摘 要：純水壓傳動(dòng)技術(shù)是直接以純水為液壓傳動(dòng)介質(zhì)的技術(shù)。純水介質(zhì)較之傳統(tǒng)的液壓油介質(zhì)，具有環(huán)保、價(jià)廉、安全等顯著優(yōu)點(diǎn)。本文主要闡述了純水壓傳動(dòng)技術(shù)在船舶機(jī)械上應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)及關(guān)鍵問(wèn)題。并對(duì)該技術(shù)取代傳動(dòng)液壓油在船舶上的應(yīng)用和推廣進(jìn)行了分析。純水壓傳動(dòng)技術(shù)在船舶機(jī)械上具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：純水壓傳動(dòng) 船舶液壓 液壓元件

中圖分類(lèi)號(hào)：TH137.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（c）-0078-02

18世紀(jì)末英國(guó)Joseph Bramah根據(jù)帕斯卡提出的靜壓傳遞原理制成了世界上第一臺(tái)水壓機(jī)，它是最早出現(xiàn)的具有真正意義的液壓傳動(dòng)技術(shù)，當(dāng)時(shí)所采用的工作介質(zhì)就是天然淡水，可以說(shuō)是水壓傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展的開(kāi)端。純水壓傳動(dòng)技術(shù)是直接以純水（天然淡水或海水，不添加添加劑）為液壓傳動(dòng)介質(zhì)，純水介質(zhì)不同于傳統(tǒng)的液壓油介質(zhì)，它具有環(huán)保、價(jià)廉、安全等顯著優(yōu)點(diǎn)。利用純水來(lái)取代液壓油不僅能夠緩解未來(lái)因石油枯竭帶來(lái)的能源危機(jī)，而且能夠避免因液壓油泄漏和排放帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，純水是一種非常理想的工作介質(zhì)。早在近年來(lái)，隨著綠色設(shè)計(jì)的興起和對(duì)環(huán)境保護(hù)與日俱增的關(guān)注導(dǎo)致人們重新對(duì)現(xiàn)代水壓傳動(dòng)產(chǎn)生了濃厚的興趣。特別是純水固有的安全性和清潔性使得人們不用為廢油處理、清洗、燃燒和工人的安全而擔(dān)心，同時(shí)，純水液壓傳動(dòng)的性能特征已經(jīng)在世界工業(yè)領(lǐng)域起著日益擴(kuò)大的作用，它已經(jīng)成為液壓領(lǐng)域新的重要發(fā)展方向之一。

目前液壓油在船舶機(jī)械上得以廣泛應(yīng)用，但其本身對(duì)環(huán)境具有一定污染性。隨著科技及經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們對(duì)環(huán)境的保護(hù)，尤其是對(duì)海洋環(huán)境的保護(hù)提出了更高的要求，這集中體現(xiàn)在IMO（國(guó)際海事組織）對(duì)其成員國(guó)在海洋環(huán)境保護(hù)的要求和MARPOL公約上。這也就要求遠(yuǎn)洋船舶對(duì)船舶機(jī)械中使用的各類(lèi)油，要嚴(yán)格控制，決不允許將各類(lèi)油直接入海，這無(wú)疑給純水壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了難得的機(jī)遇。純水壓傳動(dòng)技術(shù)具有眾多的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)然要把純水壓傳動(dòng)應(yīng)用到船舶機(jī)械上也面對(duì)很多挑戰(zhàn)，但純水壓傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用是大勢(shì)所趨，現(xiàn)在歐美的一些發(fā)達(dá)國(guó)家都在積極地研究和設(shè)計(jì)純水壓元件和純水壓系統(tǒng)，我們國(guó)家也在積極地研究純水壓傳動(dòng)技術(shù)。

1 純水壓傳動(dòng)技術(shù)在船舶機(jī)械上應(yīng)用所具有的優(yōu)點(diǎn)

純水壓傳動(dòng)技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)。

1.1 純水壓系統(tǒng)對(duì)環(huán)境友好

純水壓傳動(dòng)可以利用純水作為傳動(dòng)介質(zhì)，很好的克服了液壓油對(duì)環(huán)境造成的污染。由于液壓油的管路和密封性等問(wèn)題，船舶液壓甲板機(jī)械時(shí)常發(fā)生液壓油泄漏的現(xiàn)象。1t液壓油可使1000000 t純水受到污染，且污染后需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能消除影響；泄漏的油壓液可威脅周?chē)h(huán)境的動(dòng)植物生命，甚至致其死亡；泄漏的液壓油會(huì)使工作場(chǎng)所地面打滑，增加了工作環(huán)境中的危險(xiǎn)性；泄漏的液壓油造成空氣中充滿(mǎn)了異味，惡化了工作環(huán)境。純水液壓系統(tǒng)不僅能夠滿(mǎn)足世界上各國(guó)環(huán)保法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的要求，而且純水液壓系統(tǒng)的泄漏不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，不需要對(duì)純水進(jìn)行回收和處理，降低了維護(hù)費(fèi)用，使操作和維護(hù)變得更加簡(jiǎn)單和方便，非常適用于船舶的甲板機(jī)械上。

