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１．轧机配管概况
为满足轧制工艺生产要求，轧机配管子系统主要分为：轧机辅助液压、轧机伺服液压、轧机压下齿轮稀油润滑、轧机输送辊及弯辊传动稀油润滑、轧机油膜轴承稀油润滑、高压除鳞水、干油润滑、设备冷却水和压缩空气。除设备冷却水管道为碳钢无缝管，其余均为不锈钢无缝管，冲洗难度最大的为液压管道。
液压系统具体用途及参数：
2.轧机液压配管的特点及难点
2.1 轧机液压管道众多，施工质量要求高（SVAI设计要求：辅助液压达到NAS 7级、伺服液压达到NAS 5级）。
2.2 由于轧机设备比较紧凑，管道布置比较密集，加大了施工的难度。
2.3 由于配管只能在设备安装完毕后才能开始，液压管道执行机构比较多，管道支管众多，液压管道冲洗的回路比较多（总计有104个回路）液压管道一般冲洗时间比较长。
3.管线的冲洗
3.1 冲洗机理
冲洗液清除管壁表面上微粒的能力与其作用在管壁界面上的有效能量成正比。冲洗液流内的剪应力下由黏性剪切应力τν及紊动剪切应力τt组成。
τ=τ+τ=μ+ρl( ) (1)
式中 ——时均流速
l——混合长度
ρ——冲洗流体密度
μ——冲洗液动力黏度
从式(1)可见，当冲洗液体处于层流状态时，质点没有混杂，第二项 不存在，管壁表面只有黏性剪切应力的作用。然而，在紊流状态，紊动剪切应力正比于速度梯度的平方值，远远大于层流黏性剪应力。所以，为获得良好的清洗效果 必须使冲洗液流形成紊流流动。
当流体微团间互相掺混做无序地流动，其流速、压力等力学参数在时间和空间中发生不规则脉动的流体运动，称为湍流，又称为紊流。湍流是在大雷诺数下发生的，其基本特征是流体微团运动的随机性。由于这种随即运动而产生的动量、热量和质量的传递，其传递性比层流高很多。它一方面强化传递和反应的效果；另一方面剧增了摩擦阻力和能量损耗。流体紊流状态能更好地将管道内壁的污染物清理下来。
流体紊流状态主要发生在大雷诺数下，判断冲洗流速能否达到要求的具体的指标就是流体的实际雷诺数能否大于特定状态下的临界雷诺数。雷诺数Re是一个反映粘性力相似的准则，它是流体惯性力与粘性力之比。
Re=(ρL2ν2)/μLν=μL/ν
对于圆管流动时，其特征长度L为圆管的内径d，此时Re=μd/ν。
当流体的惯性力与粘性力之比不同时，流动状态会互相转变，判别流动状态时的雷诺数，称之为临界雷诺数。当流动由层流转变为湍流时的雷诺数，称为上临界雷诺数，而由湍流转变为层流时的雷诺数，称为下临界雷诺数Rec。
在工程中，只用下临界雷诺数Rec来判别流动状态。
当Re??Rec时，流动是层流；
当Re≥Rec时，流动是湍流。
对于圆管满管时，下临界雷诺数约为2300。对于循环冲洗，雷诺数一般应在4300以上，这样才能加强对内壁残留污染物的冲刷作用。
3.2 冲洗流量
3.2.1近壁层流层与冲洗流量的关系
当冲洗液在圆管内做紊流流动时，并非在整个有效截面上都是紊流。在管壁处由于管壁的限制和附着力的作用，流体微团的混杂运动受到限制，因而，靠近管壁仍有一层极薄的液体保持着层流状态，即近壁层流层。其厚度δ大于附在管壁上的颗粒尺寸d时，会大大影响紊动剪切应力对颗粒的冲洗作用。因此，要获得好的冲洗效率。就得使δ≤d。
