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2018-07-13 by Jun Tai
摘 要：
油箱必須有足夠的容積，須確保油液冷卻、不溶物沉淀及空氣釋放…等功能，另一方面在液壓系統停止工作時應能容納系統中的所有工作介質；而工作時又能保持適當的液位，因此設計滿足機能之油箱相當重要，本報告則針對油箱主結構設計及相關要點作說明。
一、 說明：
由機能方面而言，油箱容積(Oil tank capacity)越大越好，但以小型化和操作上的經濟性等方面考量，卻希望小一點為宜，且油箱須確保油液冷卻、不溶物沉淀及空氣釋放…等功能，因此設計滿足機能之油箱結構，則可作詳細的討論。
二、 設計要點：
1. 油箱結構：
一般採用抗腐蝕性鋼材製作，且須考量油箱內表面防腐處理，并顧及與介質之相容性、處理后之可加工性及製造之經濟性，條件允許時採用不銹鋼製作是最理想的選擇。
油箱必須有足夠的容積，一方面須滿足散熱的要求，另一方面在液壓系統停止工作時應能容納系統中的所有工作介質，工作時又能保持適當的液位。因此油箱結構設計需具下述特點，以下針對其構成零件說明：
(1) 油箱本體：厚度3～4mm，若油箱容積超過320L，厚度取4~6mm，側壁須安裝油位計以掌控實際油位高度。
(2) 維修蓋：於本體側壁設計一或多個維修蓋，須配合密合墊、螺栓組裝，避免洩漏。其主要功用，便於清洗過濾器及油箱。
(3) 箱底：以傾斜的方式與壁板焊接成形，并於最低處安裝洩油口，便於洩油。
(4) 吸油管及回油管應插入至最低液面以下，防止吸空和回油噴濺產生氣泡。管口與箱底、箱壁距離不小於3倍管徑。
(5) Drain油管：於液壓系統中，作為壓力控制閥等組件之泄油功用，設計時須注意不可插入油液下，防止背壓對系統產生影響。
(6) 回油管口須斜切45°角并面向箱壁，增大回油管口之截面積，可減慢流速防止衝擊箱底之沉積物。
(7) 吸油管末端可安裝100μm之網式過濾器，防止大形異物吸入系統中，安裝位置須利於過濾器的清洗與拆裝。
(8) 空氣呼吸器：防止油箱出現負壓而設置的通氣孔上須裝空氣濾清器，其容量至少為液壓泵額定流量的2倍。
(9) 油箱蓋：厚度為本體壁厚之3~4倍，製成凹狀避免上方組件洩漏污染，并於蓋上鉆孔(含出回油管孔、注油口、通氣孔以及安裝液壓集成裝置的安裝孔等)。
(10) 隔板：分隔吸油和回油區域，增加回油路徑，有利於回油雜質沉淀、氣泡分離及散熱等優點。其高度至少取最低油位的1/2，最高不超過最高油位之3/4，厚度與本體壁厚相等。若考慮強制油空分離設計，其隔板高與液位同高，并於下方1/3處安裝5mm2 mesh之不銹鋼網，讓油液通過時達到強制油空分離的效果。
2. 容積計算：
(1) 油箱容積與系統的流量有關，一般於間歇性操作的情況，其容積取泵浦最大流量的3倍(防火型液壓油取5倍)，如泵浦每分鐘最大可提供50L的流量，則油箱容積須為150L。若屬於連續性操作其容積必須再多2倍甚至3倍，即200~300L。容積為1000L以下，則油箱之外形、基礎尺寸可參照DIN24339設計；容積為1000L以上，其長寬高比值取1：1：1至3：2：1之范圍設計，亦可考慮增加補強板，以增加剛性。其計算式如下：
