液壓和稀油潤滑系統中間配管快速沖洗

王海文

（中冶賽迪工程技術股份有限公司，重慶 401122）

0 引言

在冶金行業中，液壓及稀油潤滑系統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的指標，此外，油液中如果混有超量的空氣和水也會造成系統無法正常工作。油液的清潔度不夠主要會造成兩大危害：1）對設備零件的表面會加劇切削磨損和疲勞磨損，零件工作環境會逐漸惡化，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，影響執行元件正常工作，或者影響軸承的潤滑狀態，有時甚至導致嚴重的事故。所以，在施工階段對液壓、潤滑系統的沖洗至關重要[1]。

1 對于常規液壓、潤滑系統的沖洗分析

沖洗工作通常分2步進行：1次沖洗和2次沖洗，對于清潔度要求更高的伺服系統還要進行3次沖洗。沖洗要想短期內達到良好的效果，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為不銹鋼、沖洗油為46號礦物油的液壓、稀油潤滑系統，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，會導致油液黏度增大，黏度增大則會導致液壓沖洗泵吸油困難、壓力損失增加、功率損失增加，情況嚴重的，甚至會導致液壓閥卡阻、過濾器堵塞等現象，此時沖洗工作已無法正常進行，所以在環境溫度較低的情況下，通常會先采用沖洗站內部循環或者開啟加熱器的方式，先升高油溫再進行沖洗。

沖洗時油溫應避免超過60 ℃，這里經常會有一個認知誤區，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到60 ℃，沖洗泵的核心溫度通常會達到80 ℃，此時軸承的溫度會更高，而根據國家標準，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備[3]。

1.2 流量要素

對于液壓、潤滑管道的沖洗，要想達到沖洗效果，管道中務必要形成紊流狀態，紊流可以簡單理解為管道內壁各點、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來衡量：

式中：Re為雷諾系數；V為圓形管道中沖洗油流速，mm/s；d為圓形管道內徑，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4 000，計算得：V=4.6 m/s；Re≥4 000時，管道內沖洗油處于完全紊流狀態，此時沖洗效果最佳。為了滿足沖洗要求，雷諾數至少要3 000以上（3 000～4 000，介于層流和紊流之間）。從式（1）可以看出：雷諾數與流速成正比，與黏度成反比。

此外，管道內油液流量公式：

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

根據式（1）和式（2），可以初步計算出待沖洗管道為了達到紊流雷諾數而需要的流量，此流量由沖洗泵站提供。即：選擇沖洗泵站流量參數時要以所有中間配管紊流流量為依據。如果一個液壓或者潤滑系統的管道數量多、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，此后沖洗時要嚴格按照事先分組進行。但是在工程實際應用中，常常是施工單位已經準備好了沖洗站，此時則需要根據沖洗站的流量反算分組，確保每組管道中都能達到紊流狀態，滿足沖洗要求。另外，雷諾數受黏度影響，所以在沖洗時盡量不要使用黏度大的沖洗油，否則短期內難以達到效果。

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

對于液壓閥臺沖洗，通常都是預先根據管徑大小進行粗分組，在初次分組之后要對分組情況進行仔細核算，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）劃分為一組進行沖洗，左側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到沖洗流速，都是因為沖洗前沒有仔細考慮壓降的因素。同時，壓降因素很難被直觀發現，在施工現場經常會有施工單位認為，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、流量分組等等，就認為沖洗一定可以滿足要求，但是沖洗結果往往卻并不理想，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（連接閥臺到執行機構的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入小管道，絕大部分都是進入了另外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，依然要進行分組沖洗，分組原則：通徑相近且管道長度相當的歸為同組。

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，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??；2）各個潤滑支管的通徑大小、長度距離。既要滿足雷諾數、流量足夠，也要保證同組內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：該液壓系統包括主管、支管在內的所有管道都是小通徑的細長管道，對于此類系統，在沖洗前要充分了解管道的參數，詳細地計算壓降，由于所有管道都是細長管，壓降巨大，如果此時沖洗站（一次沖洗）仍選用常規的低壓螺桿泵站，根據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，雷諾數更遠達不到要求。所以，對于此類液壓管道，在沖洗之前要準備高壓泵沖洗站（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，還有一點在設計時也要足夠重視，要仔細確認液壓或者潤滑系統的清潔度等級要求，冶金行業中常用清潔度要求一般是為NAS5級～NAS10級，那么在系統設計時對于過濾器、濾芯的選擇一定要非常注意流量、精度和清潔度的匹配關系，提前準備充足的濾芯。

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、系統流量、管道分組有明確的了解，在此基礎上，對沖洗工作認真地分析計算，甚至需要提前通知施工單位準備增加一些高壓泵等設備，這樣才能真正做好快速沖洗工作，才能減少液壓、潤滑系統的故障率，降低維護成本，保證生產的順利。