在紊流流动中，圆管中近壁层流层的厚度δ可以按下列经验公式计算：
δ= (2)
式中 D——导管直径
λ——紊流流动沿程阻力系数，
当3×10 Re——雷诺数
雷诺数的表达式如下
Re== (3)
式中ν——运动黏度
将式(3)代入式(2)，整理后可得出管壁处层流厚度与流体流量的关系式：
Q=73.93Dν（） (4)
使δ=d，由式(4)计算所得的流量即为保证近壁层流层厚度δ≤d的最小流量。
可见，为达到清洗目的，在保证管内的流动处于紊流状态的前提下，必须使近壁层流层厚度δ不大于附在管壁上的颗粒尺寸d。
3.2.2 清洗液的温度与冲洗流量的关系
由雷诺数表达式(3)可知，清洗液的黏度ν值越小，雷诺数就越大。由图3.2可见，在温度超过60℃后。随着温度的上升，黏度的变化相对比较平缓，因此，对于通常的管道清洗装置设计而言，清洗液油温保持在60～80℃的范围内，即可满足通常的冲洗要求。在工程中液压冲洗的温度一般控制在60℃左右。
图3.2 液压油粘温图
3.2.3 冲洗流量的计算
在计算冲洗流量时，不能简单地套用雷诺数表达式，还要考虑冲洗要达到的清洁度和冲洗时的温度。为保证近壁层流层厚度δ大于附在管壁上的颗粒尺寸d，可取δ=5μm。冲洗时油温可选60℃ ，由图l可查得所选冲洗液在60℃时的运动黏度。将δ、ν和系统中最大管道直径D代入式(4)，便可得到所需的冲洗流量。由于在实践过程中，冲洗泵组很少具有流量调节阀或变量泵；在冲洗过程中一般考虑泵流量大于最小允许流量即可。
3.3 冲洗压力
压力降：
粘性流体在管道内流动时都要受到与流体流动方向相反的流体阻力，消耗能量，而以压力降反映出来，称为压力损失。流体的压力损失分为沿程压力损失和局部阻力损失。
(1)圆管的沿程压力损失
圆管内流动的液体，由于克服粘性力而引起的压力损失，称沿程压力损失。
Δp=λ()()
式中λ——沿程阻力损失系数，它是雷诺数和管道内壁相对粗糙度的函数。在工程中，圆管的沿程阻力损失系数λ，如果Re??2300，λ=64/Re；如果Re≥2300，λ=。 L——圆管的沿程长度。
D——圆管的内径。
ν——管内平均流速。
ρ——流体密度。
(2)圆管的局部阻力损失
当流体流经局部的管件，而使流体的流速的大小或方向或二者均发生变化，而使局部的流体发生动量交换和涡旋。从而消耗能量，产生局部的压力降，称为局部压力损失。
一般局部压力损失可按下列公式计算：
Δp=
式中ξ——局部阻力系数，它与管件的形状、雷诺数有关。
ν——平均流速。
ρ——流体密度。
冲洗压力必须要大于冲洗管道的压力将，否则冲洗效果不会太显著。
我们分析完了影响流体的几个相关因素后，很容易发现在工程中液压冲洗能否达到最佳的冲洗结果，油温、冲洗流量、冲洗压力都需要满足计算要求，而且三者都是关联的。
3.4 冲洗方案确定
根据原理图和配置图以及现场实际情况编制液压冲洗方案。
针对工程液压管道的实际特点：主管管径较大、支管较长管径较小，方案根据流体力学理论：冲洗的管道内流体要达到紊流为前提，确定：管道冲洗的流量、泵的出口压力、临时管路的敷设（充分考虑各支路的冲洗质量）、取样口的位置和取样时间等，特别注意系统的死角处能否冲洗到，保证每个支管都能构成冲洗回路。
