主机润滑系统串油流体理论和检验

刘 锋

（山东省济南船舶技术服务中心，济南 250000）

0 引言

现有主机润滑系统串油工艺的研究主要集中对主要串油参数的选择。串油初步验收依靠目视观察滤纸，最终验收过度依赖润滑油颗粒度数值测量结果，缺乏对串油流体理论的研究。某船厂出现过目视观察滤纸和润滑油颗粒度数值测试均合格，而系统杂质未串洗干净，试航后拆解轴承发现较多金属颗粒，轴瓦烧蚀。追溯原因是人员因疲劳不按照作业指导书敲击管路，以及振动器不及时更换位置，现场管理人员对串油困难背后的流体理论不了解，进而导致管理松懈。本文从串油流体理论本质研究出发，探讨提高润滑系统串油清洁度的措施，对验收方法进行优化，确保主机润滑系统的清洁度。

1 串油流体理论

从流体力学分析，如果润滑油管路内壁绝对光滑，润滑油本身没有黏性，那么管道截面上的每一点的流速都是相等的。实际情况是，管路内壁是有粗糙度的，润滑油也有一定的黏性，这就导致紧靠管路内壁处的串油流体速度趋于零，管路中心的速度最大，杂质容易在管路内壁聚集，如果不采取一定的措施，润滑油管路中的杂质即便经过长期串洗也会有相当一部分留存在管壁上以及管与管之间的法兰垫片等形成的狭小空间内，若没有振动器等外界因素影响，此时会出现串油假合格现象。在船舶投入航行后，这些杂质会随着机器振动等流向主机轴承等各个子润滑系统，最终导致润滑系统失效。

通过分析串油流体理论，为了获得较高的串油清洁度，核心任务是采取必要措施使聚集在管壁和狭小空间的杂质充分串洗出来。

2 润滑系统杂质的来源和润滑失效模式

润滑油经过管路从存储的滑油循环舱输送到主机润滑子系统，因此润滑系统杂质主要来自主滑油管路和滑油循环舱制作过程中所产生的毛刺、焊渣以及转运存储过程中的锈蚀和安装过程遗落的其他杂质。

管子制作过程中，管子与连接件焊接会产生大量的焊渣和飞溅物，通过打磨和表面处理可去除大部分的焊渣和飞溅物，但狭小的管内空间不利于打磨作业，经表面处理后的管子仍然残留部分焊渣和飞溅物附着在管内。

润滑油中的杂质破坏油膜的形成，2个金属表面也受到严重损伤，从而金属表面接触产生干摩擦，使部件快速磨损，金属表面发热以致咬死或烧熔，导致柴油机严重损坏。

3 提高串油清洁度措施

3.1 管路设计和制作工艺优化

部分管路因为空间狭小，很难进行有效的打磨作业，特别是在弯头处，如果采用焊接工艺，产生的焊渣和飞溅物甚至无法打磨到。因此对管路的设计和制作工艺进行优化对于减少润滑系统本身自带的杂质和提升后期串油效率具有重要作用。

管路设计时，尽可能减少焊接成型弯头，最好采用弯管，所有焊缝必须能够从管段检查和处理。管子焊接前坡口使用自动坡口机处理，对接焊缝采用氩弧焊接方式。氩弧焊接背面充氩气，避免管道内空气影响焊缝，同时氩气拖住熔池形成单面焊双面成型，减少焊渣和飞溅物。

滑油管路焊接成品后并不会马上装船使用，还要经过化学酸洗除油、除锈、磷化处理和涂油保养等表面处理，这些处理会进一步减少管路内杂质并起到防锈作用，在管路转运保存过程中起到保护作用。

3.2 密封垫片设计优化

润滑油系统2个管路之间一般采用法兰连接，2个法兰之间采用密封垫片进行密封。常用管路垫片选型为密封垫片，内径大于管路内径，反之，密封垫片伸入管路内，造成管路系统运作阻力增大，同时容易损坏密封垫片造成泄漏。但是，这种选型方式导致密封垫片和2个法兰端面之间形成一个环状的狭小空间，容易藏纳管路的焊渣等杂质，不利于串油。