1.2 純水壓系統(tǒng)的介質(zhì)價(jià)格低廉，來(lái)源廣泛

純水的價(jià)格相對(duì)于液壓油而言，十分便宜，僅為液壓油的幾千分之一。由于現(xiàn)代人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，液壓油的廢液處理越來(lái)越受到重視。液壓油的廢液處理代價(jià)特別大，通常處理費(fèi)用與購(gòu)買(mǎi)成本接近。而使用純水作為液壓介質(zhì)就可大大節(jié)約成本，特別是對(duì)具有大型液壓系統(tǒng)的船舶而言，可節(jié)省大量的液壓油，經(jīng)濟(jì)效益可觀。另外，不像液壓油那樣，純水的取得不需要考慮冶煉提純、運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)、廢液處理等問(wèn)題；地球上的純水資源不但豐富而且方便取用，尤其是當(dāng)船舶在大海中航行時(shí)，更容易獲得純水。

1.3 純水壓系統(tǒng)安全性高

在船舶上對(duì)機(jī)械設(shè)備和工作介質(zhì)的安全性要求高，傳統(tǒng)的液壓油可燃可爆，安全性能差，而純水介質(zhì)可以抗燃抗暴，特別適合在高溫環(huán)境及有防爆要求的工作環(huán)境下使用，使用純水介質(zhì)可以使船舶機(jī)械的操作和管理更安全。

1.4 純水壓系統(tǒng)效率高

純水的粘度遠(yuǎn)低于液壓油，這可以大大降低純水在管路中運(yùn)行時(shí)的阻力損失。同時(shí)純水的彈性模量大，壓縮損失小。此外，純水的壓縮系數(shù)和熱膨脹系數(shù)分別僅為液壓油的25%和50%，而比熱和導(dǎo)熱系數(shù)分別為液壓油的2倍和4～5倍，所以系統(tǒng)的剛度大、溫升低，能提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。以上因素決定了純水壓系統(tǒng)傳遞效率高。

1.5 純水壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

在船舶上使用純水壓液壓系統(tǒng)中可以不必設(shè)計(jì)回水管和水箱，減少系統(tǒng)液壓管路的長(zhǎng)度；使用純水壓液壓系統(tǒng)不必再對(duì)系統(tǒng)中的介質(zhì)進(jìn)行冷卻，減少冷卻器及其管路，這些都大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)操作和管理更方便。

2 純水壓傳動(dòng)技術(shù)在船舶機(jī)械上應(yīng)用需要面對(duì)的挑戰(zhàn)

盡管純水壓傳動(dòng)系統(tǒng)具有上述的優(yōu)點(diǎn)，要把純水壓傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用到船舶機(jī)械上還有很多的挑戰(zhàn)。由于純水介質(zhì)所具有的粘度低、潤(rùn)滑性差、導(dǎo)電性強(qiáng)、汽化壓力高等特點(diǎn)，使得純水液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在使用中存在以下問(wèn)題。

2.1 純水壓系統(tǒng)潤(rùn)滑效果差，易磨損

同等溫度下，純水的粘度水的黏度大約只有礦物油的1/40～1/50，故在相同壓力下，通過(guò)相同密封縫隙的泄漏流量將是礦物油的30～120倍以上，這無(wú)疑大大降低純水壓系統(tǒng)的容積效率。同時(shí)由于純水的粘度低，潤(rùn)滑性就變得很差，在運(yùn)動(dòng)摩擦表面難以形成液體潤(rùn)滑膜，也不能形成良好強(qiáng)度的邊界膜，很容易造成干摩擦。純水壓系統(tǒng)中，動(dòng)壓軸承的潤(rùn)滑膜厚度只有油介質(zhì)的1/50，靜壓軸承的潤(rùn)滑膜厚度則小于1/3，滾動(dòng)軸承中根本就很難形成彈性流體潤(rùn)滑膜。這些都使純水壓系統(tǒng)中的部件磨損加劇，容積效率降低，液壓泵壽命縮短。

2.2 純水壓元件及純水壓系統(tǒng)成本高

純水壓元件對(duì)材料的耐磨和防銹性能要求高，與液壓油元件相比，純水壓元件的制造成本高。由于純水的粘度小，勢(shì)必增加液壓泵的泄漏，使其容積效率下降。要提高純水壓系統(tǒng)的容積效率，必須減小摩擦副間的配合間隙，這也就意味著會(huì)增加純水壓元件加工和制造成本。