据此：“气液混合”，在油冲洗前用氮气按冲洗回路吹扫液压管道，消除管道内壁的污物（为达到理想的冲洗效果，必须保证氮气吹扫流速不小于20m/s）；氮气吹扫完毕后，使管内保证0.6MPa～0.7MPa压力，检查临时管路是否泄露；如果没有问题，液压系统开始油冲洗，“高低压结合”即主管路用大流量低压冲洗泵冲洗，轧机本体管路用小流量高压泵冲洗。
3.4.1冲洗回路流量及泵出口压力
液压冲洗管道的管径、允许最小流量、实际冲洗流量、压力关系计算如下：
从以上数据可以看出：管道内径D2≤38mm时，压降阻力损失较大，在冲洗时要考虑沿程阻力损失，冲洗系统压力应大于沿程阻力损失；管道内径>38mm时，压降阻力损失较小可以忽略不计，冲洗时主要考虑流量。因此，在工程液压冲洗中，我们根据现场实际根据不同的管径和长度选择冲洗泵组。液压管道主供、回、泄油管管径一般较大，以及管径较大的支管，经计算沿程阻力损失较小，最小允许流量较大，冲洗时主要考虑泵的流量，在实际中采用流量2300m3/h，扬程1.6MPa的冲洗泵组。液压支管（轧机本体配管）管径较小的管道，经计算沿程阻力损失较大，冲洗时主要考虑泵的扬程，在实际中采用流量420m3/h，扬程12MPa带调节压力、流量的溢流阀的冲洗泵组以满足不同管径管线的冲洗流量及压力要求。
3.4.2 冲洗回路控制
(1)冲洗时温度控制在55℃～65℃，故冲洗泵设有电加热加热装置。但冲洗小管径管线时由于沿程阻力损失，系统将动能转化为热能，较小的冲洗系统考虑机械散热。
(2)为保证各冲洗管段内完全充满油液，且采用在线仪器取样时，取样点压力一般应至少保证在0.4MPa以上，回油管线上应设置调节阀。
(3)冲洗压力控制，大流量低压泵按泵的正常工作压力冲洗；小流量高压泵出口设有溢流阀，进行调节冲洗回路所需要的压力和流量。
3.5 管线冲洗
3.5.1 气液混合
在油冲洗前用氮气按冲洗回路吹扫液压管道，消除管道内壁的污物（为达到理想的冲洗效果，必须保证氮气吹扫流速不小于20m/s）。
3.5.2 高低压结合
管道冲洗分两次冲洗，以阀台为界，阀台前P、T、Y管构成一个冲洗回路（阀台后管径较大的管子可纳入该回路），用低压大流量冲洗泵组冲洗；阀台后A/B管构成小冲洗回路，用高压小流量冲洗泵组冲洗，为提高冲洗速度，所有阀台共用一套主冲洗管路，支管路上均设置阀门，以便于进行控制。临时管线的技术要求与正式管道应一样，否则会延长冲洗时间。冲洗时应遵循先主管后支管，先远端后近端的次序，保证每一主管和支管均能冲洗到。
(1)各回路必须单独冲洗，其它回路用球阀断开。
(2)各冲洗的时间必须保证，在压力和流量保证的前提下，一般主回路在24小时以上，支路一般4个小时，才能取第一个油样，是否符合系统要求。如不符合，继续冲洗，每隔2小时继续取样，直到符合要求。
(3)冲洗支路时，应在冲洗管线的焊缝、拐弯、死角处敲打，将附着在管路内壁的颗粒物振下随油流冲走。
(4)冲洗时间应24小时不中断，并经常检查冲洗泵的工作状态。
3.6 取样检测
取样瓶必须是烘干的、洁净的玻璃瓶。
3.7 结束冲洗
冲洗结束后，由于使用的是工作油冲洗，可避免再使用氮气吹扫冲洗油，造成二次污染。用户端（液压缸）的临时不要拆除，其余的将阀台、系统泵站恢复到系统管线中，准备进行二次精冲。
3.8 冲洗效果
采用该方法进行轧机液压管道的冲洗，伺服液压系统5天时间冲洗好，辅助系统主管路5天时间冲洗好，阀台后A/B管10天冲洗好，冲洗质量普遍比SVAI要求的油冲洗清洁度高2～3个等级，为轧机按时试车创造了极为有利的条件。
