齿轮泵真空扫油装置的研制

毛红军，王丽红，陈启亮

（郑州铁路职业技术学院，1.副教授，2.讲师，河南 郑州 450052；3.武昌南机务段, 工程师，湖北 武汉 430064）

武昌南机务段配属各型内燃机车160多台，日燃油消耗量达300 t，日均有5个油罐车要往段油库卸油。一般情况下，卸完油后罐底还有50～80 L的余油，这部分油需要用真空装置吸出来，俗称扫油。目前，路内外各油库扫油采用最多的是水环式真空泵扫油装置，该种设备需水源支持，冬天谨防冰冻，需要有泵房，其安装条件和造价较高。其次是使用齿轮泵、叶片泵直接抽吸扫油，该方式设备简单,安装容易,一次投入少，但泵磨损快，一般性价的齿轮泵或叶片泵使用不到半年时间就需更换，维修费用较高。还有少数使用旋片式真空泵扫油，也因泵的磨损及腐蚀等原因造成运用不理想。

鉴于目前路内外扫油问题的现状，武昌南机务段在原有齿轮泵直接抽吸扫油的基础上，自主研制了一套齿轮泵真空扫油装置，经济有效地解决了扫油问题。

1 齿轮泵直接抽油存在的问题

武昌南机务段油库多年来一直使用齿轮泵直接抽吸的方式扫油，但由于泵的磨损及密封性能下降等问题，导致其抽真空性能下降，经常有油没扫出来或没扫完而放走油罐车的情况，造成燃油的浪费，且频繁换泵的设备维修费用较高。

1.1 齿轮泵磨损严重在齿轮泵直接抽吸扫油的过程中，起始阶段燃油还未吸上来时齿轮泵工作在抽真空状态（即磨损状态），在罐底的燃油将要扫完时，扫油管口会不断出现吸空，齿轮泵间或工作在吸空状态，当工作人员未能及时调整扫油管口时，齿轮泵就会持续吸空，以致出现空磨引起的泵体发热，当齿轮泵出现磨损后，抽真空能力就会下降，从而造成扫油起始阶段的抽真空时间及后期出现的扫油管口吸空时间会相应地增长。

一般来说，新启用的齿轮泵其内部各动态密封部位的配合间隙很小，泵内进出腔之间的封隔性好，亦即泵的密封性好，因此作为真空泵使用时其抽真空的能力较强。但在抽真空时，泵腔内的微量润滑油随着时间的延长很容易离开润滑部位，齿轮泵壳体内腔与齿轮之间就会出现摩擦发热而有所磨损，使泵内密封部位的配合间隙增大，泵的密封性能随之下降，抽真空能力也就下降了。另外齿轮泵经过较长时间使用后，其齿轮的旋转轴承也将有所磨损，加上微小杂质颗粒在泵内造成的磨损积累，齿轮泵壳体内腔与齿轮之间的磨损还会进一步加大，直至齿轮泵完全丧失抽真空的能力。

1.2 齿轮泵的密封性能下降所谓齿轮泵的密封，是指齿轮与齿轮之间、齿轮泵内腔壁与齿轮侧面及齿顶之间的动态间隙密封。当齿轮泵直接抽吸真空燃油时，在燃油未抽上来的情况下，泵持续工作3 min就开始发热，不到10 min就达到烫手的程度。当齿轮泵经过10 h多的发热工作后，泵的密封性能显著下降，抽真空能力也随之丧失。如果加入少量润滑油到泵体后，泵的抽吸能力得到恢复，且泵工作时的摩擦发热量明显减少，这说明润滑油形成的油膜起到了密封作用，同时有效地减少了齿轮泵工作时的摩擦发热。但是对于齿轮泵来说，即使有润滑油润滑，也还是会有磨损，只是磨损轻微，随着时间的积累，在泵内的动态密封部位照样会磨出一定的间隙来。

