液压系统管路的循环冲洗

摘 要：介绍了液压系统管路循环冲洗的方法和步骤，并在实际生产维护中得到应用。经过严格的冲洗，可以减少和避免系统调试和早期运行中的故障，缩短系统的调试周期，减少损失，有效的提高了生产率。

关键词：管路循环冲洗；清洗工艺；可靠性；使用寿命；液压循环管路

作为自动化程度较高的铜板带材加工企业，液压系统的应用十分广泛。液压传动技术有其不可比拟的优点，但是，其抗污染能力低是比较突出的弱点。据有关资料，液压故障有70%～80%是由油液污染导致的。污染物混入液压系统后会加速液压元件的磨损、烧伤，甚至破坏，堵塞严重时会因阻力过大而将滤芯（网）击穿，完全丧失过滤作用，造成液压系统的恶性循环。

即使专业的安装维护人员处理不当也可能埋下故障隐患。管路冲洗的主要步骤为：循环酸洗、油冲洗和管路复原，下面主要对油冲洗进行说明。

一、 管路的循环冲洗

管路油冲洗是管路施工的重要环节。管路循环冲洗必须在管路酸洗和二次安装完毕后的较短时间内进行。目的是为了清除管路内在酸洗或安装过程中以及液压元件制造过程中遗落的机械杂质或其他微粒，达到液压系统正常运行时所需要的清洁度。

根据控制元件的不同，液压系统可分为伺服系统、比例系统和普通系统等。通常，伺服系统油液清洁度需达到NAS1638的5级要求；比例系统油液清洁度需达到NAS1638的7级要求；普通系统油液清洁度需达到NAS1638的9级要求。冲洗油一般采用专用洗油或与工作介质相同的液压油，冲洗时油液流速需为紊流状态（雷诺数Re>3000）

1.1 油冲洗的方式

油冲洗方式较常见的有站内循环冲洗、站外循环冲洗、管线外循环冲洗等。

1.2 循环冲洗主要工艺流程及参数

（1） 冲洗流量：视管径大小、回路形式进行计算，保证管路中油流成紊流状态，管内油流的流速应在3m/s以上。

（2） 冲洗压力：冲洗时，压力为0.3-0.5MPa，每间隔2小时升压一次，压力为1.5-2MPa，运行15-30分钟，再恢复低压冲洗状态，从而加强冲洗效果。

（3） 冲洗温度：用加热器将油箱内油温加热到40-60℃，冬季施工油温可提高到80℃，通过提高冲洗温度能够缩短循环冲洗时间。

（4） 振动：为彻底清除粘附在管壁上的氧化铁皮等杂质，在冲洗过程中每间隔3-4小时用木锤、铜锤、橡胶锤或使用震动器沿管线从头至尾进行敲打震动。重点敲打焊缝、法兰、变径、弯头及三通等部位。敲打时要环绕管壁四周均匀进行，不得伤害管子外表面。一般的，震动器的频率为50-60Hz，振幅为1.5-3mm为宜。[3]

（5） 充气：为了进一步加强冲洗效果，可向管内充入0.4-0.5MPa的压缩空气，造成管内冲洗油的紊流状态涡流，充分搅起杂质，增强冲洗效果。每班可充气两次，每次8-10min。空气压缩机出口处要装有精度较高的过滤器。

某单位在某进口轧机液压系统管路冲洗中，安装人员用外接总排量为1400L/min的CB齿轮泵对管路进行冲洗，额定压力为2.5Mpa，溢流阀设定为3MPa，油液温度约40℃， 在线式冲洗，用冲洗板将各种控制阀短接，将执行元件用胶管接成短路，用VG46液压油冲洗480小时，并不断更换滤芯，油液最终颗粒度达到NAS 5级 满足设备要求，但是依然存在冲洗不彻底的问题。

安装人员认为流量决定了流速，只要有流量流速就能保证，和泵的压力无关，这就是理解误区。

液体从一个表面冲走颗粒并携带至下游的能力正比于液体在元件表面的能量的大小。在层流流动中，元件的表面有一个液体的稳态层，作用于元件表面的作用力很小，从液流研究中得到的实验数据表明，液体中流速各不相同，液体中心的速度最高，管壁出液体流速为零。如果一个颗粒太小而潜入层流边层（速度为零、靠近液体表面的静止层），则通过冲洗就不能将其除去。要除去一个颗粒，该颗粒直径就应该是层流边层厚度的两倍