Vtot=n×Q
其中： Vtot：油箱容積(L) Q：泵浦最大供油量(L) n：倍數(礦物油n=3，防火性液壓油n=5)
3. 其他要項：
(1) 油箱內回油集中部分及清污口附近宜裝設磁性塊，以吸附油液中的鐵屑和帶磁性顆粒
(2) 為運輸安裝方便，大、中型油箱應設吊耳。
(3) 油液溫度建議在30～50℃范圍內工作比較合適，最高不應超過60℃，最低不低於15℃。
三。設計細節
1 箱頂結構
油箱的箱頂結構取決于它上面安裝的元件。例如,如果液壓泵吸油口布置在油箱內部液面以下,則箱頂應為或應有可拆卸的蓋。箱蓋及管子引出口之類的所有開口都要妥為密封。箱頂上安裝液壓泵組時,頂板的厚度應為側板厚度的四倍,以免產生振動。液壓泵組與箱頂之間應設置隔振墊。為了便于布置和維修,有時在箱頂上裝設回油過濾器。
箱頂上一般要設置空氣濾清器、注油口,空氣濾清器通常為附帶注油口的結構(圖1),取下通氣帽可以注油 ,放回通氣帽即成空氣濾清器。注油過濾器的網眼應小于250μ m,過流量應大于 10L/min。空氣濾清器的過濾精度起碼40μm,其通氣量應是液壓泵流量的2倍,以便在系統峰值流量期間液面迅速下降時,也能在油箱內部保持大氣壓力,或者保持通氣壓降不超過0.1kPa。空氣濾清器氣帽一般帶有保險鏈用以預防通氣帽跌落或丟失。周圈環境較臟時,應采用油浴式空氣濾清器。當周圍空氣濕度較大時,比如在熱帶使用的液壓設備,可采用空氣干澡器(也稱吸濕器)合用的注油通氣器,它兼有除濕、收塵和注油的功能。
油箱箱頂上的螺紋孔應該用盲孔(不通孔),以防污染物落入油箱內。箱頂與箱壁的連接方式見(圖2),其中方案D是可拆連接,其他為不可拆連接。另外,方案B、C、D都形成滴油盤來收集檢修時滴落的油液(見圖2)。
2 箱壁構成
對于鋼板焊接的油箱,箱頂上安裝液壓泵組時,側板厚度應適當加大。
當箱頂與箱壁之間為不可拆連接時,應在箱壁上至少設置一個清洗孔(俗稱人孔)。清洗孔的數量和位置應便于用手清理油箱所有內表面。清洗口法蘭蓋板應該能由一個人拆裝。法蘭蓋板應配有可以重復使用的彈性密封件。
為了便于搬運.應在油箱箱壁上方的四角焊接吊耳(也稱吊環)。吊耳有圓柱形和鉤形2種。圓柱形焊接吊耳及其尺寸見圖3和表1,鉤形焊接吊耳見圖4和表2。圖中d1、d為 直 徑 , R 為 半 徑 , L 、l 為 長 度 , b 為 寬 度 ,1h 、2h 、3h 為高度 ,S為厚度 ,1r 、2r 為半徑(見圖3、4，表1、2)。
液位計通常為帶有溫度計的結構。液位計一般設在油箱外壁上,并近靠注油口,以便注油時觀測液面。液位計的下刻線至少應比吸油過濾器或吸油管口上緣高出75mm,以防吸入空氣。液位計的上刻線對應著油液的容量。液位計與油箱的連接處有密封措施。對于油溫有嚴格要求的液壓裝置,可采用傳感式液位溫度計,它是利用靈敏度較高的雙金屬片的熱脹冷縮原理來測量油溫的。對于大型油箱則應設浮子式液面傳感器以便在液面高度異常時,發出報警或保護的電信號。
3 箱底結構
應在油箱底部最低點設置放油塞(≥M18× 1.5),以便油箱清洗和油液更換。為此,箱底應朝向清洗孔和放油塞傾斜,傾斜坡度通常為1/25～1/20,這樣可以促使沉積物(油泥或水)聚集到油箱的最低點。為了便于放油和搬運,應該把油箱架起來,油箱底部離開地面至少150mm。油箱應設有支腳。支腳應該有足夠大的面積,以便可以用墊片和鍥鐵來調平。
