艙口蓋液壓系統(tǒng)投油機(jī)選型及油量計(jì)算與分析

宋 微，范家瑋

（上海外高橋造船海洋工程設(shè)計(jì)有限公司設(shè)計(jì)三所，上海 200137）

艙口蓋液壓系統(tǒng)投油機(jī)選型及油量計(jì)算與分析

宋 微，范家瑋

（上海外高橋造船海洋工程設(shè)計(jì)有限公司設(shè)計(jì)三所，上海 200137）

主要闡述了艙口蓋液壓系統(tǒng)投油的原理，基于液體達(dá)到紊流狀態(tài)時(shí)分兩種情況對(duì)油液的溫度與投油泵組的流量做了詳細(xì)計(jì)算和分析，并給出了艙口蓋液壓系統(tǒng)投油設(shè)備的選型建議。最后對(duì)艙口蓋液壓系統(tǒng)投油用油量提出了確定方法。

投油設(shè)備；溫度；流量；油量

0 引言

散貨船、礦砂船、多用途船以及小型集裝箱船艙口蓋通常采用液壓控制。在艙口蓋液壓系統(tǒng)操作和投入使用之前，液壓管內(nèi)的投油清洗是非常重要的一環(huán)。

宜使用合適的投油泵組對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行投油。投油泵組的流量與油箱容量的選擇是投油機(jī)的兩個(gè)重要參數(shù)，它們不僅決定了系統(tǒng)投油后的管路清潔度，也決定了系統(tǒng)投油所需的用油量，對(duì)設(shè)計(jì)人員購買投油用油量和現(xiàn)場實(shí)際投油用油量起到一個(gè)明確的導(dǎo)向作用。

1 艙口蓋液壓系統(tǒng)投油概述

1.1 目的和檢驗(yàn)

投油清洗的目的是為了清除在安裝過程中進(jìn)入艙口蓋液壓管內(nèi)部的污染物，包括焊接飛濺、焊藥、油漆、鐵銹和灰塵。管系投油工作必須在艙口蓋液壓系統(tǒng)調(diào)試前結(jié)束，并且最終取樣油液需達(dá)到廠家推薦的清潔度標(biāo)準(zhǔn)[1]。以176KBC系列船和180KBC系列船為例，廠家TTS通常建議清潔度達(dá)到IS0440617/14，即NAS 1638標(biāo)準(zhǔn)8級(jí)[2]，此時(shí)才算實(shí)現(xiàn)投油的目的。規(guī)范且有效的投油才能低成本、高效率地達(dá)到系統(tǒng)投油目的。

1.2 投油原理

按照?qǐng)D1和圖2所示的艙口蓋液壓原理，將艙口蓋液壓管安裝完整后，即可準(zhǔn)備開展投油工作。投油工作開始前，需將艙口蓋液壓系統(tǒng)中的閥組、馬達(dá)和油缸等部件用臨時(shí)管跨接，將其分離出系統(tǒng)，再將需要投油清洗的管路分成數(shù)個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)的回路進(jìn)行投油作業(yè)[2]。以180KBC Cargill系列船為例，投油工作在船上進(jìn)行，整個(gè)艙口蓋液壓系統(tǒng)被劃分為10個(gè)回路，其中9個(gè)艙口蓋各劃分為一個(gè)回路，貫通主甲板的液壓總管為一個(gè)回路，詳見圖3和圖4。

圖1 艙口蓋液壓原理1

圖2 艙口蓋液壓原理2

圖3 艙口蓋周圍管系投油跨接管連接示意圖

2 艙口蓋液壓系統(tǒng)投油流量計(jì)算與分析

2.1 投油介質(zhì)與油溫

考慮到液壓設(shè)備的制造精度高，成本高，對(duì)油液的清潔度十分敏感，因此與主機(jī)不同，投油時(shí)不考慮使用再生油進(jìn)行投油，需要使用系統(tǒng)用油。以180KBC Cargill系列船為例，系統(tǒng)用油選用的是 CASTROL Hyspin AWH-M32，其在40℃時(shí)粘度為32cSt。那么投油用油應(yīng)與其一致。投油的油溫應(yīng)由所用油的牌號(hào)性能而定，一般控制在40℃～55℃之間，對(duì)于礦物系統(tǒng)油系統(tǒng)合理的最高溫度是 55℃，而對(duì)于水基乳化油和水乙二醇系統(tǒng)則為40℃[4]。

