浅谈绞吸式挖泥船液压油防污染管理

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  [中图分类号] U674.31
  [文献标志码]A
  [文章编号]2095-6487 (2021) 02-0154-03
  Discussion on Anti Pollution Management of Hydraulic Oil for Cutter Suction Dredger
  Zhao Li-zhi
  [ Abstract] In order to improve the management level of hydraulic system of cutter suction dredger and reduce the system failure caused byhydraulic oil pollution, based on the overview of the research hotspots of hydraulic oil pollution in the industry starting from reducing the content of mainpollutants in the system, the actwe control method of oil pollution is systematically studied. The harm mechanism and control mode of solid, liquid and gaspollutants in hydraulic sysrem are discussed
  [ Keywords] hydraulic system; oilpollution; active control
  绞吸式挖泥船,尤其是液压绞吸船,它的液压系统包括甲板机械系统、绞刀系统。挖泥船的施工及船舶姿态调整都需要利用液压系统来实现,因此液压系统是船舶施工和安全的重要组成部分,其运行效率的高低、维护保养的水平好坏直接关乎船舶生产效率和时间利用率,是影响船舶性能的重要组成部分。液压系统中的液压油是能量传递的中介,也是故障传播的中介,同时也是液压系统工作状态的信息集中源。如果在液压系统故障中出现颗粒产生.那么它在液压油的传播、扩散作用下,会迅速波及系统的各类液压元件,使整个系统性能迅速下降,故障率上升,甚至导致系统瘫痪,故障排除难度增人的同时造成很大的经济损失。许多文献资料都认为液压系统的故障中有70% - 80%是由液压油污染引起的。当然这个说法的最初来源很难找到,其统计方法也很难得到验证,但是有一点得到业界公认:船舶液压系统失效的最主要原因是液压油污染。
  解决污染的最好方法也是最根本的方法就是预防,落实预防措施就是正确而对、科学分析、主动控制液压系统污染问题,最重要的是长期坚持、始终保持系统清洁,直至液压系统退出服役为止。

1 液压油污染的标准


  液压油的污染用污染度来表示。针对固体污染物的标准很多,如中国国标、美国NAS1638标准、IS04406标准等。目前我国船舶液压系统主要采用IS04406标准,有1978、1987、1999年等版本,现在是2017年版。我国在1987年版基础上制定了自己的标准GB/T14039-1993。在IS04406的1999年版本,我国对GB/T14039-1993进行了第一次修订,相应新标准号为GB/T14039-2002。新标准已于2003年5月在我国正式实施。对IS044062017版我国目前还没有制定新的国标版本。
  针对不同液压系统需要的液压油的清洁度的问题,ISO的标准是IS012669,目前最新的版本是2017版。
  作为船舶管理人员,不论是岸基管理人员还是轮机员,都应当对这些标准比较熟悉,否则连标准都不知道,管理的参照就无从谈起,甚至连油液检测报告都无从分析。
  液压油的清洁度标准只是针对固体污染物的,这不是评定系统中液压油的唯一和全部手段,因为清洁度只能测定在液压油中颗粒状污染源物的含量,而其它的污染或者是液压油性质的改变,比如液压油特性不好或含水等造成的污染,通过对液压油清洁度的检测还有一定的局限性,这一点应引起管理者的重视。下文专门对液体和气体污染进行了探讨。

2 从防止污染角度分析液压系统


  IS04406标准按液压系统对液压油清洁度要求,将液压系统分为六人类,但这种分類只是解决污染问题的基础,从一个使用者的角度出发,应将其防止液压油的污染贯彻落实到液压设备的全寿命使用周期中。

2.1 液压系统组成分类


  (1)按便于分析和测定污染结果的程度:软件,即系统中的液压油;硬件即除液压油以外的系统其他元件。
  (2)按制造安装地点:厂制标准件,知油泵、控制阀、过滤器、液压油等;现场制作安装件,主要指根据现在情况制作的管路等。
  (3)按元件是否具有控制污染的功能:具有控制污染功能的元件,如过滤器、冷却器、油箱等;此类原件多具有过滤、沉淀、析出等功能。不具有控制污染功能的元件,如油泵、控制阀、液压缸、管路等。
  (4)按对污染危害的敏感程度:对污染很敏感的元件,即液压油污染后严重影响其内部机械运动的元件,如油泵、控制阀、油缸、油马达等;有污染一般敏感的元件,如过滤器、液压油等;对污染不敏感的元件,如管路、油箱、冷却器、蓄能器等。
  这种从防止液压油污染角度看,在不同阶段,不同工作场合就会分别对待不同的元件的管理方法,可以得到事半功倍的效果。

2.2 污染源的划分


  按造成污染的污染源来源,污染可分为系统自身液压元件磨损产生的污染和外部异物入侵造成的污染。
  按造成污染的污染物状态分类,可以分为固态污染、液态污染、气态污染。

