透平发电机组滑油清洗设备循环泵设计

王凤辉，左勇胜，贺相军

（海洋石油工程股份有限公司，天津300451）

0 引言

滑油系统的清洗通常在发电机组启动调试前进行，清洗设备的选取直接影响到最终清洗效果。循环泵的选型设计是滑油清洗设备设计的核心，滑油清洗设备在设计时通常要考虑清洗管径的大小，清洗后滑油的清洁度，清洗时管内流体的雷诺数，滑油的温度以及常用润滑油的牌号等因素，由此来进行循环泵主要参数流量和压力的选取。

海上平台的主发电机组通常采用SOLAR透平发电机组，其技术规格书目前执行ISO4406污染度等级标准［1］，即采用颗粒计数法测量滑油清洁度，要求滑油系统在清洗后须达到ISO16／14／12等级：大于4μm的颗粒数320个／m～640个／ml；大于6μm的颗粒数80个／m～160个／ml；大于14μm的颗粒数20个／m～40个／ml。当连续循环清洗1小时，要求在100目的滤网上无固体颗粒残留。

1 影响滑油清洗的关键因素

1.1 雷诺数

式中：v为流体平均流速（m／s）；d为管内径（m）；υ为运动粘度（m2／s）。

油液清除管壁表面微粒的能力与作用在流体管壁界面上的有效能量成正比。流体内的剪应力τ由粘性剪应力τ1与附加剪应力τ2组成。紊流剪应力的半经验理论公式：

由公式（2）看出：当流体处于层流状态时，质点无混杂，故附加剪应力τ2不存在，管壁内表面只受到粘性剪应力的作用，当流体达到紊流状态，附加剪应力正比于速度梯度的平方，远远大于层流粘性剪应力，因此，为达到良好的清洗效果，清洗过程中管内流体必须保持在紊流状态。SOLAR透平发电机组技术规格书要求清洗管线内流体雷诺数要大于4 000。

1.2 清洗时滑油的温度

船舶行业标准CB／T 1102-2008《船用液压系统通用技术条件》［2］规定，对于液压管系投油清洗，油温受到清洗设备和用油的限制，最高油温不应超过规定值，推荐油温为50℃；对于液压系统投油清洗，油温应低于60℃。CB／T 3494-92《船用主机燃油机油日用系统管路冲洗技术条件》［3］规定，机油管路投油清洗的油温可加热至40℃～50℃。

2 循环泵流量设计

2.1 循环泵流量与雷诺数的关系

流体流量Q与流速v关系：

由式（1）（3）得流量与雷诺数关系：

2.2 润滑油的粘温关系

润滑油的粘度随温度升高而减小，粘度与温度的函数关系通常采用ASTM D341等标准使用的Walther修正公式：

式中：υ为运动粘度（mm2／s）；T 为绝对温度（K）；a、b为常数。

SOLAR透平发电机组通常采用的润滑油是壳牌汽轮机油Turbo T32和T46，海上平台常见的滑油系统管径为2寸。以粘度较大的Turbo T46为例计算循环泵的流量，40℃时运动粘度46mm2／s，100℃时运动粘度6.87mm2／s。

由式（5）可推算出Turbo T46粘温公式为：loglog（υ＋0.7）＝9.36-3.66logT，由此可计算Turbo T46 50℃时运动粘度为30.8mm2／s。当雷诺数达到4 000，滑油温度50℃时，由式（4）可计算出2寸标准管（STD）管路所需流量为18.3m3／h。

3 清洗管路压力损失计算

滑油清洗设备管路压力损失hw包括沿程阻力损失hf和局部阻力损失hj，即hw＝hf＋hj。

3.1 均匀流沿程损失通用公式：［4］

式中：λ为沿程阻力系数；l为管路长度（m）；d为管路内径（m）；V为流体平均流速（m／s）；g为重力加速度（m／s2。）。

当雷诺数Re＜1.0×105时，紊流光滑区沿程阻力系数采用布拉休斯（H.Blasuis）表达式［4］

雷诺数为4 000时，长度50m管径2寸的管路沿程损失由式（6）可计算沿程损失为10.7m。

3.2 局部损失通用公式

冲洗装置局部阻力损失主要为弯管损失和圆形渐扩管或圆形渐缩管损失，计算时可以根据工程实际假设清洗管路系统包含20个90°长半径弯头 （R＝1.5d），两个圆形渐扩管，两个圆形渐缩管（弯管的局部损失系数ζ＝0.158），由式（8）可计算出长度50m管径3寸的管路局部损失为0.9m。

因此滑油清洗设备管路压力损失为11.6m。

综上可知，清洗管路为2寸标准管（STD）所需泵体的流量至少为18.3m3／h，扬程至少为12m。

图1 滑油温度50℃，不同管径压力损失图

3.3 压力损失与管径的关系

由图1可知：雷诺数为一定值时，管径越小，压力损失越大；管径越大，则压力损失越小。管径一定时，雷诺数越大，压力损失越大。

4 结论

透平发电机组滑油清洗设备循环泵设计的核心参数是流量和压力。从影响滑油清洗效果的关键因素雷诺数和温度出发，详述了海上平台常用的SOLAR透平发电机组滑油系统清洗设备循环泵的参数设计计算方法，并以常用的汽轮机油Turbo T46为例，计算出2寸标准管（STD）管路清洗循环泵的流量和扬程，从而为今后工程设计人员从事滑油清洗设备设计提供了一种科学的设计方法。

［1］International Organization for Standardization.ISO 4406-1999Hydraulic fluid power-Fluids-Method for coding the level of contamination by solid particles［S］.Swizerland：ISO copyright office，1999.

［2］国防科学技术工业委员会.CB／T 1102-2008船用液压系统通用技术条件［S］.2008.

［3］中国船舶工业总公司.CB／T 3494-92船用主机燃油机油日用系统管路冲洗技术条件［S］.1992.

［4］李玉柱，苑明顺.流体力学［M］.北京：高等教育出版社，2008：135-170.