圖4 NO.1～NO.9艙口蓋主管路投油跨接管連接示意

2.2 參數(shù)計(jì)算

艙口蓋液壓系統(tǒng)投油時(shí)油液至少要達(dá)到紊流狀態(tài)，才能達(dá)到理想的投油效果。液體的流動(dòng)狀態(tài)由雷諾數(shù)Re來判定。根據(jù)廠家建議，雷諾數(shù)Re=3000是投油時(shí)Re所需達(dá)到的最小值[2]。

其中，Q為流量，l/min；Ren為雷諾數(shù)，n；di為管子內(nèi)徑，mm；v為運(yùn)動(dòng)粘度，mm2/s；V為流速，m/s。

NO.X艙口蓋周圍液壓管TRIBON模型如圖5所示。

圖5 NO.X艙口蓋周圍液壓管TRIBON模型

以180KBC Cargill系列為例，根據(jù)艙口蓋液壓原理圖（見圖1），最大管子內(nèi)徑di為φ29mm。雷諾數(shù)按照最小值Ren=3000，π≈3.14。根據(jù)船廠實(shí)際情況，投油泵組排量和油液溫度的確定大致可分為兩種情況，以下將對(duì)這兩種情況進(jìn)行具體闡述。

2.2.1 投油設(shè)備的泵的排量已確定

當(dāng)船廠投油設(shè)備事先已采購好，作為固定資產(chǎn)，結(jié)合控制成本，綜合考慮，通常不會(huì)輕易因?yàn)槟承┨厥庀到y(tǒng)再采購新型號(hào)的投油設(shè)備的。以XXX船廠建造的散貨船為例，其船裝部目前擁有的投油機(jī)型號(hào)分別為JNCX-400，JNCX-700，JNCX-1500，JNCX-1800共4種型號(hào)。結(jié)合散貨船艙口蓋液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)，管徑偏小(最大的管內(nèi)徑約29mm），被拆分后的管道長度不是很長，同時(shí)，投油機(jī)廠家設(shè)備資料中顯示，型號(hào)為JNCX-400的投油機(jī)兩臺(tái)泵同時(shí)工作時(shí)，建議被沖洗的管路內(nèi)徑不小于38mm（具體視整條管路的壓力損失）；管路過長時(shí)，應(yīng)分段沖洗，以縮短被沖洗管道的長度降低管道阻力[6]。基于以上幾點(diǎn)可以初步判定選用廠里現(xiàn)有的排量最小的JNCX-400型投油機(jī)就可以滿足艙口蓋系統(tǒng)的投油工作需求。JNCX-400其公稱流量為460l/min(二臺(tái))，油箱容積1900L。根據(jù)艙口蓋廠家TTS對(duì)投油設(shè)備油箱容積的要求“油箱的容積至少為投油泵每分鐘輸出容積的三倍，最好大于參與投油的管系體積的總和[5]。”下面將通過計(jì)算來驗(yàn)證JNCX-400型投油機(jī)是否滿足廠家TTS對(duì)油箱容積的要求。

a）油箱容積與泵組排量對(duì)比。容積為1900L；泵組排量為460l/min；460×3=1380＜1900。

b）計(jì)算單只艙口蓋液壓系統(tǒng)管系容積。

管子容積計(jì)算公式為：

式中，π≈3.14；r為管子半徑，mm；L為管子長度，mm。

利用TRIBON抽取NO.8 hatch cover各規(guī)格液壓管長度，如表1所示。

表1 利用TRIBON抽取NO.8艙口蓋各規(guī)格液壓管參數(shù)表

將表格中數(shù)據(jù)代入公式（3），可得：

V=3.14×(72×42667.39+7.52×205460.78+122×16989.05+14.52×17011.7)=61766952.9054（mm3），約合 62L。

