液压和稀油润滑系统中间配管快速冲洗

王海文

（中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆 401122）

0 引言

在冶金行业中，液压及稀油润滑系统的故障很多时候是由于油液清洁度不够造成的，油液的清洁度是指油液中包含的颗粒数的指标，此外，油液中如果混有超量的空气和水也会造成系统无法正常工作。油液的清洁度不够主要会造成两大危害：1）对设备零件的表面会加剧切削磨损和疲劳磨损，零件工作环境会逐渐恶化，降低零件的使用寿命；2）容易引起液压、润滑元件堵塞或者是卡顿等问题。这是因为油液当中所夹杂的固体颗粒容易堵塞液压阀或者伺服阀的间隙和孔口，引起阀芯阻塞，影响执行元件正常工作，或者影响轴承的润滑状态，有时甚至导致严重的事故。所以，在施工阶段对液压、润滑系统的冲洗至关重要[1]。

1 对于常规液压、润滑系统的冲洗分析

冲洗工作通常分2步进行：1次冲洗和2次冲洗，对于清洁度要求更高的伺服系统还要进行3次冲洗。冲洗要想短期内达到良好的效果，一定要控制好3个要素：温度、流量、压降（本文主要是针对管道材质为不锈钢、冲洗油为46号矿物油的液压、稀油润滑系统，简述其冲洗要点。其他工序如酸洗、吹扫、临时管路、冲洗板的安装、短接、敲击等不再赘述）[2]。

1.1 温度要素

对于46号矿物油，即：运动黏度为46 mm2/s（40 ℃），冲洗时的最佳油温要控制在50 ℃左右，如果油温过低，会导致油液黏度增大，黏度增大则会导致液压冲洗泵吸油困难、压力损失增加、功率损失增加，情况严重的，甚至会导致液压阀卡阻、过滤器堵塞等现象，此时冲洗工作已无法正常进行，所以在环境温度较低的情况下，通常会先采用冲洗站内部循环或者开启加热器的方式，先升高油温再进行冲洗。

冲洗时油温应避免超过60 ℃，这里经常会有一个认知误区，油温高的话会对油液本身损坏，其实并不是这样。而是因为油温如果达到60 ℃，冲洗泵的核心温度通常会达到80 ℃，此时轴承的温度会更高，而根据国家标准，滚动轴承最高温度不超过95 ℃，滑动轴承最高温度不超过80 ℃。并且温升不超过55 ℃（温升为轴承温度减去测试时的环境温度）；因此，如果油温过高，要及时通冷却水或者停泵，避免损坏轴承等重要设备[3]。

1.2 流量要素

对于液压、润滑管道的冲洗，要想达到冲洗效果，管道中务必要形成紊流状态，紊流可以简单理解为管道内壁各点、各方向所受到的压力相等，即油液充满管道且以一定的速度流动，此时冲洗效果最佳。紊流可以用雷诺系数来衡量：

式中：Re为雷诺系数；V为圆形管道中冲洗油流速，mm/s；d为圆形管道内径，mm；r为冲洗油运动黏度，46号矿物油为46 mm2/s（温度40 ℃）。

如一段钢管ø48×4，冲洗油为46号，要求雷诺数4 000，计算得：V=4.6 m/s；Re≥4 000时，管道内冲洗油处于完全紊流状态，此时冲洗效果最佳。为了满足冲洗要求，雷诺数至少要3 000以上（3 000～4 000，介于层流和紊流之间）。从式（1）可以看出：雷诺数与流速成正比，与黏度成反比。

此外，管道内油液流量公式：

式中：Q为圆形管道内流量，L/min；A为圆形管道内壁截面积，m2；V为油液流速，m/s。

根据式（1）和式（2），可以初步计算出待冲洗管道为了达到紊流雷诺数而需要的流量，此流量由冲洗泵站提供。即：选择冲洗泵站流量参数时要以所有中间配管紊流流量为依据。如果一个液压或者润滑系统的管道数量多、通径大，也可以事先分组计算，把所需要的最大流量大致平均分配到各组，这样可以降低冲洗站的能力，此后冲洗时要严格按照事先分组进行。但是在工程实际应用中，常常是施工单位已经准备好了冲洗站，此时则需要根据冲洗站的流量反算分组，确保每组管道中都能达到紊流状态，满足冲洗要求。另外，雷诺数受黏度影响，所以在冲洗时尽量不要使用黏度大的冲洗油，否则短期内难以达到效果。

在实际冲洗时，根据冲洗泵站的流量进行分组非常重要，经常会见到施工单位的冲洗泵站出口压力始终很低，通常会认为：因为只是在冲洗，管路沿程没有任何负载，所以压力低是正常的，其实这样达不到冲洗效果，究其原因，往往是因为没有计算分组，泵输出流量过于分散，管道内形不成紊流，而只有在紊流状态下管道内的压力才可以憋高。

