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TBD234 V6型柴油機機油壓力異常故障分析

2021-12-27 02:33
中國修船 2021年6期
關(guān)鍵詞:機油泵底殼濕式

肖 勇

(福建省白馬船廠,福建 福安 355011)

機油壓力是考核柴油機工作是否正常的一項關(guān)鍵指標(biāo)。機油壓力異常指的是油壓過高、過低或不穩(wěn)定。油壓過高時,機油會向四處飛濺,接合面易漏油,在曲軸箱中容易受熱氧化變質(zhì),也增加了機油的消耗;油壓過低時,將會因軸承供油不足而使磨損增強,嚴(yán)重時會發(fā)生重大的機損和安全事故;油壓不穩(wěn)定、波動會導(dǎo)致摩擦副之間的油膜不理想,使之產(chǎn)生半干摩擦甚至干摩擦,從而造成運轉(zhuǎn)部件的磨損,使用壽命降低,甚至機損。

某浮船塢TBD234 V6型柴油發(fā)電機組在W6級修理后動車調(diào)試時,機油壓力出現(xiàn)了異常波動現(xiàn)象,嚴(yán)重影響了該型柴油機工作的可靠性。本文通過系統(tǒng)排查,分析和確定了故障原因,并介紹柴油機改進(jìn)后的試驗驗證結(jié)果。

1 故障描述

某浮船塢配置3臺TBD234系列柴油機組,2號TBD234 V6型柴油機因故障輪換了一臺同型機后,試驗時發(fā)現(xiàn)其機油壓力頻繁變化,范圍為480~550 kPa,壓力忽高忽低,壓力表指針來回擺動。柴油機正常工作時機油壓力應(yīng)穩(wěn)定無波動,該機明顯存在波動異常的故障。

該臺輪換的柴油機在換機前經(jīng)過W6級修理,主要內(nèi)容為:所有汽缸蓋按工藝要求修理,更換了所有橡膠件,更換了所有主軸瓦和連桿瓦,更換了活塞環(huán)、滑油泵,檢修了曲軸、活塞連桿、冷卻器、濾器、增壓器、淡水泵、高壓泵、噴油器等部件。

2 TBD234系列柴油機潤滑系統(tǒng)工作原理

TBD234系列柴油機潤滑系統(tǒng)由機油泵,機油濾清器,機油冷卻器,旁通閥,減壓閥和油道、油管組成。它的功用是把具有一定壓力和一定溫度范圍內(nèi)的清潔機油,連續(xù)不斷地輸送到柴油機各摩擦面和需要冷卻的部位,減少摩擦功的損失,緩和機件的磨損,把機件因摩擦而產(chǎn)生的熱量帶走,并清洗摩擦表面的磨屑和雜質(zhì),保證各部件的正常工作。該型柴油機機油流向圖如圖1所示。其中,實線箭頭為機油通常流向,虛線箭頭為機油達(dá)到一定壓力(0.6 MPa)后增加的流向。

圖1 TBD234系列柴油機機油流向圖

3 故障原因分析

根據(jù)柴油機潤滑系統(tǒng)原理,機油壓力異常波動的原因有以下幾個方面。

1)機油壓力表和傳感器損壞。機油壓力傳感器里面有一個滑動電阻,利用機油壓力推動滑動電阻的電位計移動,來改變機油壓力表的電流,從而改變指針的位置。當(dāng)機油壓力表和傳感器損壞時,指針將會來回波動。

2)油底殼機油量不足。柴油機啟動前,需用油尺檢查油底殼的機油量,油面處在油標(biāo)尺上下限之間為宜。如果油量不足,機油泵吸空,空氣進(jìn)入潤滑系統(tǒng),就會造成機油壓力異常波動。

3)機油濾清器臟堵時,減壓閥(0.6 MPa)會頻繁開閉,開啟時油壓卸放,關(guān)閉時油壓上升,會出現(xiàn)壓力異常波動現(xiàn)象。

4)機油冷卻器臟堵時,旁通閥(0.6 MPa)會打開,機油不經(jīng)冷卻直接進(jìn)入濾器,可能會引起壓力異常。

5)旁通閥和減壓閥彈簧變形或折斷,開閉不靈。柴油機運轉(zhuǎn)時,供油量劇增,會使閥門突然打開,機油壓力下降,但因閥門開閉不靈,閥門可能無法及時回位,主油道要保持穩(wěn)定的壓力比較困難,出現(xiàn)油壓忽高忽低的現(xiàn)象。

