主機潤滑系統(tǒng)串油流體理論和檢驗

劉 鋒

（山東省濟南船舶技術(shù)服務(wù)中心，濟南 250000）

0 引言

現(xiàn)有主機潤滑系統(tǒng)串油工藝的研究主要集中對主要串油參數(shù)的選擇。串油初步驗收依靠目視觀察濾紙，最終驗收過度依賴潤滑油顆粒度數(shù)值測量結(jié)果，缺乏對串油流體理論的研究。某船廠出現(xiàn)過目視觀察濾紙和潤滑油顆粒度數(shù)值測試均合格，而系統(tǒng)雜質(zhì)未串洗干凈，試航后拆解軸承發(fā)現(xiàn)較多金屬顆粒，軸瓦燒蝕。追溯原因是人員因疲勞不按照作業(yè)指導書敲擊管路，以及振動器不及時更換位置，現(xiàn)場管理人員對串油困難背后的流體理論不了解，進而導致管理松懈。本文從串油流體理論本質(zhì)研究出發(fā)，探討提高潤滑系統(tǒng)串油清潔度的措施，對驗收方法進行優(yōu)化，確保主機潤滑系統(tǒng)的清潔度。

1 串油流體理論

從流體力學分析，如果潤滑油管路內(nèi)壁絕對光滑，潤滑油本身沒有黏性，那么管道截面上的每一點的流速都是相等的。實際情況是，管路內(nèi)壁是有粗糙度的，潤滑油也有一定的黏性，這就導致緊靠管路內(nèi)壁處的串油流體速度趨于零，管路中心的速度最大，雜質(zhì)容易在管路內(nèi)壁聚集，如果不采取一定的措施，潤滑油管路中的雜質(zhì)即便經(jīng)過長期串洗也會有相當一部分留存在管壁上以及管與管之間的法蘭墊片等形成的狹小空間內(nèi)，若沒有振動器等外界因素影響，此時會出現(xiàn)串油假合格現(xiàn)象。在船舶投入航行后，這些雜質(zhì)會隨著機器振動等流向主機軸承等各個子潤滑系統(tǒng)，最終導致潤滑系統(tǒng)失效。

通過分析串油流體理論，為了獲得較高的串油清潔度，核心任務(wù)是采取必要措施使聚集在管壁和狹小空間的雜質(zhì)充分串洗出來。

2 潤滑系統(tǒng)雜質(zhì)的來源和潤滑失效模式

潤滑油經(jīng)過管路從存儲的滑油循環(huán)艙輸送到主機潤滑子系統(tǒng)，因此潤滑系統(tǒng)雜質(zhì)主要來自主滑油管路和滑油循環(huán)艙制作過程中所產(chǎn)生的毛刺、焊渣以及轉(zhuǎn)運存儲過程中的銹蝕和安裝過程遺落的其他雜質(zhì)。

管子制作過程中，管子與連接件焊接會產(chǎn)生大量的焊渣和飛濺物，通過打磨和表面處理可去除大部分的焊渣和飛濺物，但狹小的管內(nèi)空間不利于打磨作業(yè)，經(jīng)表面處理后的管子仍然殘留部分焊渣和飛濺物附著在管內(nèi)。

潤滑油中的雜質(zhì)破壞油膜的形成，2個金屬表面也受到嚴重損傷，從而金屬表面接觸產(chǎn)生干摩擦，使部件快速磨損，金屬表面發(fā)熱以致咬死或燒熔，導致柴油機嚴重損壞。

3 提高串油清潔度措施

3.1 管路設(shè)計和制作工藝優(yōu)化

部分管路因為空間狹小，很難進行有效的打磨作業(yè)，特別是在彎頭處，如果采用焊接工藝，產(chǎn)生的焊渣和飛濺物甚至無法打磨到。因此對管路的設(shè)計和制作工藝進行優(yōu)化對于減少潤滑系統(tǒng)本身自帶的雜質(zhì)和提升后期串油效率具有重要作用。

管路設(shè)計時，盡可能減少焊接成型彎頭，最好采用彎管，所有焊縫必須能夠從管段檢查和處理。管子焊接前坡口使用自動坡口機處理，對接焊縫采用氬弧焊接方式。氬弧焊接背面充氬氣，避免管道內(nèi)空氣影響焊縫，同時氬氣拖住熔池形成單面焊雙面成型，減少焊渣和飛濺物。

滑油管路焊接成品后并不會馬上裝船使用，還要經(jīng)過化學酸洗除油、除銹、磷化處理和涂油保養(yǎng)等表面處理，這些處理會進一步減少管路內(nèi)雜質(zhì)并起到防銹作用，在管路轉(zhuǎn)運保存過程中起到保護作用。

3.2 密封墊片設(shè)計優(yōu)化

潤滑油系統(tǒng)2個管路之間一般采用法蘭連接，2個法蘭之間采用密封墊片進行密封。常用管路墊片選型為密封墊片，內(nèi)徑大于管路內(nèi)徑，反之，密封墊片伸入管路內(nèi)，造成管路系統(tǒng)運作阻力增大，同時容易損壞密封墊片造成泄漏。但是，這種選型方式導致密封墊片和2個法蘭端面之間形成一個環(huán)狀的狹小空間，容易藏納管路的焊渣等雜質(zhì)，不利于串油。