为满足轧制工艺生产要求，轧机配管子系统主要分为：轧机辅助液压、轧机伺服液压、轧机压下齿轮稀油润滑、轧机输送辊及弯辊传动稀油润滑、轧机油膜轴承稀油润滑、高压除鳞水、干油润滑、设备冷却水和压缩空气。除设备冷却水管道为碳钢无缝管，其余均为不锈钢无缝管，冲洗难度最大的为液压管道。
液压系统具体用途及参数：
2.轧机液压配管的特点及难点
2.1 轧机液压管道众多，施工质量要求高（SVAI设计要求：辅助液压达到NAS 7级、伺服液压达到NAS 5级）。
2.2 由于轧机设备比较紧凑，管道布置比较密集，加大了施工的难度。
2.3 由于配管只能在设备安装完毕后才能开始，液压管道执行机构比较多，管道支管众多，液压管道冲洗的回路比较多（总计有104个回路）液压管道一般冲洗时间比较长。
3.管线的冲洗
3.1 冲洗机理
冲洗液清除管壁表面上微粒的能力与其作用在管壁界面上的有效能量成正比。冲洗液流内的剪应力下由黏性剪切应力τν及紊动剪切应力τt组成。
τ=τ+τ=μ+ρl( ) (1)
式中 ——时均流速
l——混合长度
ρ——冲洗流体密度
μ——冲洗液动力黏度
从式(1)可见，当冲洗液体处于层流状态时，质点没有混杂，第二项 不存在，管壁表面只有黏性剪切应力的作用。然而，在紊流状态，紊动剪切应力正比于速度梯度的平方值，远远大于层流黏性剪应力。所以，为获得良好的清洗效果 必须使冲洗液流形成紊流流动。
当流体微团间互相掺混做无序地流动，其流速、压力等力学参数在时间和空间中发生不规则脉动的流体运动，称为湍流，又称为紊流。湍流是在大雷诺数下发生的，其基本特征是流体微团运动的随机性。由于这种随即运动而产生的动量、热量和质量的传递，其传递性比层流高很多。它一方面强化传递和反应的效果；另一方面剧增了摩擦阻力和能量损耗。流体紊流状态能更好地将管道内壁的污染物清理下来。
流体紊流状态主要发生在大雷诺数下，判断冲洗流速能否达到要求的具体的指标就是流体的实际雷诺数能否大于特定状态下的临界雷诺数。雷诺数Re是一个反映粘性力相似的准则，它是流体惯性力与粘性力之比。
Re=(ρL2ν2)/μLν=μL/ν
对于圆管流动时，其特征长度L为圆管的内径d，此时Re=μd/ν。
当流体的惯性力与粘性力之比不同时，流动状态会互相转变，判别流动状态时的雷诺数，称之为临界雷诺数。当流动由层流转变为湍流时的雷诺数，称为上临界雷诺数，而由湍流转变为层流时的雷诺数，称为下临界雷诺数Rec。
在工程中，只用下临界雷诺数Rec来判别流动状态。
当Re??Rec时，流动是层流；
当Re≥Rec时，流动是湍流。
对于圆管满管时，下临界雷诺数约为2300。对于循环冲洗，雷诺数一般应在4300以上，这样才能加强对内壁残留污染物的冲刷作用。
3.2 冲洗流量
3.2.1近壁层流层与冲洗流量的关系
当冲洗液在圆管内做紊流流动时，并非在整个有效截面上都是紊流。在管壁处由于管壁的限制和附着力的作用，流体微团的混杂运动受到限制，因而，靠近管壁仍有一层极薄的液体保持着层流状态，即近壁层流层。其厚度δ大于附在管壁上的颗粒尺寸d时，会大大影响紊动剪切应力对颗粒的冲洗作用。因此，要获得好的冲洗效率。就得使δ≤d。
在紊流流动中，圆管中近壁层流层的厚度δ可以按下列经验公式计算：
δ= (2)