因此油箱容積遠(yuǎn)大于參與投油的管系容積的總和。滿足。

根據(jù)a）和b）的計(jì)算結(jié)果，JNCX-400滿足單只艙口蓋投油需求。

c）計(jì)算油液運(yùn)動(dòng)粘度v。

將Q=460（l/min）代入公式（1），可得：v=112.258（mm2/s）。

查圖6運(yùn)動(dòng)粘度-溫度圖，可得油液溫度t=13（℃），也就是說，在使用JNCX-400的投油機(jī)組對(duì)單只艙口蓋液壓管進(jìn)行投油作業(yè)，油液達(dá)到紊流時(shí)，油液溫度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于投油工藝要求。而據(jù)前面所述，液壓油投油時(shí)的合理溫度應(yīng)該控制在40℃～55℃之間，因此需要采用額外的加熱器，以使油液的溫度盡可能地上升至要求范圍內(nèi)。根據(jù)公式（1）和圖6可知投油流量與溫度成反比，選擇了流量偏大的投油機(jī)組，油液溫度在理論上是可以降低的，而為了滿足常規(guī)投油工藝要求，即油溫在40℃～55℃之間，此時(shí)的理論油溫需繼續(xù)提高，那么投油機(jī)的流量就可以降低，否則使用460l/min的投油機(jī)等于是能源過剩。其過大的油箱容積和流量會(huì)導(dǎo)致使用成本的增加。

2.2.2 投油用油液溫度已確定

有些系統(tǒng)投油之前，船東往往需要提供給他一份該系統(tǒng)的投油工藝，工藝中的內(nèi)容通常包括投油時(shí)油溫的范圍。也就是說，當(dāng)進(jìn)行投油時(shí)，油液溫度是必須控制在這個(gè)范圍內(nèi)的。據(jù)前面2.1節(jié)提及的，假定油溫取中間值45℃（如果有編制投油工藝，具體以投油工藝中的要求為準(zhǔn)）。查圖6可得：v=27.5（mm2/s），將該值代入公式（1）得到：Q≈113（l/min）。也就是說，對(duì)單只艙口蓋液壓管投油，油液達(dá)到紊流時(shí)，投油設(shè)備的泵組的流量至少為113l/min。此時(shí)油液的流速，根據(jù)公式（2）可得到：V≈2.853（m/s）。

180KBC cargill系列艙口蓋液壓系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，2臺(tái)泵同時(shí)工作，排量為（2×26）l/min。工作溫度為15℃～40℃。下面計(jì)算系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)管子內(nèi)的流速、運(yùn)動(dòng)粘度。

根據(jù)公式（2）得到：V≈1.313（m/s）

查圖6，溫度取中間值25℃，得到：v=60（mm2/s）。

根據(jù)雷諾數(shù)計(jì)算公式Re=V×di/v，將以上計(jì)算得到的V和v值分別代入，得到：

傳統(tǒng)文論關(guān)于“正讀”已經(jīng)積累了系統(tǒng)化的理論，然而隨著文學(xué)及闡釋的多元化傾向的日益明顯，新出現(xiàn)的文學(xué)創(chuàng)作及批評(píng)現(xiàn)象中，誤讀取代正讀成為閱讀的代名詞，傳統(tǒng)追求確定意義的閱讀觀念已經(jīng)不能完全適用于新型的文學(xué)研究現(xiàn)象。文學(xué)的更新發(fā)展需要意義的不斷增殖，也需要理論的“反躬自省”，誤讀理論這種批評(píng)方法需要有一個(gè)“元批評(píng)”(metacriticism)[20]的視角，也就是說對(duì)誤讀本身進(jìn)行誤讀，對(duì)誤讀的原則方法進(jìn)行批判辯論，這樣才能永葆理論批判的生命力，本文從馬克思主義“文學(xué)生產(chǎn)”的角度對(duì)“誤讀理論”進(jìn)行關(guān)照，目的是考察文學(xué)的審美性和意識(shí)形態(tài)之間的關(guān)系，提出文學(xué)的審美性和意識(shí)形態(tài)之間應(yīng)時(shí)刻保持適度的張力。

清洗時(shí)：Re≈3009；正常運(yùn)行時(shí)：Re≈635

通常液壓油沖洗時(shí)，要求沖洗時(shí)的雷諾數(shù)大于或等于1.2倍的正常運(yùn)行時(shí)的雷諾數(shù)，且至少為紊流，即至少為3000，才可以有效沖走管子內(nèi)的顆粒。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，滿足此要求。也就是說，再次驗(yàn)證了泵組的流量為113 l/min 是單只艙口蓋液壓管能實(shí)現(xiàn)有效投油的最小流量。