为了解决这个问题，在润滑油系统密封垫片的设计上进行优化，使密封垫片的内径跟管路内径尽量接近，尽可能减小藏污空间。考虑到密封垫片安装便利性和定位准确性，密封垫片外径设计要尽可能接近连接螺栓，这样现场安装不会产生太大的偏移，配合涂抹辅助油方便定位，保证密封垫片不因内径扩大设计而遮挡管路。

3.3 串油过程增加流体扰动

对于靠近管壁流速趋近零而聚集的杂质，可以增加流体扰动，使杂质随流体扰动脱离管壁，再经过滤网过滤进行去除。

实践中增加流体扰动的常用方式是管路振动器或人工敲击，这一步骤是确保串油清洁度的关键，相关人员必须提高流体理论认知，加强现场管理，切实做到按照作业指导书，保证管路振动器的输入气压不低于标准，按时更换管路振动器位置，按要求释放部分管路禁锢装置，对于管路振动器无法触及的位置，采用人工敲击。

此外，开双泵进行串油可以在原来单泵的基础上大大提高紊流系数（雷诺数），更有效地冲洗管路内的杂质。

3.4 串油温度确定

润滑油温度的确定需要计算雷诺数，主机厂商推荐理论计算的雷诺数必须大于3 000。雷诺数=管径×流速×流体密度/流体黏度。例如，某船在管子流速和管子通径不可改变的情况下，控制串油温度大于40 ℃，滑油所对应的黏度即可满足主机厂商推荐的雷诺系数大于3 000的要求。

在管径和流速已定、流体密度随温度变化不大的情况下，流体黏度随温度升高而降低。分析雷诺数公式可以发现，提高温度可以提高雷诺数。但是不宜过高提高温度，因为黏度过低不利于流体粘走附着在管路壁上的杂质。大量实践验证，润滑油的最佳温度应为60 ℃，具有较高的效率和清洁度。

4 串油检验要点

4.1 串油前盲板检查

主机内部串油已在主机厂车间完成，各润滑子系统都清洁干净，满足标准。后续外部管路串油前如果作业不当，检查不足，可能出现外部管路与主机相连的法兰接口没有完全使用盲板封死。如果发生这种情况，外部串油的焊渣等金属杂质会进入主机轴承等子润滑系统。在主机运行时，阻塞内部润滑油通道或嵌入轴承缝隙，导致润滑失效，烧蚀轴承，损坏主机。

为了避免上述情况发生，串油作业前，需要根据主机说明书确定盲板位置、大小和数量，并且外部串油封堵方案须征得主机厂商同意。现场检验时，按照认可的封堵方案须对盲板位置、大小和数量一一进行核对。

4.2 串油验收时增大紊流

通过分析流体理论，可以在验收时通过一定的操作增大紊流，提高雷诺数，把附着在润滑油管路内壁的杂质冲洗出来，这样可以有效避免串油假合格现象。

具体常用做法是，在靠近过滤器的管路上设置阀门，在串油泵运行时，对阀门进行快速关闭-开启-关闭的短时循环操作。在泵运行的作用下，管路内会产生较大的冲击波，形成较大紊流。关闭泵后，检查滤网和磁棒是否出现大量杂质增多现象，如有，说明串油仍不充分。操作过程中注意不要将阀门完全关死，防止损坏泵组。

4.3 验收标准

最终验收时，滤纸要换成10 µm（约1 200目），滤纸目视没有杂质。油样颗粒度分析结果不超过ISO 4406标准19/15等级。

5 结论

本文说明了串油背后的流体理论基础，通过验收时手动快速反复操作阀门关闭和开启，形成冲击波，带出附着在管路内壁的杂质，解决串油假合格这一实际问题。

提高串油清洁度的措施，实质是提高雷诺数和减少系统本身杂质以及减小藏纳杂质空间。

为了提高雷诺数，在管路中设置振动器；使用双泵代替单泵；在合理范围提高温度。

为了减少系统本身杂质以及减小藏纳杂质空间，对管路设计和制作工艺进行优化，并提出密封垫片设计的新思路。