減搖鰭海水冷卻器防腐防漏優(yōu)化

曹長水，蔣衡捷，司黎明，鄧啟亮

（上海衡拓船舶設(shè)備有限公司，上海 200031）

0 引言

減搖鰭是目前效果最好的減搖裝置，位于船舶兩舷舭部。通過操縱機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)減搖鰭，使水流在鰭上產(chǎn)生作用力，形成減搖力矩，減小搖擺，以減小船體橫搖。該設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高，且效果取決于航速，航速越高，效果越好，故多用于高速船舶。配備減搖鰭裝置，能夠提高船舶安全性、改善其適航性，改善船上工作條件、提高船員工作效率、避免貨物碰撞及損傷，提高船舶在風(fēng)浪中的航速，且能夠延長其他船舶設(shè)備的使用壽命，保證特殊作業(yè)設(shè)備（如直升飛機(jī)起降、觀測儀器等）的準(zhǔn)確使用。

作為減搖鰭液壓驅(qū)動(dòng)裝置中的重要組成部分，冷卻器起著舉足輕重的作用。液壓系統(tǒng)工作時(shí)，液壓泵、油缸的容積損失和機(jī)械損失，控制元件及管路的壓力損失和液體摩擦損失等消耗的能量，幾乎全部轉(zhuǎn)化為熱量。這些熱量一部分散發(fā)到周圍空間中，而大部分使油液及元件的溫度升高。倘若油液溫度過高（＞80 ℃），將嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的正常作業(yè)[1]。

船舶在海上航行時(shí)缺乏淡水，使冷卻器的冷卻介質(zhì)海水成了第一優(yōu)選。海水的酸堿性很強(qiáng)，且濕度很大，使其具有較強(qiáng)的腐蝕性，故對海水冷卻器材質(zhì)的要求也相對較高。如設(shè)計(jì)或保養(yǎng)不當(dāng)，則易出現(xiàn)冷卻器被腐蝕后產(chǎn)生漏水的現(xiàn)象。而海水冷卻器漏水致使油液被乳化，加劇液壓零部件的磨損，進(jìn)而嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)的安全及長期運(yùn)行的穩(wěn)定性。

某型號船用液壓機(jī)組選用的冷卻器頻繁出現(xiàn)油水混合而導(dǎo)致油液出現(xiàn)乳化現(xiàn)象。針對該現(xiàn)象，對該型冷卻器做更換處理，并將故障冷卻器進(jìn)行拆解分析。在船艙內(nèi)拆卸冷卻器的時(shí)候，泄漏的油液污染了較大面積的船艙地板，被乳化的油液及清洗更換油液等，耗費(fèi)了大量的人力物力成本。本文主要探討漏水原因，并從源頭設(shè)計(jì)及使用維護(hù)上進(jìn)行優(yōu)化。

1 對冷卻器進(jìn)行故障診斷

在液壓系統(tǒng)中，由于水分進(jìn)入油液而導(dǎo)致的乳化現(xiàn)象較為常見，故本系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)油液乳化現(xiàn)象后將其初步判斷為冷卻器故障。上船后將冷卻器和左右側(cè)端蓋拆下，對管板與殼體進(jìn)行重新固定。將冷卻器中的1個(gè)油口用堵頭堵塞，向殼體內(nèi)注入新油液，把另一油口接到泵壓裝置中。將兩側(cè)管板處的各換熱管口擦干，而后對冷卻器慢慢加壓（最高加壓至1.2 MP），觀察兩側(cè)管板處各換熱管口。大多數(shù)冷卻器在加壓至0.5 MPa時(shí)，出現(xiàn)液壓油從換熱管中流出的現(xiàn)象，驗(yàn)證了液壓油被乳化是因水分進(jìn)入的預(yù)測。而水分進(jìn)入液壓油，最直接原因則是換熱管的破損。試驗(yàn)示意圖如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)裝置示意圖

2 對漏水冷卻器進(jìn)行拆解

2.1 拆解端蓋

端蓋內(nèi)防蝕鋅棒安裝位置已看不到防腐蝕鋅棒，如圖2所示。

圖2 端蓋

2.2 檢查管板及換熱管

拆開端蓋，發(fā)現(xiàn)冷卻器管板表面及換熱管內(nèi)部均有大量雜質(zhì)，部分換熱管基本被堵死。管板（見圖3）及換熱管（見圖4）管口部位局部可見被腐蝕的凹坑、缺口等缺陷。破壞性拆解，可發(fā)現(xiàn)換熱管內(nèi)部腐蝕孔及漸變腐蝕凹坑，有一定的沖刷痕跡。