圖6 運(yùn)動(dòng)粘度-溫度對(duì)照?qǐng)D

3 艙口蓋液壓系統(tǒng)投油設(shè)備選型

投油設(shè)備由泵、油箱、濾器和軟管等組成。確定了前3個(gè)參數(shù)，艙口蓋液壓系統(tǒng)的投油設(shè)備基本就確定了。

3.1 泵

據(jù)1.2所述，180KBC Cargill系列艙口蓋投油分1個(gè)主回路，9個(gè)支回路。其中支回路即單只艙口蓋的投油，根據(jù)2.2.2的分析結(jié)果，泵組最小流量為113 l/min。很顯然，主回路投油的環(huán)境條件與支回路是一樣的，因此2.2.2的分析結(jié)果同樣適用于主回路投油。即泵組的最小流量是113l/min。

3.2 油箱

前文已經(jīng)提到了艙口蓋廠家TTS對(duì)艙口蓋液壓系統(tǒng)投油設(shè)備油箱容量的建議，下面將就這兩點(diǎn)建議進(jìn)行驗(yàn)證。

3.2.1 滿足“油箱的容積至少為投油泵每分鐘輸出容積的三倍[6]”

根據(jù)3.1分析結(jié)果，可初步得到投油設(shè)備的油箱容積至少為：W=113×3=339（L）

3.2.2 滿足“最好大于參與投油的管系體積總和[6]”

根據(jù)2.2.1節(jié)b）的分析，單只艙口蓋液壓管系的容積約為62L。

根據(jù)圖4所示主回路即NO.1～NO.9艙口蓋主管路投油跨接管連接圖，可得不同規(guī)格液壓管參數(shù)，如表2所示。

表2 不同規(guī)格管子的半徑與長度參數(shù)表

取π≈3.14，將表2中數(shù)據(jù)代入公式（3），可得：

因此投油設(shè)備油箱的容積最小為339L。

3.3 濾器

選擇濾器主要考慮三個(gè)方面的問題，即過濾精度、流通能力和耐壓情況。耐壓情況可根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力來考慮，比較簡單。過濾精度與濾器通過流量無固定的比例關(guān)系，一般來說，過濾精度越高，其通過的流量越小。艙口蓋液壓系統(tǒng)投油設(shè)備所用濾器的過濾精度可不需船廠技術(shù)人員去考慮，廠家的設(shè)備資料對(duì)濾器的過濾精度有推薦[7]，如180KBC Cargill系列，廠家建議建議過濾精度至少達(dá)到10微米。這里討論下濾器的流通能力。

濾器的流通能力由系統(tǒng)中流過該濾器的最大流量來決定，但這并不意味著只要按照系統(tǒng)的流量選擇相當(dāng)?shù)臑V器就行了，因?yàn)橥ㄟ^濾器的流量與諸多因素有關(guān)。通常情況下，濾器使用一段時(shí)間后，濾孔尺寸會(huì)變小，使通過濾器的流量變小，濾器進(jìn)出口壓差增大，可能會(huì)破壞濾芯[7]。所以選擇濾器時(shí)，要在最大流量基礎(chǔ)上加一定余量，使濾器的原始?jí)翰畈恢吝^高。

4 確定系統(tǒng)投油用油量的基本依據(jù)

對(duì)于船用艙口蓋液壓系統(tǒng)而言，投油用油量大致由使用的投油設(shè)備，管路跨接方式以及必要的油料損耗決定。

4.1 低位報(bào)警對(duì)油量的影響

投油設(shè)備的油箱低位報(bào)警和容積對(duì)投油用油量有影響。油箱設(shè)置低位報(bào)警通常是為了防止當(dāng)油量過低時(shí)，泵空轉(zhuǎn)造成對(duì)投油機(jī)組的損壞。低位報(bào)警的高度可從投油設(shè)備廠家的資料中查到。油箱的尺寸和容積也可從廠家資料中查到。結(jié)合低位報(bào)警和油箱容積可計(jì)算出油箱在不發(fā)生低位報(bào)警時(shí)所需注入的最少油量。