6)機油過臟過黏,堵塞吸油盤。當(dāng)柴油機高速運轉(zhuǎn)時,機油泵吸油量會因吸油盤阻力過大而明顯減少,主油道供油不足,油壓出現(xiàn)異常波動。

7)機油泵內(nèi)部磨損,工作異常,造成滑油壓力波動。

4 故障排查過程

針對故障原因,按照先外后內(nèi),由表及里,由簡到繁,按系分段,有順序有步驟地檢查、分析、判斷。若檢查結(jié)果與初步判斷相符合,則證明判斷是正確的。具體排查步驟如下。

1)拆卸機油壓力表和傳感器進(jìn)行檢修,并計量校正,并未發(fā)現(xiàn)異常,排除儀表造成的油壓波動現(xiàn)象。

2)柴油機啟動前已檢查了機油油位在油標(biāo)尺上下限之間,排除了曲軸箱滑油液面過低引起機油泵吸空而造成油壓波動的情況。

3)拆卸清洗機油清濾器座,更換濾筒,裝復(fù)后動機測試,未能排除滑油壓力異常波動故障。

4)拆卸清洗機油冷卻器,裝復(fù)動機測試,未排除滑油壓力異常波動故障。

5)拆卸旁通閥和減壓閥檢修,未發(fā)現(xiàn)異常,排除閥件損壞引起的壓力異常波動。

6)排空油底殼滑油,用內(nèi)窺鏡檢查吸油盤,未見臟堵,更換機油,停機時檢查油量,油面處于油標(biāo)上下限之間,動機測試,滑油壓力忽高忽低,異常波動。

7)吊機拆卸油底殼,檢查發(fā)現(xiàn)該型柴油機為干式油底殼,而一般船用TBD234系列柴油機未采用該結(jié)構(gòu),TBD234 V6型柴油機干式油底殼及油泵結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示,內(nèi)部配有2只油泵,一個是機油泵,一個是回油泵,2個泵均為齒輪泵,機油泵為兩齒輪,回油泵為三齒輪。機油泵裝在柴油機自由端左側(cè),由曲軸齒輪帶動,一對油泵齒輪在曲軸齒輪帶動下轉(zhuǎn)動,吸入腔容積因齒牙不斷分離而增大,機油從入口處進(jìn)入泵體,充滿齒槽。隨著齒輪的轉(zhuǎn)動被帶到出口處,排出腔的容積因齒牙不斷靠攏而減小,于是形成擠壓而使壓力升高,機油以一定壓力泵入潤滑系統(tǒng)。回油泵裝在自由端右側(cè),也由曲軸齒輪帶動,它是為干式油底殼的需要而設(shè)置的,通過2根進(jìn)油管,把流回油底殼兩端的機油,經(jīng)回油泵送到油底殼中部的密閉部分,再由機油泵抽出。

圖2 TBD234 V6型柴油機干式油底殼及油泵結(jié)構(gòu)示意圖

此次修理更換了機油泵。對比新舊2只機油泵可以發(fā)現(xiàn),油泵外型存在一定差異,拆解后檢查,油泵齒輪明顯大小不一,新?lián)Q油泵齒輪比原配油泵齒輪大,機油泵齒輪對比如圖3所示,新泵排油量大于原泵,原泵排油量僅為75 L/min[1]。而從1991年開始,TBD234 V6型柴油機安裝V8型柴油機的機油泵,增大了機油泵輸出機油量[2]。由圖2可知,回油泵從兩側(cè)吸油供給機油泵,機油泵從中間抽油形成油壓,以使油供給柴油機各需要潤滑部位。因機油泵油量加大,而回油泵油量未變化,造成兩泵工作不匹配,即機油泵抽吸能力增大,但回油泵未發(fā)生改變供給不足,機油泵抽空,所以造成機油壓力異常波動。

