舱口盖液压系统投油机选型及油量计算与分析

宋 微，范家玮

（上海外高桥造船海洋工程设计有限公司设计三所，上海 200137）

舱口盖液压系统投油机选型及油量计算与分析

宋 微，范家玮

（上海外高桥造船海洋工程设计有限公司设计三所，上海 200137）

主要阐述了舱口盖液压系统投油的原理，基于液体达到紊流状态时分两种情况对油液的温度与投油泵组的流量做了详细计算和分析，并给出了舱口盖液压系统投油设备的选型建议。最后对舱口盖液压系统投油用油量提出了确定方法。

投油设备；温度；流量；油量

0 引言

散货船、矿砂船、多用途船以及小型集装箱船舱口盖通常采用液压控制。在舱口盖液压系统操作和投入使用之前，液压管内的投油清洗是非常重要的一环。

宜使用合适的投油泵组对系统进行投油。投油泵组的流量与油箱容量的选择是投油机的两个重要参数，它们不仅决定了系统投油后的管路清洁度，也决定了系统投油所需的用油量，对设计人员购买投油用油量和现场实际投油用油量起到一个明确的导向作用。

1 舱口盖液压系统投油概述

1.1 目的和检验

投油清洗的目的是为了清除在安装过程中进入舱口盖液压管内部的污染物，包括焊接飞溅、焊药、油漆、铁锈和灰尘。管系投油工作必须在舱口盖液压系统调试前结束，并且最终取样油液需达到厂家推荐的清洁度标准[1]。以176KBC系列船和180KBC系列船为例，厂家TTS通常建议清洁度达到IS0440617/14，即NAS 1638标准8级[2]，此时才算实现投油的目的。规范且有效的投油才能低成本、高效率地达到系统投油目的。

1.2 投油原理

按照图1和图2所示的舱口盖液压原理，将舱口盖液压管安装完整后，即可准备开展投油工作。投油工作开始前，需将舱口盖液压系统中的阀组、马达和油缸等部件用临时管跨接，将其分离出系统，再将需要投油清洗的管路分成数个串联或并联的回路进行投油作业[2]。以180KBC Cargill系列船为例，投油工作在船上进行，整个舱口盖液压系统被划分为10个回路，其中9个舱口盖各划分为一个回路，贯通主甲板的液压总管为一个回路，详见图3和图4。

图1 舱口盖液压原理1

图2 舱口盖液压原理2

图3 舱口盖周围管系投油跨接管连接示意图

2 舱口盖液压系统投油流量计算与分析

2.1 投油介质与油温

考虑到液压设备的制造精度高，成本高，对油液的清洁度十分敏感，因此与主机不同，投油时不考虑使用再生油进行投油，需要使用系统用油。以180KBC Cargill系列船为例，系统用油选用的是 CASTROL Hyspin AWH-M32，其在40℃时粘度为32cSt。那么投油用油应与其一致。投油的油温应由所用油的牌号性能而定，一般控制在40℃～55℃之间，对于矿物系统油系统合理的最高温度是 55℃，而对于水基乳化油和水乙二醇系统则为40℃[4]。

图4 NO.1～NO.9舱口盖主管路投油跨接管连接示意

2.2 参数计算

舱口盖液压系统投油时油液至少要达到紊流状态，才能达到理想的投油效果。液体的流动状态由雷诺数Re来判定。根据厂家建议，雷诺数Re=3000是投油时Re所需达到的最小值[2]。

其中，Q为流量，l/min；Ren为雷诺数，n；di为管子内径，mm；v为运动粘度，mm2/s；V为流速，m/s。

NO.X舱口盖周围液压管TRIBON模型如图5所示。

图5 NO.X舱口盖周围液压管TRIBON模型

以180KBC Cargill系列为例，根据舱口盖液压原理图（见图1），最大管子内径di为φ29mm。雷诺数按照最小值Ren=3000，π≈3.14。根据船厂实际情况，投油泵组排量和油液温度的确定大致可分为两种情况，以下将对这两种情况进行具体阐述。

