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船用液力偶合器接排超時故障分析與排除

2021-09-04 01:48崔向海
設備管理與維修 2021年15期
關鍵詞:油閥底殼液力

崔向海,王 沖,王 珂

(1.中國船舶重工集團公司第七一一研究所,上海 200090;2.解放軍91184 部隊,山東青島 116041)

0 引言

液力偶合器通過液體在旋轉(zhuǎn)的葉輪中流動,完成機械能→液體動能→機械能的轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)動力傳遞。它安裝在柴油機的輸出端,作為一種柔性傳動設備,能很好地解決空載起動、多機并車、部分隔離和吸收軸系扭振及減振降噪等問題,在船舶動力裝置中具有不可替代的作用。

某型液力偶合器臺架試驗期間,接排時間超過試驗大綱允許值,通過對此次故障的排查、分析、處理,總結(jié)故障原因及排除措施。

1 故障現(xiàn)象

在柴油機分系統(tǒng)試驗臺進行某型液力偶合器接排試驗過程中,根據(jù)《某型液力偶合器接排臺架試驗大綱》中規(guī)定:當柴油機轉(zhuǎn)速達到750 r/min,接排后,要求液力偶合器達到輸出轉(zhuǎn)速720 r/min,功率240 kW 的時間不超過50 s。而當柴油機轉(zhuǎn)速為750 r/min 時,試驗人員分別進行了5 次接排試驗,液力偶合器達到輸出轉(zhuǎn)速720 r/min,功率240 kW 的時間在38~70 s 波動,未滿足試驗大綱中接排時間不大于50 s 的要求。

2 液力偶合器結(jié)構組成與工作原理

2.1 結(jié)構組成(圖1)

圖1 液力偶合器結(jié)構組成

液力偶合器主要由轉(zhuǎn)子部件、箱體部件、油泵部件和液壓系統(tǒng)組成,其主要功能是部分隔離柴油機的振動,改善柴油機的啟動性能,通過對液力偶合器的控制,滿足柴油機的啟動要求。

轉(zhuǎn)子部件由輸入法蘭、泵輪、渦輪、渦輪外殼、輸出軸和輸出法蘭組成。輸入法蘭和泵輪直接安裝在發(fā)動機的曲軸上,渦輪、渦輪外殼、輸出軸和輸出法蘭連接組成功率輸出系統(tǒng)。

箱體部件由箱體、箱蓋、油底殼組成,它們均為鋁合金鑄件,用螺栓緊固在一起。

油泵部件由1 個充油泵(離心泵)、1 個控制油泵(齒輪泵)、1 個滑油泵(齒輪泵)和1 個安全閥組成,這3 個泵組成一體共用1 個傳動軸,用螺栓固定在偶合器箱體的下部。

液壓系統(tǒng)由帶恒溫器的充油閥、冷卻器、電磁閥、旁通閥、控制油壓力調(diào)節(jié)閥、潤滑油壓力調(diào)節(jié)閥、滑油濾器和快速放油閥組成。這些組件除了快速放油閥安裝在渦輪外殼上,其余都安裝在箱體的頂部,恒溫器的作用是保持偶合器工作油溫保持一定值。

油標尺在偶合器的右側(cè),抽油管在偶合器的左側(cè)。為了確保船在傾斜位置時仍能供應滑油,充油泵和潤滑油泵從油底殼的中心抽油。

2.2 工作原理

液力偶合器控制系統(tǒng)如圖2 所示,工作原理:液力偶合器主動部件泵輪安裝在發(fā)動機曲軸上,從動部件渦輪安裝在箱蓋上。當發(fā)動機運行時,發(fā)動機曲軸通過齒輪1 和3 及惰輪2驅(qū)動控制油泵,通過傘齒輪驅(qū)動充油泵,控制油泵將滑油從油底殼抽出,產(chǎn)生壓力油P105?;捅糜升X輪1a、3a 和惰輪2a驅(qū)動,滑油泵也從油底殼抽出滑油,產(chǎn)生壓力油并導入控制油泵壓力油P105。壓力油P105通過滑油濾器后通過控制油壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)后產(chǎn)生控制油壓力油P106,控制快速放油閥,實現(xiàn)液力偶合器的離合功能??刂朴徒?jīng)壓力調(diào)節(jié)閥V1 減壓后再通過滑油調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)后產(chǎn)生潤滑油P140 潤滑各個軸承。