圖3 管板

圖4 換熱管

3 原因分析

冷卻器被腐蝕的原因是多方面的，冷卻器自身設(shè)計(jì)及工作環(huán)境也是客觀因素。根據(jù)上述拆解情況，初步分析換熱管出現(xiàn)破損的原因主要有以下幾點(diǎn)：

1）內(nèi)部異物雜質(zhì)過多，換熱管內(nèi)部出現(xiàn)堵塞，從而使換熱管內(nèi)海水流速加快，海水中參雜的硬質(zhì)雜質(zhì)物使換熱管內(nèi)部出現(xiàn)沖刷損傷。

2）內(nèi)部異物長期與換熱管、管板接觸，而冷卻器內(nèi)部的防腐鋅棒未能及時(shí)更換，導(dǎo)致?lián)Q熱管長期處于無保護(hù)狀態(tài)，局部便會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)且可能導(dǎo)致局部漩渦的產(chǎn)生。金屬表面與電解質(zhì)溶液因發(fā)生電化學(xué)作用而產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕是最普遍、最常見的腐蝕。電化學(xué)腐蝕通常又以應(yīng)力腐蝕破裂、點(diǎn)蝕（小孔腐蝕）、縫隙腐蝕等局部腐蝕的形式出現(xiàn)。電化學(xué)腐蝕反應(yīng)主要通過陰極、陽極及金屬內(nèi)部的電子流形成回路。陰極反應(yīng)為還原過程，陽極反應(yīng)為氧化過程，兩者的反應(yīng)作用如下：

因此，犧牲陽極在海水冷卻器中扮演著重要的角色[2]。

4 優(yōu)化處理

針對上述出現(xiàn)的問題并參考相關(guān)資料，結(jié)合原因進(jìn)行綜合分析，對冷卻器做出部分優(yōu)化設(shè)計(jì)，并優(yōu)化出廠試驗(yàn)項(xiàng)目。具體措施如下：

1）針對防蝕材質(zhì)易腐蝕、更換頻率過高的問題，設(shè)計(jì)中應(yīng)加大防蝕材質(zhì)的體積，優(yōu)化犧牲陽極防蝕材質(zhì)，加強(qiáng)船員對系統(tǒng)的維護(hù)意識，定期檢查防蝕件。

2）優(yōu)化換熱管材質(zhì)及通徑設(shè)計(jì)，增加出廠對冷卻器的海水循環(huán)試驗(yàn)，使換熱管提前“鍍”上一層保護(hù)膜，增加自身防護(hù)能力。

3）在冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，增加冷卻器前置過濾器，在保證冷卻水量的同時(shí)使盡量少的雜質(zhì)進(jìn)入冷卻器，減少對換熱管的沖刷損傷。

經(jīng)過一系列的改進(jìn)優(yōu)化，在后續(xù)使用中，未再出現(xiàn)因換熱管腐蝕破裂油水混合而產(chǎn)生的油液乳化現(xiàn)象。故船員正確地對冷卻器進(jìn)行常規(guī)維護(hù)保養(yǎng)是防止冷卻器受腐蝕而損壞的重要環(huán)節(jié)。船員嚴(yán)格按照設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)規(guī)則對冷卻器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，便可有效防止冷卻器過早腐蝕損壞。

5 結(jié)束語

船在海上航行時(shí)，有可能經(jīng)歷海難事故，其中以船舶受惡劣氣候及大風(fēng)浪影響、激劇橫搖導(dǎo)致船舶海損甚至傾覆沉沒的事件發(fā)生數(shù)最多。減搖鰭的使用可大幅減小船舶的橫搖，可有效避免船舶傾覆沉沒事故發(fā)生[3]。因此，海水冷卻器對減搖鰭裝置、整個(gè)船舶的安全運(yùn)行均具有重要的積極作用。但使用海水冷卻器又會(huì)受到海水的腐蝕，而要降低海水對冷卻器的腐蝕，則需從冷卻器的源頭設(shè)計(jì)、選材、試驗(yàn)、使用方法、后期維護(hù)等多方面采取綜合措施，這也是業(yè)內(nèi)研究人員需要不斷深入探索的問題。