3 固体污染物控制


  从污染对液压系统的危害中可以看出,必须加强对液压油污染的控制,预防重于修理。
  按不同污染物分别分析,固体污染物进入系统有如下方式。
  (1)工作时外界侵入:有一些物质通过液压缸的活塞杆、油管接头、油箱、空气呼气阀等进入液压油中,像外界的灰尘、固体颗粒物。
  (2)液压系统自身生成:液压系统在制造、安装、调试、工作的过程中,电对液压油造成一定污染,如液压元件和密封材料在工作中的磨损颗粒,液压系统各滤芯脱落的颗粒和纤维、液压油因氧化变质而生成胶状物等。
  (3)在液压系统的维保及修理过程中进入:在液压系统正常维护保养,如更换液压滤芯和液压油的清洗油箱,维修拆装液压缸、液压阀件等操作,在操作的过程中容易造成固体颗粒、水、空气、纤维等进入液压系统中。
  按照上述三种方式,对固体污染物的预防需有的放矢。这里针对新的辅助控制方式,强调几个问题。
  (1)对固体污染物的j盘控,目前对污染物的I监控多数船舶并未安装太多的辅助系统。市而上有许多新开发的实时污染物} lk控系统,安装这些系统有利有弊。利处是可以实时监控污染物的情况,及时发现并处理,但弊处也不少,如对船员的要求提高,增加了工作量。这些系统的使用,维护管理都需要~定的专业知识,同时人都比较娇贵,不好管理。
  降低了系统的可靠性。挖泥船的工作环境恶劣,维修不方便,安装这些元件无疑增加了系统的复杂性,自然就降低了系统的可靠性。
  增加成本。这种系统传感器,通信系统,控制监控系统等整体价格不菲。
  因此,实践中船舶还是以观察滤器和液压油定期检测为土。这就要求船员一定要定时观察滤器的污染物情况,定期化验检测污染情况。如果工况不好,还应当增加频率。观察时要注意对分析固体颗粒和污染情况做初步判断。人部分的问题可以通过这种方式发现。最重要的是要牢记系统摩擦副的形式,如一般的柱塞液压泵是钢质柱塞摩擦铜质套筒,液压马达是铸铁质材料摩擦副等,这可以在第一时间判断是什么元件出了问题,如果可能,再观察这个元件的工作状态。当然,如果污染严重就需要拆检而不是继续运行系统来观察其表现。
  (2)对液压油的迅速变黑问题,要注意这种也算是固体污染,一般产生的原因是系统的节流处产生过度高温,液压油和溶于其中的氧气发生反应。这种情况如果十分剧烈,可能在滤器,尤其是细滤器处发现,当然也可以通过闻油液的味道判断出来。这时一定要找到高温源进行处理。
  这就提醒机务人员或轮机员要平时注意观察各部位的温度。可以通过触摸的方法,也可以通过远程红外测温计测量。但是对水下的设备(如绞刀马达)这种方法就失效了。
  (3)液压系统运转过程中使用超微过滤装置,以便及时将液压油中污染物过滤清除干净。始终保持液压油在液压系统中高清洁度的循环,因油液污染引起的各种弊端就自然而然地减少了,增加了液压系统中液压元件的使用寿命,减少了液压系统的液压油污染造成的故障,使液压系统高效稳定运转,从而达到提质增效,降低成本的目的。
  这个可以视情况而定,如果必须,可以安装这套装置。但是考虑成本和操作的复杂程度以及挖泥船的工作特点,可以尝试在不工作的时候进行超微过滤这项工作。

4 液体污染的控制


  液体污染,系统不能自己产生,都是从外界进入系统。这里的液体主要是水,当然,如果管理不当,其他油类也可能混入系统,这个问题相对較少,本文不再赘述。

4.1 液压油中水污染的危害


  液压油的水污染危害很大,水会附着在没备零部件表而,腐蚀元件;导致液压油变质,造成油乳化沉淀;部分水在油液里与空气进行作用,会使液压油的氧化速度加快,形成油液变质沉淀,并形成固体污染物;水还会使金属表而结合,影响润滑油膜的形成,造成润滑效果降低。
  液压油同时受水和固体污染时的后果比仅受一种污染时更为严重,因为磨损后露出的金属表而不断受到水的磨损作用会加速磨损的过程。

4.2 水进入系统的形式及预防措施


  一种是通过各种接头进入。这种情况主要是系统压力波动过人时,可能出现局部低压,低于外界人气压时,如果这个部位在水下,外部有水压,水就有可能从外界进入。挖泥船的水下液压管路不少,接头电有不少,同时挖泥船的系统压力脉动冲击很大,这种情况是有可能出现的。不少船舶为了防l}:液压脉动冲击过人损坏系统,在系统上安装了储能器以降低压力波动,但是甘前看没有起到预期的效果,其原因不再多述。
  另一种形式是油箱上的冷凝水。油箱上部通人气,空气中的水分可能在油箱内壁形成冷凝水。如果条件允许,可在油箱进气口中添加空气滤清器滤器。一般这种滤器采用硅胶作为吸水物,可根据硅胶的颜色和性状,判断吸收水分的多少。如果出现硅胶的变化,要及时进行更换。
  性能状态良好的硅胶颗粒,外观呈亮丽光泽,颗粒饱满无粘连现象;性能接近失效的硅胶颗粒颜色呈浅红色甚至是灰色或无色透明,色泽暗淡,光泽度较差。在恶劣的使用环境中甚至可以出现粘连甚至结块现象。此时需要及时更换空气滤清器内的硅胶颗粒;变色的硅胶颗粒干燥脱水处理后,可重夏利用,但需关注其使用周期。
  油箱中水的最简单,但是最常用的的防止方法是定期对油箱进行放残,并观察放残情况。尤其是系统停用较长时间后。