4.2 管路跨接方式對(duì)油量的影響

管路跨接方式對(duì)投油用油量有影響。管系在投油時(shí)，管系內(nèi)部要時(shí)刻充滿油。管路通常是串聯(lián)起來進(jìn)行投油，有時(shí)由于管徑過小，投油機(jī)流量偏大，可考慮多管并聯(lián)沖洗。因此需要根據(jù)管路的跨接方式，計(jì)算出投油管路的總?cè)莘e，該值為投油時(shí)必須保證的最小油量。具體的方法及計(jì)算公式在2.2.1b)中有提及。

4.3 必要的油量損耗

在投油過程中要經(jīng)常檢查和處理濾器污染情況。即時(shí)更換濾紙及清洗濾器會(huì)產(chǎn)生一定的油量損耗。因此在考慮艙口蓋液壓系統(tǒng)投油用油量時(shí)，可根據(jù)2種情況考慮。一是船廠利用已有投油設(shè)備，不準(zhǔn)備再另外采購的情況下，將4.1～4.3的因素結(jié)合做和，再按照工業(yè)安全余量系數(shù)0.2放出余量即可。但是這種情況往往因?yàn)橥队蜋C(jī)組在采購的初期并未考慮到針對(duì)某個(gè)被投油系統(tǒng)的特點(diǎn)，投油機(jī)組流量大，油箱大，低位報(bào)警高等因素，投油用油投入量偏大。二是船廠根據(jù)主要建造船型及相應(yīng)需要投油的系統(tǒng)的特點(diǎn)，針對(duì)性地采購?fù)队蜋C(jī)，所選擇的投油機(jī)的主要參數(shù)的計(jì)算方法可參考第 3部分的描述，同時(shí)將算出的數(shù)據(jù)提供給廠家，與廠家進(jìn)行充分溝通，最終把投油機(jī)各項(xiàng)參數(shù)定下來，這樣在以后系統(tǒng)投油時(shí)可有效的降低投油用量。

5 結(jié)論

根據(jù)艙口蓋液壓系統(tǒng)投油對(duì)流量和溫度的要求，結(jié)合粘度-溫度變化曲線以及管路的跨接方式，闡述了如何選擇合適的投油機(jī)組，包括投油機(jī)組的流量和油箱容積的計(jì)算方法，以及濾器的選取，進(jìn)一步說明了艙口蓋液壓系統(tǒng)投油時(shí)需注入油箱的最少油量。這對(duì)散貨船、礦砂船、多用途船等船型的艙口蓋液壓系統(tǒng)投油時(shí)，投油設(shè)備的選擇和油量設(shè)計(jì)定額的確定指出了方法，同時(shí)可大大縮短投油時(shí)間，提高投油質(zhì)量，對(duì)現(xiàn)場施工人員投油時(shí)的油箱注油量也有指導(dǎo)意義，從而為企業(yè)降本增效。

[1]章煒樑.許正權(quán).船舶管系工[M].北京:國防工業(yè)出版社,2008.

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[5]肖慶榮 黎明液壓JNCX-400油路清洗過濾裝置說明書[Z].2013.

[6]張亮.TTS礦物油液壓系統(tǒng)投油指導(dǎo)說明書[Z].2013.

[7]熊順源,付苓.液壓系統(tǒng)濾油器的選擇[J].中國水運(yùn),1998(4):23.

Type Selection of Flushing Equipment and Calculation & Analysis of Oil Amount for Hydraulic System of Hatch Cover

SONG Wei,FAN Jia-wei
(Design Dept.No.3,Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding & Offshore Engineering Design Co.,Ltd.,Shanghai 200137,China)

This paper mainly expounds the flushing principle of hydraulic system for hatch cover.When the hydraulic oil achieves turbulent state,calculation and analysis are made for oil temperature and displacement of flushing pump in two situations respectively.The type selection of flushing equipment is proposed in this paper.The exact method for flushing oil amount is also put forward in the end.

flushing equipment; temperature; flow capacity; oil amount

U671.91

A

10.16443/j.cnki.31-1420.2015.05.007

宋微（1982-），女，工程師。研究方向：船舶管系設(shè)計(jì)及配建。