2.2.1 投油设备的泵的排量已确定

当船厂投油设备事先已采购好，作为固定资产，结合控制成本，综合考虑，通常不会轻易因为某些特殊系统再采购新型号的投油设备的。以XXX船厂建造的散货船为例，其船装部目前拥有的投油机型号分别为JNCX-400，JNCX-700，JNCX-1500，JNCX-1800共4种型号。结合散货船舱口盖液压系统的特点，管径偏小(最大的管内径约29mm），被拆分后的管道长度不是很长，同时，投油机厂家设备资料中显示，型号为JNCX-400的投油机两台泵同时工作时，建议被冲洗的管路内径不小于38mm（具体视整条管路的压力损失）；管路过长时，应分段冲洗，以缩短被冲洗管道的长度降低管道阻力[6]。基于以上几点可以初步判定选用厂里现有的排量最小的JNCX-400型投油机就可以满足舱口盖系统的投油工作需求。JNCX-400其公称流量为460l/min(二台)，油箱容积1900L。根据舱口盖厂家TTS对投油设备油箱容积的要求“油箱的容积至少为投油泵每分钟输出容积的三倍，最好大于参与投油的管系体积的总和[5]。”下面将通过计算来验证JNCX-400型投油机是否满足厂家TTS对油箱容积的要求。

a）油箱容积与泵组排量对比。容积为1900L；泵组排量为460l/min；460×3=1380＜1900。

b）计算单只舱口盖液压系统管系容积。

管子容积计算公式为：

式中，π≈3.14；r为管子半径，mm；L为管子长度，mm。

利用TRIBON抽取NO.8 hatch cover各规格液压管长度，如表1所示。

表1 利用TRIBON抽取NO.8舱口盖各规格液压管参数表

将表格中数据代入公式（3），可得：

V=3.14×(72×42667.39+7.52×205460.78+122×16989.05+14.52×17011.7)=61766952.9054（mm3），约合 62L。

因此油箱容积远大于参与投油的管系容积的总和。满足。

根据a）和b）的计算结果，JNCX-400满足单只舱口盖投油需求。

c）计算油液运动粘度v。

将Q=460（l/min）代入公式（1），可得：v=112.258（mm2/s）。

查图6运动粘度-温度图，可得油液温度t=13（℃），也就是说，在使用JNCX-400的投油机组对单只舱口盖液压管进行投油作业，油液达到紊流时，油液温度已经远远小于投油工艺要求。而据前面所述，液压油投油时的合理温度应该控制在40℃～55℃之间，因此需要采用额外的加热器，以使油液的温度尽可能地上升至要求范围内。根据公式（1）和图6可知投油流量与温度成反比，选择了流量偏大的投油机组，油液温度在理论上是可以降低的，而为了满足常规投油工艺要求，即油温在40℃～55℃之间，此时的理论油温需继续提高，那么投油机的流量就可以降低，否则使用460l/min的投油机等于是能源过剩。其过大的油箱容积和流量会导致使用成本的增加。

2.2.2 投油用油液温度已确定

有些系统投油之前，船东往往需要提供给他一份该系统的投油工艺，工艺中的内容通常包括投油时油温的范围。也就是说，当进行投油时，油液温度是必须控制在这个范围内的。据前面2.1节提及的，假定油温取中间值45℃（如果有编制投油工艺，具体以投油工艺中的要求为准）。查图6可得：v=27.5（mm2/s），将该值代入公式（1）得到：Q≈113（l/min）。也就是说，对单只舱口盖液压管投油，油液达到紊流时，投油设备的泵组的流量至少为113l/min。此时油液的流速，根据公式（2）可得到：V≈2.853（m/s）。