2 齿轮泵真空扫油装置结构

齿轮泵真空扫油装置在功能构造上有微量滑油循环系统、真空系统、扫油系统、燃油转出系统及齿轮泵电机控制系统。其结构如图1所示。

图1 齿轮泵真空扫油装置系统结构

2.1 微量滑油循环系统从解决齿轮泵的磨损来说，只要向泵内加少量润滑油就可以了，问题是当齿轮泵持续运转时，加入的少量润滑油很容易离开润滑部位（特别是齿顶与泵壳内腔的密封部位），欲保持润滑就需不断向泵内补充润滑油。由于齿轮泵的工作目的是抽真空，润滑油不可加太多，否则将会占用抽真空的有效容积流量。据此，该方案用微量润滑油循环的方式来解决这个问题。即持续将少量润滑油注入泵内，并随空气一起排出泵外，排出的润滑油流入润滑油箱，空气排出箱外。这样就做到了既能保持泵内润滑又不占用泵的有效容积流量。

微量滑油循环系统由滑油箱、阀4、滑油流量控制回路、齿轮泵、阀5及连接管道组成。其中控制润滑油的循环流量非常关键，流量太大会占用齿轮泵的有效容积，太小则达不到效果。故由控制显示一体板和工业用可编程控制器提供的全闭环回路进行控制，经由流量传感器数据脉冲取得的数据进行修正。润滑油循环流量控制回路的组成如图2所示。

图2 润滑油循环流量控制回路

1）扫油管路系统。扫油管路由微量滑油循环系统、真空系统、扫油系统、燃油转出系统及齿轮泵电机控制系统组成。

2）隔膜式精密计量泵。计量泵由电磁铁的电磁推杆上安装一个PTFE膜片,当电磁铁通电的时候，电磁推杆推动PTFE膜片,把计量泵泵头内的液体通过出口阀排出计量泵,然后电磁铁断电，电磁推杆和PTFE膜片在弹簧的作用下返回，液体通过计量泵的进口阀吸入到计量泵内，完成一个工作循环。

3）工业用可编程控制器。定时器总数256个，计数器总数256个，RS-485接口1个，波特率916，最大站点数32。

4）控制显示一体板。控制板设“多档开关”、“定量”、“定量加”、“定量减”、开关机、启动及急停按钮,提供流量、加注量、电源电压等显示界面。

5）显示驱动芯片组。

6）电源。

7）BS-LWGY/LWGQ型涡轮流量传感器。BSLWGY/LWGQ型涡轮流量传感器是一种精密流量测量仪表，适用于测量低粘度的介质，如水、柴油、汽油等。与相应的流量积算仪表配套可用于测量液体的流量和总量。具有高精度、耐腐蚀、双向、多种输出脉冲、电源范围宽的特点。

2.2 真空系统真空系统由真空罐、阀3、齿轮泵、阀5及连接管道组成。该装置的创新点在于使齿轮泵具有了真空泵的工作性能，且在装置中实现了一泵两用。要想让齿轮泵作为真空泵来使用，将齿轮泵由直接抽扫方式改为真空抽扫方式，相应的就需要配置真空容器罐。真空容器罐主要是向系统提供稳定的真空压力，其次是储存燃油，使真空系统即使在发动机停止运行时，仍能保持一定的真空度。原来使用齿轮泵直接抽吸方式吸油，经常出现油罐车底部抽吸不干净，存在积油情况，加了真空罐以后，齿轮泵不直接抽油，而是改成抽真空罐内的空气，当罐内的真空度到达一定程度时，利用气压差将油罐车内的余油自然吸入到真空罐内，彻底避免抽吸不干净现象。

实验测得该装置产生的最大真空度达-0.083 MPa，最大扫油真空度-0.08 MPa，扫油速度45 L/min（泵的公称流量50 L/min），单人正常作业扫完4个油罐车（约扫出240 L燃油）的全部作业流程工作耗时22 min，扫完后的油罐底部基本上无积油，连续运转3 h齿轮泵的温升小于25℃。

2.3 扫油系统扫油系统由扫油软管、阀1、真空储油罐及连接管道组成。在扫油过程中齿轮泵作为真空泵使用，将真空罐内的空气抽到滑油箱内从换气孔排出，随着真空罐内的空气被不断的抽出，罐内会形成真空度并不断加大，当真空度达到一定程度时，扫油管便可以将油罐车罐底的余油吸入到储油罐中来。

扫油过程中应根据环境温度的变化，相应选择适当型号的机械润滑油，武汉地区冬季可选用N 42号，夏季可选用N 32号，且每年入冬入夏前必须更换。另外还要注意检查润滑油箱内滑油出油量，调整阀4开度，使润滑油出油流量保持在线状或滴流状态。