5 气体污染的控制


  气体污染土要是空气污染,空气中成分复杂,其中包含水和颗粒污染物,这种空气中的水分和固体污染物视为液体和固体污染原理同上。本节主要讨论空气中的气体成分造成的污染。
  如果混入气体不溶解于油液中,会以气泡形态悬浮于油液中,致使油液的体积弹性模量急剧下降。使系统的弹性模量人幅下降,压力传递减慢,噪音增人。油液的性质及油液与气体的接触及搅动情况决定了其混入量。   油液中空气是由外界气体混入和油液中溶入气体析出而形成的。溶解的气体几乎不改变油液的性质,当压力降低到空气分离压以下时,溶入的气体将从自油液中析出,以气相状态存在。这种析出过程较慢,可达十几秒之久。回油管路如果设计的过短,回油时间短,可能不会使得气体充分析出,会影响系统的性能,这时需要加粗回油管使液压油的弹性模量充分恢复。如果系统弹性模量小,噪声人,这也是原因之一。油液溶解和析出气体的控制主要靠系统温度和压力的控制来实现。对开式系统,这种过程难以避免,对闭式系统,油液和外界是隔离的,可以控制这个问题。
  空气混入的问题是需要严加控制的,其原因总结如下。
  (1)回油涡流人,一般是回油管中油液流速过快,高速油液冲击引起油箱中的油液剧烈搅动造成的。
  (2)气动装置串气、漏气。因为气动系统的压力比较高,是特定时间和地点高于液压系统的压力,造成系统进气,主要是蓄能器的氮气进入系统。
  (3)从吸入管路的密封、接头处吸入系统。如油箱中油液液而过低、泵吸油位置过高、过滤器容量太小或堵塞、管内流速高等原因,泵的吸油口和管路局部压力低于人气压(高于空气分离压),外界空气在人气压作用下通过接头等进入系统中。
  空气析出的原因如下。
  (1)节流气穴。油液通过阀口、阻尼孔时,由于射流的收缩和重新附壁,在重新附壁前往往形成一个低压区,溶入气体将从油液中析出,产生气穴现象。
  (2)当油泵吸口处的压力或管路的局部压力达到或低于空气分离压时,溶入气体将从油液中析出。
  预防的方法:
  从上而分析可知,要控制空气污染,在设计、使用时应注意以下五方面。
  (1)合理设计和布置管路。管路直径要根据管内流速推荐值来取定;尽量减少系统中管路弯头及弯曲管路;油泵的吸油高度不能太高;油泵位置要靠近油箱,避免吸油管路过长;管路吸口要低于油箱最低液位,管口距油箱底而高度一般以管路直径两倍为宜。
  (2)合理设计油箱结构。回油管要以45。的斜切口而朝箱壁并靠近箱壁插入油液中,回油管要避开液压泵的吸入管路,并在回油管与液压泵的吸入口间要设置间隔板,从而增加气泡从油液中分离的时间。
  (3)为有效防止节流气穴的产生,系统中节流口的前后压力差不应过人。
  (4)油箱中的油液要保持处于正常油位。过高的液位容易造成油液中析出的气泡来不及从油箱底部上升到上部。同时注意控制油温,油温过高会加速油液的氧化,油温过低黏度过人,会造成摩擦损失增人的同时电会使油液中的气体不能正常排出。
  (5)应定期紧固系统中所有油管接头,连接处应保证密封良好。

6 结束语


  一般情况下液压油可使用多年,但当混入其他油品、粉尘、水、金属颗粒等造成液压油污染时,会造成液压油寿命的急剧缩短。光靠换油是不能从根本上解决液壓油清洁度的问题,会陷入换油一污染.再换油.再污染的恶性循环中,没有解决问题,还造成的资源的浪费,这种粗放的管理方式是不可取的。液压油就相当于血液,油液污染会引起整个系统的瘫痪,因此防止油液污染就显得尤为重要,应从液压系统全链条的管控来控制液压油的污染,如优化液压系统设计、加强液压油的运输、储藏、使用的过程管理等,定期对液压系统中液压油进行采样化验,确保液压油各项性能指标达到使用要求,将液压油污染造成的故障概率降到最低,从而保证液压系统高效稳定的运行,在创造效益的同时确保船舶安全。
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