180KBC cargill系列舱口盖液压系统正常运行时，2台泵同时工作，排量为（2×26）l/min。工作温度为15℃～40℃。下面计算系统正常运行时管子内的流速、运动粘度。

根据公式（2）得到：V≈1.313（m/s）

查图6，温度取中间值25℃，得到：v=60（mm2/s）。

根据雷诺数计算公式Re=V×di/v，将以上计算得到的V和v值分别代入，得到：

传统文论关于“正读”已经积累了系统化的理论，然而随着文学及阐释的多元化倾向的日益明显，新出现的文学创作及批评现象中，误读取代正读成为阅读的代名词，传统追求确定意义的阅读观念已经不能完全适用于新型的文学研究现象。文学的更新发展需要意义的不断增殖，也需要理论的“反躬自省”，误读理论这种批评方法需要有一个“元批评”(metacriticism)[20]的视角，也就是说对误读本身进行误读，对误读的原则方法进行批判辩论，这样才能永葆理论批判的生命力，本文从马克思主义“文学生产”的角度对“误读理论”进行关照，目的是考察文学的审美性和意识形态之间的关系，提出文学的审美性和意识形态之间应时刻保持适度的张力。

清洗时：Re≈3009；正常运行时：Re≈635

通常液压油冲洗时，要求冲洗时的雷诺数大于或等于1.2倍的正常运行时的雷诺数，且至少为紊流，即至少为3000，才可以有效冲走管子内的颗粒。根据以上计算结果，满足此要求。也就是说，再次验证了泵组的流量为113 l/min 是单只舱口盖液压管能实现有效投油的最小流量。

图6 运动粘度-温度对照图

3 舱口盖液压系统投油设备选型

投油设备由泵、油箱、滤器和软管等组成。确定了前3个参数，舱口盖液压系统的投油设备基本就确定了。

3.1 泵

据1.2所述，180KBC Cargill系列舱口盖投油分1个主回路，9个支回路。其中支回路即单只舱口盖的投油，根据2.2.2的分析结果，泵组最小流量为113 l/min。很显然，主回路投油的环境条件与支回路是一样的，因此2.2.2的分析结果同样适用于主回路投油。即泵组的最小流量是113l/min。

3.2 油箱

前文已经提到了舱口盖厂家TTS对舱口盖液压系统投油设备油箱容量的建议，下面将就这两点建议进行验证。

3.2.1 满足“油箱的容积至少为投油泵每分钟输出容积的三倍[6]”

根据3.1分析结果，可初步得到投油设备的油箱容积至少为：W=113×3=339（L）

3.2.2 满足“最好大于参与投油的管系体积总和[6]”

根据2.2.1节b）的分析，单只舱口盖液压管系的容积约为62L。

根据图4所示主回路即NO.1～NO.9舱口盖主管路投油跨接管连接图，可得不同规格液压管参数，如表2所示。

表2 不同规格管子的半径与长度参数表

取π≈3.14，将表2中数据代入公式（3），可得：

因此投油设备油箱的容积最小为339L。

3.3 滤器

选择滤器主要考虑三个方面的问题，即过滤精度、流通能力和耐压情况。耐压情况可根据系统的工作压力来考虑，比较简单。过滤精度与滤器通过流量无固定的比例关系，一般来说，过滤精度越高，其通过的流量越小。舱口盖液压系统投油设备所用滤器的过滤精度可不需船厂技术人员去考虑，厂家的设备资料对滤器的过滤精度有推荐[7]，如180KBC Cargill系列，厂家建议建议过滤精度至少达到10微米。这里讨论下滤器的流通能力。

滤器的流通能力由系统中流过该滤器的最大流量来决定，但这并不意味着只要按照系统的流量选择相当的滤器就行了，因为通过滤器的流量与诸多因素有关。通常情况下，滤器使用一段时间后，滤孔尺寸会变小，使通过滤器的流量变小，滤器进出口压差增大，可能会破坏滤芯[7]。所以选择滤器时，要在最大流量基础上加一定余量，使滤器的原始压差不至过高。