2.3 純水壓元件及純水壓系統(tǒng)易腐蝕

純水的導(dǎo)電性比液壓油高許多倍，純水比液壓油有更強(qiáng)的腐蝕能力，能引起大多數(shù)金屬材料的電化學(xué)腐蝕以及大多數(shù)高分子材料的化學(xué)老化，對(duì)液壓元件的材料破壞。即使應(yīng)用陶瓷材料作為金屬零件的表面涂層，也有可能引起涂層或粘結(jié)層中特定相的選擇性析出及基體界面的縫隙腐蝕。因此，純水壓元件的材料必須能夠與水相容，并且要具有優(yōu)良的抗水腐蝕性能，這樣的材料是很難獲得的。

2.4 純水壓元件及純水壓系統(tǒng)易氣蝕

純水的汽化壓力比液壓油的高，隨著溫度的升高，純水的汽化能力升高的更快。這就特別容易誘發(fā)純水的汽化，導(dǎo)致氣蝕，剝蝕零件表面材料。氣蝕還會(huì)使系統(tǒng)的流量發(fā)生變化，容積效率降低，產(chǎn)生壓力波動(dòng)、振動(dòng)和噪聲。在純水壓系統(tǒng)中，容易發(fā)生氣蝕的部分位于液壓泵配流盤(pán)吸、排槽的交界處，泵的吸入口和節(jié)流閥閥口。

2.5 純水壓系統(tǒng)運(yùn)行溫度范圍小

純水在0℃時(shí)會(huì)結(jié)冰，影響其在低溫環(huán)境下的使用；純水在溫度高時(shí)會(huì)汽化，影響其在高溫環(huán)境下的使用。一般純水液壓系統(tǒng)運(yùn)行溫度范圍是3℃～50℃，比液壓油的-20℃～90℃要小得多，這就限制了純水壓系統(tǒng)在船舶機(jī)械上的使用。

2.6 純水壓元件性能差

與液壓油介質(zhì)相比，純水存在著粘度低、潤(rùn)滑性差、導(dǎo)電性強(qiáng)、汽化壓力高缺點(diǎn)，現(xiàn)有的油壓元件不能直接或改進(jìn)后采用純水作為工作介質(zhì)。同時(shí)純水工作介質(zhì)會(huì)給純水壓系統(tǒng)帶來(lái)氣蝕、腐蝕、磨損等問(wèn)題，這對(duì)純水壓元件的性能要求非常高，造成了純水壓元件不可能像油壓元件那樣，可以方便的實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)與控制。例如純水壓軸向柱塞泵難以向油壓柱塞泵那樣實(shí)現(xiàn)變量控制，純水壓系統(tǒng)中的閥件不能像油壓系統(tǒng)中的那樣控制靈活。

3 結(jié)論

現(xiàn)代水壓傳動(dòng)技術(shù)經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，阻礙水壓傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展的一些關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)問(wèn)題，如腐蝕、氣蝕、泄漏、摩擦磨損、水擊、水質(zhì)污染、絕緣等已經(jīng)得到有效解決，水壓傳動(dòng)技術(shù)由最初以海水為工作介質(zhì)應(yīng)用于海洋水下作業(yè)機(jī)器人發(fā)展到目前以自來(lái)水為工作介質(zhì)應(yīng)用于焊接機(jī)器人、水力加工、食品、鍛壓、垃圾裝運(yùn)、清掃、水壓舉升、核動(dòng)力、軋鋼、冶金、礦業(yè)等裝備上，水壓傳動(dòng)技術(shù)得到了迅速發(fā)展和推廣。

可以推測(cè)，在未來(lái)的幾十年，甚至上百年里，隨著石油資源的不斷減少，礦物油的價(jià)格會(huì)急劇上升，在加上人們對(duì)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，各國(guó)的環(huán)保法規(guī)將會(huì)更加嚴(yán)格。這些都將使礦物油的應(yīng)用越來(lái)越受到限制，而水作為一種綠色工作介質(zhì)所具有的優(yōu)勢(shì)，是其他任何液體都無(wú)法取代的。

目前，應(yīng)用水基液的水壓傳動(dòng)技術(shù)已經(jīng)是一門(mén)比較成熟的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于采礦，冶金等行業(yè)。應(yīng)用純水的液壓傳動(dòng)技術(shù)也取得了重大進(jìn)展，世界市場(chǎng)上純水液壓元件的壓力等級(jí)主要有五種。由于純水液壓傳動(dòng)技術(shù)與海洋環(huán)境相容、無(wú)環(huán)境污染、安全、高效、操作簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定，在船舶機(jī)械上，它必將具有極其廣闊的應(yīng)用前景。

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