入油液中，回油管要避開液壓泵的吸入管路，并在回油管與液壓泵的吸入口間要設(shè)置間隔板，從而增加氣泡從油液中分離的時(shí)間。

（3）為有效防止節(jié)流氣穴的產(chǎn)生，系統(tǒng)中節(jié)流口的前后壓力差不應(yīng)過人。

（4）油箱中的油液要保持處于正常油位。過高的液位容易造成油液中析出的氣泡來不及從油箱底部上升到上部。同時(shí)注意控制油溫，油溫過高會(huì)加速油液的氧化，油溫過低黏度過人，會(huì)造成摩擦損失增人的同時(shí)電會(huì)使油液中的氣體不能正常排出。

（5）應(yīng)定期緊固系統(tǒng)中所有油管接頭，連接處應(yīng)保證密封良好。

6 結(jié)束語

一般情況下液壓油可使用多年，但當(dāng)混入其他油品、粉塵、水、金屬顆粒等造成液壓油污染時(shí)，會(huì)造成液壓油壽命的急劇縮短。光靠換油是不能從根本上解決液壓油清潔度的問題，會(huì)陷入換油一污染.再換油.再污染的惡性循環(huán)中，沒有解決問題，還造成的資源的浪費(fèi)，這種粗放的管理方式是不可取的。液壓油就相當(dāng)于血液，油液污染會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，因此防止油液污染就顯得尤為重要，應(yīng)從液壓系統(tǒng)全鏈條的管控來控制液壓油的污染，如優(yōu)化液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、加強(qiáng)液壓油的運(yùn)輸、儲(chǔ)藏、使用的過程管理等，定期對(duì)液壓系統(tǒng)中液壓油進(jìn)行采樣化驗(yàn)，確保液壓油各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到使用要求，將液壓油污染造成的故障概率降到最低，從而保證液壓系統(tǒng)高效穩(wěn)定的運(yùn)行，在創(chuàng)造效益的同時(shí)確保船舶安全。

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