4 隔板設計
為了延長油液在油箱中逗留的時間,促進油液在油箱中的環流,使更多的油液參與系統的循環,從而更好地發揮油箱的散熱、除氣、沉淀等功能,油箱中,尤其在油液容量超過100L的油箱中應設置內部隔板。隔板要把系統回油區與吸油區隔開,并盡可能使油液在油箱內沿著油箱壁環流。隔板缺口處要有足夠大的過流面積,使環流流速為0.3～0.6m/s。隔板結構有溢流式標準型、溢流式和回流式等多種型式。溢流式隔板的高度不應低于液面高度的2/3;隔板下部應開有缺口,以使吸油側的沉淀物經此缺口至回油側,并經放油口排出。
5 管路配置
液壓系統的管路要進入油箱并在油箱內部終結。
(l)吸油管和回油管。液壓泵的吸油管和系統的回油管要分別進入由隔板隔開的吸油區和回油區,管端應加工成朝向箱壁的45°斜口,這樣既可增加開口面積、又有利于沿箱壁環流。為了防止空氣吸入(吸油管)或混入(回油管),以免攪動或吸入箱底沉積物。管口上緣至少要低于最低液面75mm,管口下緣至少離開箱底最高點50mm。
吸油管前必須安裝粗過濾器,以清除較大顆粒雜質,保護液壓泵。建議在回油管上安裝精過濾器,以濾除細微顆粒雜質,保護液壓元件。
(2)泄油管。泄油管應盡量單獨接入油箱并在液面以上終結。如果泄油管通入液面以下,要采取措施防止出現虹吸現象。例如可在泄油管露出液面的部分開一個小孔。
(3)穿孔的密封。油管常從箱頂或箱壁穿過而進入油箱,穿孔處要妥為密封。最好在接口處焊出高出箱頂20mm的凸臺,以免維修時箱頂上的污物落入油箱。
6 過濾器選用
過濾器的功用是過濾液壓油液中的雜質,降低油液污染度,保證液壓系統正常上作。由于液壓系統的故障絕大多數由油液污染造成,而過濾器是保持油液清潔的主要手段,所以合理選擇和設置液壓系統中的過濾器顯得非常重 要 。
在選擇過濾器時,一方面要根據液壓系統的技術要求,確定過濾器類型、過濾精度及尺寸規格,同時過濾器還應具有足夠的通流能力,濾芯要有足夠的強度和抗腐蝕性能,清洗和更換方便等。
7 油箱的材料和表面處理
多數油箱采用焊接方法獲得。油箱的箱頂、箱壁、箱底、和隔板的常用材料為Q235A鋼板 ,吊耳常用材料為 35鋼。箱頂與箱壁常用可拆連接(例如箱壁內側四周焊接角鋼,箱頂放置在角鋼上,并通過螺釘實現箱頂與箱壁的連接)。焊接而成的油箱須徹底清理以便清除所有泥上、切屑和毛刺、氧化皮。輕度銹蝕可用鋼絲刷或砂輪機清理,嚴重銹蝕和氧化的表面應噴丸處理。涂漆方式取決于使用油液的種類。涂漆之前一般要磷化處理或噴丸,并用稀料等溶劑洗凈脫脂后用壓縮空氣吹干。使用石油基液壓油的鋼板焊接油箱涂40μm以上的環氧底漆;長期存放或出口設備涂30μm以上的底漆和30μm以上的環氧面漆。使用乳化液或水乙二醇介質的油箱不涂漆,在磷化或噴丸處理后直接涂布防銹油。在預處理之后鍍鋅。
8 結語
過去認為,油箱有分離和沉積油液中污物的作用,但近期的液壓系統污染控制理論,要求油箱不再是一個容污納垢的場合,而要求在油箱中的油液本身是達到一定清潔度等級的油液,并以這樣清潔的油液提供給液壓泵和整個液壓系統的工作回路,因此對油箱的設計、制造、運行和維護都應按照以上這些功能要求來實施。