对于液压阀台冲洗，通常都是预先根据管径大小进行粗分组，在初次分组之后要对分组情况进行仔细核算，见图1[4]。

图1 待冲洗阀台的3 路分组

如图1所示，一个待冲洗阀台的其中3路（图1中①、②、③）划分为一组进行冲洗，左侧A处为泵源，提供的压力为PA，流量为Q，B为回油箱。

3个支路管径分别为：D1、D2、D3；长度分别为：L1、L2、L3，根据等压差原则（流动的液体），3个支路的A→B压降均相等：

可以根据D1、D2、D3以及L1、L2、L3分别计算得出3个支路各自的实际流量（L/min），来确认分组是否合理。

1.3 压降要素

圆形管道冲洗时，压降是一个非常重要而又经常被忽视的因素，很多时候管道冲洗不合格、冲洗时间过长或者某些管道无法达到冲洗流速，都是因为冲洗前没有仔细考虑压降的因素。同时，压降因素很难被直观发现，在施工现场经常会有施工单位认为，自己的冲洗泵站（通常一次冲洗会选用低压大流量螺杆泵作为冲洗泵站）流量足够大，配有加热器、旁通过滤器，而且压力可调、流量分组等等，就认为冲洗一定可以满足要求，但是冲洗结果往往却并不理想，继而花费更长的时间、更多的滤芯来冲洗，代价不菲，这就是没有考虑到管道压降的因素[5]。

管道冲洗时的压降计算较为复杂，压降来自于供油主管、供油支管、短接管、回油支管以及回油主管的各个阶段，简单来说，对于理想的内壁光滑的圆形管道而言，压降主要受管道通径影响，通径越小，压降越大，通径越大则压降越小。

这里举例说明下。如：1个液压阀台有3根主管（连接液压泵站到阀台的供油、回油及泄油管）、4组支管（连接阀台到执行机构的A、B管），如果这4组A、B管通径相等或者差别很小，则压降也相差不大，所需要的冲洗流量可以直接叠加，只要冲洗泵站满足流量要求，冲洗时可以4组回路同时进行（备注：主管通径一般比较大，压降极小，可忽略，只考虑流量即可）。但是，如果这4组支管中的其中2组与另外2组管道通径相差很大，冲洗时如果还是同时进行，则由于小通径的2组管道压降极大，可以简单理解为液阻极大，此时冲洗油只有极其微小的流量进入小管道，绝大部分都是进入了另外2组大通径的管道，所以对于此类阀台，不管冲洗泵站流量多大，依然要进行分组冲洗，分组原则：通径相近且管道长度相当的归为同组。

此处也要考虑另外一种情况，同样是上述举例中的阀台，如果4组支管中的其中2组与另外2 组管道通径相差很大，但是大通径的支管所对应的换向阀通径较小，阀口会限制压差，此时即使是大通径的A/B管，其实流量也不是很大，因为受换向阀条件所限，那么此时如果冲洗流量足够，这4组是可以一起冲洗的。

对于稀油润滑系统，存在同样问题，冲洗分组时，要考虑2个条件：1）冲洗站的流量大小；2）各个润滑支管的通径大小、长度距离。既要满足雷诺数、流量足够，也要保证同组内的支管压降相等或相近，这样才有良好的冲洗效果。

2 对于小型液压站的冲洗分析

此外，还有一类特殊的情况，通常是一些较小型的液压站，特殊性在于：该液压系统包括主管、支管在内的所有管道都是小通径的细长管道，对于此类系统，在冲洗前要充分了解管道的参数，详细地计算压降，由于所有管道都是细长管，压降巨大，如果此时冲洗站（一次冲洗）仍选用常规的低压螺杆泵站，根据前面的分析可以得出：即使冲洗站流量再大也无法满足管道冲洗要求，因为无法建立压力，无法形成一定的流速，雷诺数更远达不到要求。所以，对于此类液压管道，在冲洗之前要准备高压泵冲洗站（通常为高压柱塞泵，低压螺杆泵已无法满足），冲洗时哪怕该高压泵站流量略小，经过分组冲洗后，一样可以满足冲洗要求。

此外，对一次冲洗时的临时管路（连接冲洗站和主管路）的选择也要注意，如果通径过小，此时如果要把冲洗泵的流量全部输出，则该段管道内压降会很大，这个压降常常会超过了冲洗泵的工作压力，这就会导致实际上冲洗泵的流量大部分走了旁通回到了油箱，而无法满足冲洗要求。

3 滤芯精度匹配选择

除了以上3个要素之外，还有一点在设计时也要足够重视，要仔细确认液压或者润滑系统的清洁度等级要求，冶金行业中常用清洁度要求一般是为NAS5级～NAS10级，那么在系统设计时对于过滤器、滤芯的选择一定要非常注意流量、精度和清洁度的匹配关系，提前准备充足的滤芯。

其中的滤芯精度选择参考如下。

1）NAS：8～10级；滤芯：20 μ～30 μ。

2）NAS：7～8级；滤芯：5 μ～20 μ。

3）NAS：5～6级；滤芯：3 μ～5 μ。

4 结论

综上所述：液压、润滑管道的冲洗有很多需要注意的要点，而且有些方面是无法直观判断而必须通过计算分析才能给出正确的方法。对于工期紧张的过程项目，必须提前对冲洗站的能力、系统流量、管道分组有明确的了解，在此基础上，对冲洗工作认真地分析计算，甚至需要提前通知施工单位准备增加一些高压泵等设备，这样才能真正做好快速冲洗工作，才能减少液压、润滑系统的故障率，降低维护成本，保证生产的顺利。