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船舶设备液压故障诊断与维修_液压舵机液压油乳化故障

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船舶设备液压故障诊断与维修_液压舵机液压油乳化故障

(1)液压油乳化现象及危害

某科学观察船航行于大洋,机舱值班员巡视舵机舱时,从油箱液位指示窗口异常地发现,箱体内油液由原先的澄清、浅黄色,变为浑浊、乳白色。显见,这是一起典型的舵机液压乳化事故,必须将系统内的油液全部换新,而不是部分换液,否则将使新添加的油液也迅速乳化。乳化液生成的泡沫,不但影响系统压力的建立,同时会引起液压冲击,致使舵机失效。再则油液乳化后,不溶性杂质悬浮在乳化液中,污损摩擦表面。而电动一液压型舵装置中,泵、马达、转舵机构多为机床加工精度和配合精度很高的精密偶件,由于乳化液黏度降低,运动副间难于建立油膜,必然使偶件部件摩擦损耗加剧。再加上乳化液中水分对机件的锈蚀,长此,势必会使精密偶件永远失效。

液压系统中,液压油含水量应<0.025%。系统中漏入较多量水(尤其是海水),与油液混合进入系统,经搅拌和挤压后,是产生油液乳化的直接原因。不难查找,该轮舵机液压系统进水,是因为设置在油箱中的海水冷却盘管渗漏引起的。此类现象在多条船舶上都曾经发生。

(2)问题的分析和改进

该轮航行于无限航区、万吨级船型,采用四缸柱塞往复式舵机,舵机扭矩800 kN·m,液压系统(30#透平油)工作压力为21MPa,电机功率约40kW。油箱容积550L,尺寸700×700×700(二只)。系统散热采用在油箱中设20×600(直径×长度)的10根紫铜盘管,管内冷却海水压力0.2MPa。规定油箱内油液温度高于60℃时开启冷却器,系统温度低于15℃时开启电加热器。以下问题,值得人们注意。

舵机液压系统中,无论开式或者半闭式系统,油箱总是与大气相通的,即舵机液压回路中,流经背压阀后的系统回油压力为大气压力。而油箱冷却盘管内海水压力为0.2MPa,即海水压力高于液压油压力。一旦盘管因腐蚀等原因发生渗漏,就不可避免地出现海水漏入油箱,发生液压油乳化事故。这种冷却系统的设计方法,违背了热交换器中,系统介质的工作压力应高于冷却介质压力的原则。例如船舶主柴油机滑油润滑系统中,运转中的滑油压力应保持在0.15~0.4MPa,高于海水压力,以防冷却器泄漏时,海水漏入滑油中;同理,主机缸套冷却淡水压力应保持在0.15~0.3MPa,高于冷却器中冷却介质海水压力(一般在0.18MPa以下),以防海水中漏入淡水,腐蚀缸套。因此,舵机液压系统直接在油箱中设置高压海水冷却盘管的设计有待改进。不如采用扩大油箱容积,以增加散热面积,并将油箱尽量设置在机舱抽风口,增加冷却介质流速,彻底取消冷却盘管,杜绝海水进入油箱的可能,防止液压油乳化现象和事故的发生。

按舵机使用说明书规定,当液压系统温度高于60℃时,再开启冷却系统。若严格遵循此原则,则海水冷却系统工作(指海水冷却盘管)总时间缩短,因而冷却器提前发生腐蚀的期限大大推迟,甚至在整个装置寿命期间内,不会发生海水日久侵蚀破坏产生漏泄,避免油液乳化。但实际上船舵机的使用情况是:因为舵机油箱温度计设在舵机舱油箱上,无延伸显示,冷却海水管路阀门启、闭为手动操作,值班员贪图省事,避免巡视和管理麻烦,因而让冷却系统常开启。结果冷却系统由设计时的短时间歇工作制,变为长期工作制,势必使盘管提前腐蚀破坏,油液乳化。

温度系统本身惯量大,待得到温度超限报警指令后,再手动开启阀门,也不致影响系统的温升。实现此方案,只需在油箱上增设一只所谓“开关量”型的温度控制器,将此开关量信号送机舱集控室,显示并报警。与配备海水冷却盘管备件的方案相比较,可将损失降到最低程度。