舵机液压油乳化分析与改进实例

    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发现，箱体内液由原先的澄清、浅黄色，变为浑浊乳白色。显然，这是一起典型的舵机液压乳化事故，必须将系统内油液全部换新，而不是部分换液，否则新添的加油液也将迅速乳化。
  
    （1）液压油乳化现象及危害
    乳化液生成的泡沫，不但影响系统压力的建立，同时还会引起液压冲击，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-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，由于乳化液粘度降低，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。此类现象在多条般舶上都曾经发生。
   
    （2）问题的分析和改进
    该轮船航行在无限航区，是万吨级船型，采用四缸柱塞往复式舵机，舵机转矩为800kN?m，，液压系统（30号涡轮机油）工作压力为21MPa，电动功率约为40kW。油箱容积为550L，油箱尺寸为700mm×700mm×700mm（二只）。系统散热采用在油箱中设20mm×600mm（直径×长度）的10根紫铜盘管，管内冷却海水压力为0.2MPa。规定油箱内油液温度高于60℃开启冷却器，系统温度低于15℃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的压力为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。例如在船舶主柴油机润滑油润滑系统中，运转中的润滑油压力应保持在0.15~0.4MPa之间，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之间，高于冷却器中冷却介质海水的压力（一般在0.18MPa以下）以防止海水漏入淡水，腐蚀缸套。因此，舵机液压系统中直接在油箱中设置高压海水冷却盘管的设计有待改进。不如用用扩大油箱容积，以增加散热的面积，并将油箱尽量设置在机舱抽风口，增加冷即介质的流速，彻底取消冷却盘管，杜绝海水进入油箱的可能性，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）时甚小，因而冷即器提前发生腐蚀的期限大大推迟，甚至可以在整个装置寿命期间内，不会发生海水日久侵蚀破坏产生泄漏，避免油液乳化。但实际上船舵机使用的情况是，因为舵机油箱温度计设在舵机舱的油箱上，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，变为长期工作则，热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个所谓的"开关量”型温度控制器，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较，可将损失降到最低程度。