式中 D——导管直径
λ——紊流流动沿程阻力系数，
当3×10
雷诺数的表达式如下
Re== (3)
式中ν——运动黏度
将式(3)代入式(2)，整理后可得出管壁处层流厚度与流体流量的关系式：
Q=73.93Dν（） (4)
使δ=d，由式(4)计算所得的流量即为保证近壁层流层厚度δ≤d的最小流量。
可见，为达到清洗目的，在保证管内的流动处于紊流状态的前提下，必须使近壁层流层厚度δ不大于附在管壁上的颗粒尺寸d。
3.2.2 清洗液的温度与冲洗流量的关系
由雷诺数表达式(3)可知，清洗液的黏度ν值越小，雷诺数就越大。由图3.2可见，在温度超过60℃后。随着温度的上升，黏度的变化相对比较平缓，因此，对于通常的管道清洗装置设计而言，清洗液油温保持在60～80℃的范围内，即可满足通常的冲洗要求。在工程中液压冲洗的温度一般控制在60℃左右。
图3.2 液压油粘温图
3.2.3 冲洗流量的计算
在计算冲洗流量时，不能简单地套用雷诺数表达式，还要考虑冲洗要达到的清洁度和冲洗时的温度。为保证近壁层流层厚度δ大于附在管壁上的颗粒尺寸d，可取δ=5μm。冲洗时油温可选60℃ ，由图l可查得所选冲洗液在60℃时的运动黏度。将δ、ν和系统中最大管道直径D代入式(4)，便可得到所需的冲洗流量。由于在实践过程中，冲洗泵组很少具有流量调节阀或变量泵；在冲洗过程中一般考虑泵流量大于最小允许流量即可。
3.3 冲洗压力
压力降：
粘性流体在管道内流动时都要受到与流体流动方向相反的流体阻力，消耗能量，而以压力降反映出来，称为压力损失。流体的压力损失分为沿程压力损失和局部阻力损失。
(1)圆管的沿程压力损失
圆管内流动的液体，由于克服粘性力而引起的压力损失，称沿程压力损失。
Δp=λ()()
式中λ——沿程阻力损失系数，它是雷诺数和管道内壁相对粗糙度的函数。在工程中，圆管的沿程阻力损失系数λ，如果Re??2300，λ=64/Re；如果Re≥2300，λ=。 L——圆管的沿程长度。
D——圆管的内径。
ν——管内平均流速。
ρ——流体密度。
(2)圆管的局部阻力损失
当流体流经局部的管件，而使流体的流速的大小或方向或二者均发生变化，而使局部的流体发生动量交换和涡旋。从而消耗能量，产生局部的压力降，称为局部压力损失。
一般局部压力损失可按下列公式计算：
Δp=
式中ξ——局部阻力系数，它与管件的形状、雷诺数有关。
ν——平均流速。
ρ——流体密度。
冲洗压力必须要大于冲洗管道的压力将，否则冲洗效果不会太显著。
我们分析完了影响流体的几个相关因素后，很容易发现在工程中液压冲洗能否达到最佳的冲洗结果，油温、冲洗流量、冲洗压力都需要满足计算要求，而且三者都是关联的。
3.4 冲洗方案确定
根据原理图和配置图以及现场实际情况编制液压冲洗方案。
针对工程液压管道的实际特点：主管管径较大、支管较长管径较小，方案根据流体力学理论：冲洗的管道内流体要达到紊流为前提，确定：管道冲洗的流量、泵的出口压力、临时管路的敷设（充分考虑各支路的冲洗质量）、取样口的位置和取样时间等，特别注意系统的死角处能否冲洗到，保证每个支管都能构成冲洗回路。
据此：“气液混合”，在油冲洗前用氮气按冲洗回路吹扫液压管道，消除管道内壁的污物（为达到理想的冲洗效果，必须保证氮气吹扫流速不小于20m/s）；氮气吹扫完毕后，使管内保证0.6MPa～0.7MPa压力，检查临时管路是否泄露；如果没有问题，液压系统开始油冲洗，“高低压结合”即主管路用大流量低压冲洗泵冲洗，轧机本体管路用小流量高压泵冲洗。
