曹文亮 楊德平

某輪副機增壓器為重慶ABB江津渦輪增壓器，型號為TPS48-61D。該型副機在我公司船隊中被大量應(yīng)用，經(jīng)常發(fā)生滑油通過油封滲漏、造成積炭的問題。本文分析該故障產(chǎn)生原因、處理措施和改造后的效果，并總結(jié)改造機理和工程意義。

一、軸系密封結(jié)構(gòu)分析及初步處理措施

該增壓器的軸承部件結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中32108和21002為軸承兩端的密封環(huán)，泄漏就在此處發(fā)生。

圖1 增壓器軸系零件圖①圖片來自該機說明書。

該環(huán)為鋼制環(huán)，彈性較大，靠彈性實現(xiàn)外環(huán)面的密封。說明書中該環(huán)的名稱為Piston ring，直譯為活塞環(huán)，具有類似柴油機活塞環(huán)的作用。在軸的旋轉(zhuǎn)運動中，該環(huán)要實現(xiàn)對潤滑油的密封必須要承擔動密封面的密封，密封面為環(huán)的端面。環(huán)面與軸徑是靜密封，靠環(huán)的彈性和環(huán)面的機械加工精度實現(xiàn)與32221（Bearing cover）的緊密貼合。同時，該環(huán)的環(huán)面密封還可以保證軸的軸向竄動情況下的密封。

最簡單的改進方法是提高該密封環(huán)及其結(jié)合面的表面加工精度，增加環(huán)片的彈力。由于該環(huán)經(jīng)常出問題，公司從原廠訂制環(huán)片。在每次安裝前，輪機長都仔細檢查接觸面等，每一安裝步驟都按說明書進行，但該機型仍經(jīng)常發(fā)生此故障。

二、潤滑油供油壓力對潤滑性能的影響

該型增壓器軸承采用動壓潤滑，當軸頸旋轉(zhuǎn)將潤滑油帶入軸承摩擦表面時，由于潤滑油的黏性作用，足夠高的旋轉(zhuǎn)速度使?jié)櫥捅粠胼S和軸瓦配合面間的楔形間隙內(nèi)而形成流體動壓效應(yīng)，即在承載區(qū)內(nèi)的油膜中產(chǎn)生壓力。當壓力與外載荷平衡時，軸與軸瓦之間形成穩(wěn)定的油膜，從而實現(xiàn)流體動力潤滑。實現(xiàn)動壓潤滑需要滿足的條件有：摩擦表面具有收斂楔；軸頸具有足夠的轉(zhuǎn)速；潤滑油具有適當?shù)酿ざ?；外載不得超過最小油膜所能承受的限度。

動壓潤滑不像靜壓潤滑那樣需要靠外界壓力產(chǎn)生油膜壓力以平衡外載荷，對供油壓力的要求不高，供油壓力只要能夠持續(xù)供油即可。供油壓力對承載力有影響，但不大[1]。供油壓力主要影響供油流量，流量大小會影響油液帶走熱量的多少，從而影響油液溫度。油液溫度會影響油液黏度，黏度對動壓潤滑很重要，黏度過低會導(dǎo)致動壓油膜形成困難[2]?；蜏囟鹊母叩头从沉嘶偷牧髁看笮?，過小的流量不能帶走軸承摩擦產(chǎn)生的熱量。

這種密封方式的密封效果和供油壓力息息相關(guān)。說明書中副機系統(tǒng)滑油壓力的要求是4.0～5.5千克，該機滑油壓力一直為5.5千克，處于允許值的最高邊界值。說明書中透平滑油的壓力要求是2.0～4.5千克。壓力高易導(dǎo)致滑油泄漏。由于動壓潤滑的原理，采用的降低滑油壓力的方法從理論上講是可以防止密封故障的。專業(yè)公司提供了控制供油壓力的方法以解決該問題。后經(jīng)咨詢廠家和船級社得知，只要保證供油壓力符合說明書要求，同時滑油溫度也不超過說明書要求即可。為徹底解決這一問題，我公司委托專業(yè)公司進行了改造。據(jù)該公司介紹，他們已經(jīng)成功進行了多臺該機型的改造，效果良好。因為此問題具有一定的共性，特總結(jié)后供輪機管理界參考。