2.4 燃油转出系统燃油转出系统由真空储油罐、阀2、齿轮泵、阀6及连接管道组成。燃油转出过程中启动齿轮泵可以将储油罐里的燃油转出，密切监视燃油转运车油箱，当流入的燃油达到预定的油位高度时，关闭阀2，约1 min后断开电源，停止转油。

若将储油罐置于高处，则燃油的转出可采用自流方式进行，这样即使在停电情况下，齿轮泵不工作，仍然可以实现转油任务，相应就减少了齿轮泵的工作时间，延长其使用寿命。

3 工作原理与技术参数

齿轮泵真空扫油装置是武南机务段自主研制的一种理想的新式扫油装置，其工作作用是将铁路油罐车卸完油后的剩余罐底油抽吸出来，也可以用于大型油罐的余油清扫。使用过程中要注意润滑油箱内的油位是否正常，油位偏低时要及时补油，谨防齿轮泵缺油运行。

3.1 工作过程与原理扫油作业时，将扫油软管吸油口放入油罐车底部余油中，开阀1、阀3、阀5、阀4（微开），关阀2、阀6，合上电源后齿轮泵运转。这时真空罐内的空气将被齿轮泵抽到滑油箱内从换气孔排出。同时，微量滑油经阀4流入齿轮泵、经阀5回到滑油箱内，构成滑油微量循环。随着真空罐内的空气被不断的抽出，罐内会形成真空度并不断加大，当真空度达到一定程度时，扫油管便可以将油罐车罐底的余油吸入到储油罐中。需要指出的是，滑油流量控制阀4，其开度要根据环境温度来决定。夏天气温高、滑油黏度较低，流动性好，阀4的开度可小一点；冬天气温低、滑油黏度较高，流动性差，阀4的开度应适当大一点。根据经验，滑油的循环流量最好是控制在线状或滴流状态为佳。储油罐里扫满油后，要向外出油。

出油作业时，开阀1、阀2、阀6 ，关阀3、阀4、阀5，合上电源后齿轮泵运转，这时储油罐里的燃油经阀2流入齿轮泵，经阀6流入燃油转运车。若将储油罐置于高处，则燃油的转出可采用自流方式进行。由于有润滑油的作用，新齿轮泵在上述工作流程中只会有少量磨损，到一定程度后将几乎不再磨损，这时泵内齿轮与泵壳内腔壁的配合间隙将不再增大，齿轮泵的密封性能进入稳定状态。

本装置能严格监视齿轮泵润滑油量大小，保证其良好的密封性。

3.2 技术参数扫油速度45 L/min；最大扫油真空度-0.08 Mpa；扫油储量1 000 L；装置配用电功率4 kW；滑油循环流量250～350 mL/min；滑油工作黏度25～35 mm2/s；扫后罐底剩油量＜1L；工作制式为连续；环境温度-5℃～55℃； 相对湿度0～95%；海拔高度2 500 m；酸碱度环境PH5～10。

4 结束语

武昌南机务段自主研制的齿轮泵真空扫油装置，第1台于2007年11月在段内武客技油库卸油台上安装完毕，同年12月投入试用。至2009年元月，试用达一年多时间，经过春、夏、秋、冬季的考验，证明该装置性能良好，使用安全可靠，持续稳定，达到了设计预想的效果。其间扫油170多次、累积扫油35 t多，顺利完成了试验运行。2009年2月正式交付武南机务段整备车间使用。从目前使用情况来看，该装置还有进一步改进的空间。比如将滑油循环系统的控制阀改为自动温度控制阀，在储油罐上加装油位显示玻璃管等，以使该装置的功能更加完善。

武昌南机务段自使用齿轮泵真空扫油装置以来，扫油作业的时间比以前缩短了1/3以上，月平均多扫油2.6 t左右，年累计可多扫油31.2 t，消除了以前油罐车没扫完油就放走的现象。另外，设备维修量和维修费用也显著下降了，原先1台齿轮泵使用不到半年就需要更换，现在1台齿轮泵使用一年多性能还很稳定，估计能使用5年以上时间。该装置适合户外安装，构造简单，建造费用低，可靠性好，建议在路内外油库单位推广使用,也可以作为一种抽真空装置用于其它工作领域。