為了解決這個問題，在潤滑油系統(tǒng)密封墊片的設(shè)計上進行優(yōu)化，使密封墊片的內(nèi)徑跟管路內(nèi)徑盡量接近，盡可能減小藏污空間。考慮到密封墊片安裝便利性和定位準確性，密封墊片外徑設(shè)計要盡可能接近連接螺栓，這樣現(xiàn)場安裝不會產(chǎn)生太大的偏移，配合涂抹輔助油方便定位，保證密封墊片不因內(nèi)徑擴大設(shè)計而遮擋管路。

3.3 串油過程增加流體擾動

對于靠近管壁流速趨近零而聚集的雜質(zhì)，可以增加流體擾動，使雜質(zhì)隨流體擾動脫離管壁，再經(jīng)過濾網(wǎng)過濾進行去除。

實踐中增加流體擾動的常用方式是管路振動器或人工敲擊，這一步驟是確保串油清潔度的關(guān)鍵，相關(guān)人員必須提高流體理論認知，加強現(xiàn)場管理，切實做到按照作業(yè)指導書，保證管路振動器的輸入氣壓不低于標準，按時更換管路振動器位置，按要求釋放部分管路禁錮裝置，對于管路振動器無法觸及的位置，采用人工敲擊。

此外，開雙泵進行串油可以在原來單泵的基礎(chǔ)上大大提高紊流系數(shù)（雷諾數(shù)），更有效地沖洗管路內(nèi)的雜質(zhì)。

3.4 串油溫度確定

潤滑油溫度的確定需要計算雷諾數(shù)，主機廠商推薦理論計算的雷諾數(shù)必須大于3 000。雷諾數(shù)=管徑×流速×流體密度/流體黏度。例如，某船在管子流速和管子通徑不可改變的情況下，控制串油溫度大于40 ℃，滑油所對應(yīng)的黏度即可滿足主機廠商推薦的雷諾系數(shù)大于3 000的要求。

在管徑和流速已定、流體密度隨溫度變化不大的情況下，流體黏度隨溫度升高而降低。分析雷諾數(shù)公式可以發(fā)現(xiàn)，提高溫度可以提高雷諾數(shù)。但是不宜過高提高溫度，因為黏度過低不利于流體粘走附著在管路壁上的雜質(zhì)。大量實踐驗證，潤滑油的最佳溫度應(yīng)為60 ℃，具有較高的效率和清潔度。

4 串油檢驗要點

4.1 串油前盲板檢查

主機內(nèi)部串油已在主機廠車間完成，各潤滑子系統(tǒng)都清潔干凈，滿足標準。后續(xù)外部管路串油前如果作業(yè)不當，檢查不足，可能出現(xiàn)外部管路與主機相連的法蘭接口沒有完全使用盲板封死。如果發(fā)生這種情況，外部串油的焊渣等金屬雜質(zhì)會進入主機軸承等子潤滑系統(tǒng)。在主機運行時，阻塞內(nèi)部潤滑油通道或嵌入軸承縫隙，導致潤滑失效，燒蝕軸承，損壞主機。

為了避免上述情況發(fā)生，串油作業(yè)前，需要根據(jù)主機說明書確定盲板位置、大小和數(shù)量，并且外部串油封堵方案須征得主機廠商同意?，F(xiàn)場檢驗時，按照認可的封堵方案須對盲板位置、大小和數(shù)量一一進行核對。

4.2 串油驗收時增大紊流

通過分析流體理論，可以在驗收時通過一定的操作增大紊流，提高雷諾數(shù)，把附著在潤滑油管路內(nèi)壁的雜質(zhì)沖洗出來，這樣可以有效避免串油假合格現(xiàn)象。

具體常用做法是，在靠近過濾器的管路上設(shè)置閥門，在串油泵運行時，對閥門進行快速關(guān)閉-開啟-關(guān)閉的短時循環(huán)操作。在泵運行的作用下，管路內(nèi)會產(chǎn)生較大的沖擊波，形成較大紊流。關(guān)閉泵后，檢查濾網(wǎng)和磁棒是否出現(xiàn)大量雜質(zhì)增多現(xiàn)象，如有，說明串油仍不充分。操作過程中注意不要將閥門完全關(guān)死，防止損壞泵組。

4.3 驗收標準

最終驗收時，濾紙要換成10 μm（約1 200目），濾紙目視沒有雜質(zhì)。油樣顆粒度分析結(jié)果不超過ISO 4406標準19/15等級。

5 結(jié)論

本文說明了串油背后的流體理論基礎(chǔ)，通過驗收時手動快速反復操作閥門關(guān)閉和開啟，形成沖擊波，帶出附著在管路內(nèi)壁的雜質(zhì)，解決串油假合格這一實際問題。

提高串油清潔度的措施，實質(zhì)是提高雷諾數(shù)和減少系統(tǒng)本身雜質(zhì)以及減小藏納雜質(zhì)空間。

為了提高雷諾數(shù)，在管路中設(shè)置振動器；使用雙泵代替單泵；在合理范圍提高溫度。

為了減少系統(tǒng)本身雜質(zhì)以及減小藏納雜質(zhì)空間，對管路設(shè)計和制作工藝進行優(yōu)化，并提出密封墊片設(shè)計的新思路。