三、改造與效果分析

1.改造方案及運行數(shù)據(jù)記錄

透平滑油壓力表安裝位置位于透平前端，其讀數(shù)為系統(tǒng)的滑油壓力。為讀取透平內(nèi)部滑油壓力，殼體開孔加裝壓力表，以觀測透平內(nèi)的滑油壓力。為了防止滑油泄漏，在透平上加裝節(jié)流孔，加裝方法如圖2所示。

圖2 流道加裝節(jié)流板

為分析改造效果，記錄了改造后2 069多小時的副機運行數(shù)據(jù)，每兩小時觀測記錄一次，結(jié)果見表1。

表1 副機運行參數(shù)表

從表1可以看出，隨著功率的增加，透平滑油壓力減小，變化范圍符合說明書的要求，各方面工況良好。副機額定功率為1 360千瓦，發(fā)電機的額定功率是1 290 千瓦，當船舶加裝冷藏箱比較多的時候發(fā)電機功率可達到900～1 100千瓦，這時透平滑油壓力在2.4到2.5千克，屬于正常范圍。目前增壓器已運行2 069小時，運行工況正常，副機工況熱工均正常。

2.數(shù)據(jù)分析

在系統(tǒng)壓力不變的情況下，影響增壓器滑油壓力的因素主要是滑油黏度，而滑油黏度取決于滑油溫度。根據(jù)表1，可以分析出功率與滑油進出口溫差的關(guān)系，如圖3所示。圖中縱坐標為滑油進出口溫差，單位是攝氏度；橫坐標為發(fā)電機功率。從圖中可以看出，兩者基本為線性關(guān)系。這說明滑油溫度主要取決于機器的輸出功率，和其他因素關(guān)系不大。滑油牌號是 SINOPEC 4030，因為條件所限，我們沒有實測該滑油的黏溫特性。

圖3 功率與滑油進出口溫差關(guān)系圖

增壓器滑油的溫差變化和滑油的壓力關(guān)系如圖4所示，可以看出滑油溫升越高，壓力越低。

圖4 增壓器滑油溫差與滑油壓力關(guān)系圖

滑油溫度與滑油壓力的關(guān)系如圖5所示，滑油溫度越高，壓力越低。結(jié)合圖3可以得出結(jié)論：滑油的壓力由滑油黏度（文中列出的自變量為溫度，間接反映了黏度的變化）決定，和其他因素無關(guān)。

圖5 增壓器滑油出口溫度與滑油壓力關(guān)系圖

改造后的結(jié)果表明，對供油壓力的調(diào)整并未使得動壓潤滑出現(xiàn)問題，同時解決了軸封漏油的問題。

四、結(jié)語

為解決增壓器軸承的滑油泄漏問題，采取了加裝節(jié)流孔降低滑油壓力的方法，既降低了泄漏的風險，又滿足了軸承潤滑對滑油的要求。由于時間短，技術(shù)投入不足，目前沒有找到節(jié)流降低供油壓力的臨界點，但目前的節(jié)流量已經(jīng)降低了滑油泄漏的風險。具體的風險量化數(shù)據(jù)待我公司大量安裝改造后再統(tǒng)計。

在后續(xù)的管理工作中，我公司將繼續(xù)關(guān)注該問題，增加對增壓器軸徑的檢查頻率，確保軸徑的表面光潔度、軸徑磨損尺寸在規(guī)定范圍內(nèi)；增加對軸承溫度的監(jiān)控，防止由于滑油供油壓力的下降造成流量下降進而導(dǎo)致軸承散熱效果不佳對軸承產(chǎn)生損害。通過日常監(jiān)控觀察軸承溫度，再對比軸承磨損量，保證散熱效果滿足要求。

根據(jù)改造公司提供的資料了解到，該改造方案已經(jīng)實施了很長時間，效果良好。按照說明書合理調(diào)節(jié)滑油壓力、避免軸承在壓力上限值運行的改造措施是可行的，可為業(yè)界解決類似問題提供參考。