4 确定系统投油用油量的基本依据

对于船用舱口盖液压系统而言，投油用油量大致由使用的投油设备，管路跨接方式以及必要的油料损耗决定。

4.1 低位报警对油量的影响

投油设备的油箱低位报警和容积对投油用油量有影响。油箱设置低位报警通常是为了防止当油量过低时，泵空转造成对投油机组的损坏。低位报警的高度可从投油设备厂家的资料中查到。油箱的尺寸和容积也可从厂家资料中查到。结合低位报警和油箱容积可计算出油箱在不发生低位报警时所需注入的最少油量。

4.2 管路跨接方式对油量的影响

管路跨接方式对投油用油量有影响。管系在投油时，管系内部要时刻充满油。管路通常是串联起来进行投油，有时由于管径过小，投油机流量偏大，可考虑多管并联冲洗。因此需要根据管路的跨接方式，计算出投油管路的总容积，该值为投油时必须保证的最小油量。具体的方法及计算公式在2.2.1b)中有提及。

4.3 必要的油量损耗

在投油过程中要经常检查和处理滤器污染情况。即时更换滤纸及清洗滤器会产生一定的油量损耗。因此在考虑舱口盖液压系统投油用油量时，可根据2种情况考虑。一是船厂利用已有投油设备，不准备再另外采购的情况下，将4.1～4.3的因素结合做和，再按照工业安全余量系数0.2放出余量即可。但是这种情况往往因为投油机组在采购的初期并未考虑到针对某个被投油系统的特点，投油机组流量大，油箱大，低位报警高等因素，投油用油投入量偏大。二是船厂根据主要建造船型及相应需要投油的系统的特点，针对性地采购投油机，所选择的投油机的主要参数的计算方法可参考第 3部分的描述，同时将算出的数据提供给厂家，与厂家进行充分沟通，最终把投油机各项参数定下来，这样在以后系统投油时可有效的降低投油用量。

5 结论

根据舱口盖液压系统投油对流量和温度的要求，结合粘度-温度变化曲线以及管路的跨接方式，阐述了如何选择合适的投油机组，包括投油机组的流量和油箱容积的计算方法，以及滤器的选取，进一步说明了舱口盖液压系统投油时需注入油箱的最少油量。这对散货船、矿砂船、多用途船等船型的舱口盖液压系统投油时，投油设备的选择和油量设计定额的确定指出了方法，同时可大大缩短投油时间，提高投油质量，对现场施工人员投油时的油箱注油量也有指导意义，从而为企业降本增效。

[1]章炜樑.许正权.船舶管系工[M].北京:国防工业出版社,2008.

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[5]肖庆荣 黎明液压JNCX-400油路清洗过滤装置说明书[Z].2013.

[6]张亮.TTS矿物油液压系统投油指导说明书[Z].2013.

[7]熊顺源,付苓.液压系统滤油器的选择[J].中国水运,1998(4):23.

Type Selection of Flushing Equipment and Calculation & Analysis of Oil Amount for Hydraulic System of Hatch Cover

SONG Wei,FAN Jia-wei
(Design Dept.No.3,Shanghai Waigaoqiao Shipbuilding & Offshore Engineering Design Co.,Ltd.,Shanghai 200137,China)

This paper mainly expounds the flushing principle of hydraulic system for hatch cover.When the hydraulic oil achieves turbulent state,calculation and analysis are made for oil temperature and displacement of flushing pump in two situations respectively.The type selection of flushing equipment is proposed in this paper.The exact method for flushing oil amount is also put forward in the end.

flushing equipment; temperature; flow capacity; oil amount

U671.91

A

10.16443/j.cnki.31-1420.2015.05.007

宋微（1982-），女，工程师。研究方向：船舶管系设计及配建。