圖2 液力偶合器控制系統(tǒng)

充油泵將滑油從油底殼抽出,產(chǎn)生偶合器工作油壓力油P170 至恒溫器,恒溫器隨滑油溫度的變化將壓力油P170直接或通過冷卻器向未開啟的充油閥形成壓力油P171,同時通過充油閥中的節(jié)流孔向偶合器工作腔中充油,帶走偶合器空轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的空損熱量。

當電磁控制閥(電動或手動)移至“充油”位置時(手動時手指從里向外按),壓力油P106通過電磁閥后產(chǎn)生壓力油P107a,同時至旁通閥和充油閥,使這二個閥打開。一路壓力油P107 去關閉快速放油閥,同時工作油P171通過充油閥后產(chǎn)生工作油P172 進入偶合器的工作腔(泵輪與渦輪腔),偶合器開始充油,經(jīng)過一段時間后,偶合器即可加載正常工作,在偶合器運轉(zhuǎn)中由于存在滑差,會產(chǎn)生大量的熱,所以偶合器工作腔中的工作油通過回油管回到油底殼,再經(jīng)充油泵抽油,冷卻后進入偶合器,不斷循環(huán),保證偶合器連續(xù)工作。

當電磁閥換向閥移向“放油”位置時(手動時手指從外向里按),壓力油P106 關閉??焖俜庞烷y壓力油P107 從節(jié)流孔中泄壓,同時充油閥關閉,偶合器工作油從快速放油閥迅速排空,偶合器脫開。

電磁閥可以手動操作,從外向內(nèi)按是“放油”位置,從內(nèi)向外按是“充油”位置。

當發(fā)動機不運行時,偶合器輸出法蘭由于燃氣輪機的工作由變速齒輪箱的剩余力矩驅(qū)動,在此狀況下,軸承由潤滑油泵潤滑。

3 故障分析及排查

3.1 問題定位

故障發(fā)生后,經(jīng)過現(xiàn)場排查,初步判斷液壓閥件存在卡滯現(xiàn)象。拆檢液力偶合器閥件,發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)快速放油閥的腔體內(nèi)存在膠狀顆粒物質(zhì),問題定位為液力偶合器快速放油閥裝配問題。

3.2 機理分析

快速放油閥在安裝時要求涂抹螺紋密封膠,在本次故障中,放油閥密封膠涂抹過多,使密封膠經(jīng)螺紋擠壓進入放油閥腔體,凝固后以膠狀顆粒的形態(tài)殘留在腔體內(nèi),在液力偶合器接排時,若膠狀顆粒位于膜片與放油閥密封面的位置,快速放油閥的膜片不能完全關閉,使轉(zhuǎn)子內(nèi)的工作油從放油閥泄出,造成液力偶合器接排超時。圖3 中的膜片控制閥的閉合和開啟,控制油作用在膜片的外側(cè),偶合器型腔內(nèi)的工作油作用在膜片的內(nèi)側(cè)面上。由于外側(cè)面的受力面積比內(nèi)側(cè)面大得多,因此內(nèi)外側(cè)同時有油時油閥處于關閉狀態(tài);當控制油被切斷后,離心力和偶合器工作油的壓力使閥打開,偶合器型腔內(nèi)的油快速排空。

圖3 快速排油閥局部結(jié)構

4 解決方法

4.1 措施

(1)清洗快速放油閥,安裝時將密封膠涂抹在遠離放油閥腔體的螺紋外端,且不超過螺紋長度的1/2,避免密封膠進入放油閥腔體。

(2)完善液力偶合器裝配作業(yè)指導書,明確快速放油閥涂密封膠的規(guī)范要求,保證密封膠不進入放油閥腔體內(nèi)。

4.2 效果

采取上述糾正措施后,液力偶合器分別進行5 次接排試驗,時間分別為38 s、42 s、48 s、45 s、46 s,均符合試驗大綱接排時間不超過50 s 的要求。

5 結(jié)果驗證

根據(jù)故障分析以及改進措施,對30 余臺同型號液力偶合器進行改進效果驗證,試驗結(jié)果表明,按照完善后液力偶合器安裝方法作業(yè)標準書規(guī)定操作,接排時間符合要求,無類似故障復發(fā)。

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