综上所述要提高冲洗效率，采用紊流冲洗是最有效的，剧烈的紊流能够减小层流层的厚度并冲刷管壁，将颗粒卷走。

紊流程度的大小由雷偌数决定：

雷诺数（Re）的公式：Re=1000Vd/ν

式中：V―流速（m/s）；

d―管内径（mm）；

ν―液压油的运动黏度（mm2/s）；如VG46号液压油在40oC下黏度为46 mm2/s。

摩擦系数（λ）的公式：λ=0.3164*Re-0.25，

式中：Re介于2300～10000（光滑金属圆管）之间。

压差（Pa）的公式：p=V2*λ*L*ρ/（2*D），

式中：p ―压差（Mpa）；

L―管路长度（m）；

ρ―液压油密度（870～900kg/m3）；

v―平均流速；

对于光滑金属管，紊流需要Re2300

对于前述的液压系统，参数如下：

泵理论流量Q：1400L/min；

管径d：最大Ф90mm

长度L―10m（直管，不考虑分管和弯头压力损失）；

油粘度υ―46mm2/s（40℃时VG46机械油）；

油密度ρ―900kg/m3。

由公式 ： 雷诺系数 Re=1000Vd/υ=21.22Q/1000dυ （1）

摩擦系数 λ=0.3164/Re0.25 （2）

式中 v――液压油在管道中的流速m/s；

V= Q10-3 /60 = 21.22Q/d2 = 3.67m/S

3.1416d2 10 -6/4

代入数据，得Re为7180，λ为0.0344。

管路的沿程压力损失：

ΔP =ρgλLV2/（D2g） （3）

得理论ΔP =23.2 Mpa3Mpa

变换（3）式，计算该系统要达到紊流冲洗所必须具备的冲洗压力，选取雷诺数Re为2300，代入（2）式，得λ为 0.0457。根据（1）式，得速度V=1.2m/s，则依（3）式ΔP=3.29MPa，这就是紊流冲洗的最低冲洗压力，低于该压力管路冲洗达不到紊流条件。达到紊流的最小流量为Q=Vd 2/21.22=458 L/min就够了，当冲洗Ф90管路，冲洗压力超过3MPa时，部分流量要通过溢流阀流回油箱。实际冲洗Ф90管路时泵压只有1Mpa左右，没能达到紊流条件，所以说虽然油液最终颗粒度达到NAS 5级 满足了设备要求，但是冲洗管路不彻底，只是把油液清洁度提高了。

下来再看小管径的冲洗：

取小管径d=Ф20mm，L=100m，Re=2300其余不变，计算得

得λ= 0.0457，V=5.29m/S，

最小压差 ΔP=ρ（0.3164/Re0.25）L（Reυ/1000d）2/2d =2877.5 Mpa

这显然无法达到，所以有

由ΔP=ρ（0.3164/Re0.25）L（Reυ/1000d）2/2d 化简得

ΔP=1.58×10-7×ρRe+1.75Lυ2/d3

当Re=2300，ρ为定值时，由上可见减小管路长度L，和运动粘度υ可以减小最低冲洗压力ΔP，尤其是υ的降低可以更显著地降低ΔP，降低υ可以通过加温实现。提高系统的油温，雷诺数可提高几倍甚至十几倍。升温可通过电加热器进行，也可采用系统调压阀循环加热。当油温达60℃以后停止加热，向系统供压油进行冲洗。降至常温后再升温，整个冲洗过程油温与时间关系见图1。

图1 高温冲洗曲线

由以上计算可知，对小管径而言，要保证冲洗在紊流状态下进行就必须提高系统的冲洗压力和介质的温度。加温和高压是大流量（紊流）的必要条件。同时在冲洗过程中，还要周期性的反复升降力，以产生冲击，冲掉附着在管道内壁的杂物。为了提高冲洗效果，在冲洗过程中的液压泵以间歇运动为佳，其间歇时间一般为10～30分钟，可在这一间歇时间内检测冲洗效果。在冲洗过程中，为了有利于管内壁上的附着物脱落，可以用木棒或橡皮锤等非金属锤轻轻敲击管道，可连续或间歇地敲击。

冲洗过程中还应该注意以下事项：

（1）油箱使用前用半干面团清洁，油箱要封闭，减少现场空气中颗粒进入油箱的机会；

（2）向油箱中加入冲洗油时应使用带过滤器的加油小车，以滤除桶装油中的污染物；

（3）更换滤芯时暂停冲洗泵，注意不要带入杂质；

（4）对排空和排污要定期进行，以确保系统充满，并及时排出气体和污染物；

（5）在冲洗的前期，油中水分蒸发很重要，在冲洗油箱上应有蒸汽逸出的窗口；

（6）冲洗合格后在抽出冲洗油、管线使用前要注意保护，以免污染物进入系统。

系统冲洗后即可将所有元件、管道按要求连成工作回路。此过程要特别注意管接头的清洁，连接完毕后尽量避免拆卸，必要时要注意用干净的布包扎好，确保管接头、管口不受污染。

三、 总 结

液压系统的污染控制贯穿于整个加工及组装过程，要求操作者每一步都要采取保洁措施，最大限度地降低液压系统污染，确保液压系统能够安全、可靠地运行。任何抱有侥幸心理而放弃清洗和不当的方法都会对设备带来致命的损害。经过严格的冲洗后，可以减少和避免系统调试和早期运行中的故障，缩短系统的调试周期，减少不必要的损失。但是，系统的污染控制是一个不断进行的过程，不可能一劳永逸，在系统的运行期间还要定期检测油液状态，并控制污染物使其保证在系统允许的清洁度范围内。

参考文献

[1] 成大先.机械设计手册（第4版）[M].北京：化学工业出版社，2002.

[2] 路甬祥.液压气动手册[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3] 何席兵.液压系统管路酸洗处理工艺[J].人民长江，2008，39（10）：37-38.