3.4.1冲洗回路流量及泵出口压力
液压冲洗管道的管径、允许最小流量、实际冲洗流量、压力关系计算如下：
从以上数据可以看出：管道内径D2≤38mm时，压降阻力损失较大，在冲洗时要考虑沿程阻力损失，冲洗系统压力应大于沿程阻力损失；管道内径>38mm时，压降阻力损失较小可以忽略不计，冲洗时主要考虑流量。因此，在工程液压冲洗中，我们根据现场实际根据不同的管径和长度选择冲洗泵组。液压管道主供、回、泄油管管径一般较大，以及管径较大的支管，经计算沿程阻力损失较小，最小允许流量较大，冲洗时主要考虑泵的流量，在实际中采用流量2300m3/h，扬程1.6MPa的冲洗泵组。液压支管（轧机本体配管）管径较小的管道，经计算沿程阻力损失较大，冲洗时主要考虑泵的扬程，在实际中采用流量420m3/h，扬程12MPa带调节压力、流量的溢流阀的冲洗泵组以满足不同管径管线的冲洗流量及压力要求。
3.4.2 冲洗回路控制
(1)冲洗时温度控制在55℃～65℃，故冲洗泵设有电加热加热装置。但冲洗小管径管线时由于沿程阻力损失，系统将动能转化为热能，较小的冲洗系统考虑机械散热。
(2)为保证各冲洗管段内完全充满油液，且采用在线仪器取样时，取样点压力一般应至少保证在0.4MPa以上，回油管线上应设置调节阀。
(3)冲洗压力控制，大流量低压泵按泵的正常工作压力冲洗；小流量高压泵出口设有溢流阀，进行调节冲洗回路所需要的压力和流量。
3.5 管线冲洗
3.5.1 气液混合
在油冲洗前用氮气按冲洗回路吹扫液压管道，消除管道内壁的污物（为达到理想的冲洗效果，必须保证氮气吹扫流速不小于20m/s）。
3.5.2 高低压结合
管道冲洗分两次冲洗，以阀台为界，阀台前P、T、Y管构成一个冲洗回路（阀台后管径较大的管子可纳入该回路），用低压大流量冲洗泵组冲洗；阀台后A/B管构成小冲洗回路，用高压小流量冲洗泵组冲洗，为提高冲洗速度，所有阀台共用一套主冲洗管路，支管路上均设置阀门，以便于进行控制。临时管线的技术要求与正式管道应一样，否则会延长冲洗时间。冲洗时应遵循先主管后支管，先远端后近端的次序，保证每一主管和支管均能冲洗到。
(1)各回路必须单独冲洗，其它回路用球阀断开。
(2)各冲洗的时间必须保证，在压力和流量保证的前提下，一般主回路在24小时以上，支路一般4个小时，才能取第一个油样，是否符合系统要求。如不符合，继续冲洗，每隔2小时继续取样，直到符合要求。
(3)冲洗支路时，应在冲洗管线的焊缝、拐弯、死角处敲打，将附着在管路内壁的颗粒物振下随油流冲走。
(4)冲洗时间应24小时不中断，并经常检查冲洗泵的工作状态。
3.6 取样检测
取样瓶必须是烘干的、洁净的玻璃瓶。
3.7 结束冲洗
冲洗结束后，由于使用的是工作油冲洗，可避免再使用氮气吹扫冲洗油，造成二次污染。用户端（液压缸）的临时不要拆除，其余的将阀台、系统泵站恢复到系统管线中，准备进行二次精冲。
3.8 冲洗效果
采用该方法进行轧机液压管道的冲洗，伺服液压系统5天时间冲洗好，辅助系统主管路5天时间冲洗好，阀台后A/B管10天冲洗好，冲洗质量普遍比SVAI要求的油冲洗清洁度高2～3个等级，为轧机按时试车创造了极为有利的条件。