圖3 機油泵齒輪對比

將原機油泵修復(fù)后,進(jìn)行裝機試驗,發(fā)現(xiàn)機油壓力波動異常故障消除。TBD234系列柴油機負(fù)荷試驗結(jié)果見表1,表1中數(shù)據(jù)顯示額定負(fù)荷時機油壓力偏低。根據(jù)該型機廠家2001年版說明書和修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,額定功率時,機油壓力值為0.40~0.60 MPa。因柴油機轉(zhuǎn)速不同,機油壓力值相差較大,機油壓力低于0.40 MPa的現(xiàn)象較為普遍。廠家2011年版說明書作了相應(yīng)修訂,明確額定功率時,根據(jù)轉(zhuǎn)速不同,濾清后機油壓力分為3種情況:①1 800 r/min以下,要求0.35~0.60 MPa;②1 800~2 100 r/min,要求0.40~0.60 MPa;③2 100 r/min以上,要求0.45~0.60 MPa。而該機額定轉(zhuǎn)速為1 500 r/min,額定負(fù)荷(100%)時最低壓力要求應(yīng)不小于0.35 MPa,表1中顯示100%負(fù)荷時壓力為0.31 MPa,顯然不符合該型柴油機技術(shù)要求。

表1 TBD234系列柴油機負(fù)荷試驗結(jié)果

TBD234系列柴油機機油壓力低的故障樹及排除方法如圖4所示,而通過前面的分析及排查過程可知,本柴油機機油壓力低的原因很顯然是滑油泵的排油量減小所導(dǎo)致,與故障樹中其他原因無關(guān)。

圖4 TBD234系列柴油機機油壓力低的故障樹及排除方法

5 改進(jìn)措施及效果

如何提高機油壓力,又不會造成機油壓力異常波動的故障,經(jīng)分析研究TBD234系列柴油機的結(jié)構(gòu)原理,其可行性方案有2個:方案一是更換大流量的機油泵及回油泵;方案二是改進(jìn)該機的潤滑方式,取消回油泵及管路,將干式油底殼潤滑改為濕式油底殼潤滑,機油泵改為現(xiàn)在TBD234 V6型柴油機所配的油泵。

考慮到方案一配備2只油泵,工序較復(fù)雜,易出現(xiàn)故障;同時目前船用TBD234系列柴油機均采用濕式油底殼潤滑,和其它船保持統(tǒng)一,方便維護(hù)。故決定采用方案二進(jìn)行改進(jìn),廠家也同意采用這一方案,并提供了改進(jìn)需要更換的配件,TBD234 V6型柴油機干式油底殼改濕式油底殼需要更換配件見表2。

表2 TBD234 V6型柴油機干式油底殼改濕式油底殼需要更換配件

特別注意,因干式油底殼6缸柴油機平衡配重的扇形半徑為82 mm、厚度為29 mm,而濕式油底殼6缸柴油機平衡配重的扇形半徑為73 mm、厚度為45 mm;若不更換該配件,濕式油底殼安裝后,部分曲軸轉(zhuǎn)角平衡配重將與油底殼碰觸,無法盤車和運行。TBD234 V6型柴油機平衡配重示意圖見圖5。

圖5 TBD234 V6型柴油機平衡配重示意圖

將TBD234 V6型柴油機干式油底殼潤滑改為濕式,進(jìn)行座臺負(fù)荷試驗,改進(jìn)后TBD234 V6型柴油機負(fù)荷試驗結(jié)果見表3,在額定轉(zhuǎn)速1 500 r/min時,滑油壓力始終穩(wěn)定保持在0.40 MPa以上;更換平衡軸配重后,柴油機未見異常振動,符合修理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),也滿足船方使用需求。

表3 改進(jìn)后TBD234系列柴油機負(fù)荷試驗結(jié)果

6 結(jié)束語

TBD234系列船用柴油機潤滑系統(tǒng)常見為濕式油底殼,其滑油壓力低的故障較為常見,滑油壓力波動故障較少,通過分析、排查和改裝,明確TBD234系列柴油機機油壓力波動是2只油泵工作不匹配、造成壓力泵抽空所致,而機油壓力低的原因為機油泵設(shè)計流量不夠,并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施,可為該系列柴油機用戶提供一定的參考。

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