注油器內(nèi)漏的原因分析及處理

注油器內(nèi)漏的原因分析及處理

該集裝箱船的船體為jm-b。w12k98ec-c，等效旋轉(zhuǎn)104rmin，精確產(chǎn)量6820kg。日本三角帆公司生產(chǎn)，采用自動電子離心分離器系統(tǒng)。該輪出廠營運即發(fā)現(xiàn),氣缸油耗量計算值低于實測值,差值有時達15%。檢查氣缸內(nèi)發(fā)現(xiàn)氣缸油量稍偏多,檢查氣缸油系統(tǒng)未見外漏,拆檢和測量注油器及其附帶的蓄壓器都正常,確認(rèn)不是注油器零、部件損壞和油壓波動造成的。故障持續(xù)兩年多,且另四條姐妹船也有同樣情況,為便于統(tǒng)計氣缸油實際耗量,公司甚至給五條姐妹船的氣缸油日用柜進、回油管分別裝備了流量計。實測值,經(jīng)數(shù)月的小時耗量、日耗量、累計耗量統(tǒng)計比較,后來又有流量計計數(shù),不會有錯?？隙ㄊ怯嬎阒靛e誤,又一直不知錯在哪里。后又經(jīng)過一個多月反復(fù)分析氣缸油日耗量的計算、反復(fù)檢查注油器及其系統(tǒng)、反復(fù)試驗等,才發(fā)現(xiàn)注油泵出口閥(單向閥)設(shè)定壓力過低,部分氣缸油在注油泵加壓前已漏入氣缸(本文簡稱為“內(nèi)漏”),而這部分油不在耗油量理論計算范圍內(nèi)?，F(xiàn)簡介注油器系統(tǒng),從分析耗油量計算入手,討論“內(nèi)漏”及其產(chǎn)生原因、影響因素和處理方法,請指教。1注油器的工作過程每個氣缸配有兩只氣缸油電子注油器(下簡稱注油器,見圖1)。每只注油器五支注油柱塞泵,一只驅(qū)動活塞,一只電磁閥,五個注油管及其注油槍,還有供、回油系統(tǒng)(下簡稱供油系統(tǒng))。(1)注油柱塞泵(圖1僅顯示一只,在右上部)誗功能是從吸油腔(壓力1.5bar,由氣缸油回油管路上的單向背壓閥和蓄壓器保持)吸入氣缸油,加壓后經(jīng)出口單向閥(開啟壓力2bar)去主機氣缸上的注油槍(開啟壓力1.8bar左右)。誗由驅(qū)動活塞上方的彈簧底盤帶動。泵油行程,起點是柱塞上行至封住泵油腔吸油口,終點是柱塞上行最高點,始、終點間距離就是柱塞的有效行程。柱塞上行最高點指驅(qū)動活塞導(dǎo)桿碰到調(diào)節(jié)螺絲底部,改變套裝在調(diào)節(jié)螺絲上的定距墊圈可改變驅(qū)動活塞行程亦即改變柱塞行程。(2)驅(qū)動活塞誗功能是驅(qū)動5只注油柱塞泵。誗受電磁閥控制。誗靠供油系統(tǒng)提供的40～50bar氣缸油推動上行,靠復(fù)位彈簧復(fù)位。誗靠改變套裝在調(diào)節(jié)螺絲上的定距墊圈改變驅(qū)動活塞行程,統(tǒng)一調(diào)節(jié)該注油器5只注油柱塞泵的注油量(該調(diào)節(jié)螺絲出廠時已調(diào)定,使用中最好不調(diào)動)。誗由“驅(qū)動活塞動作反饋探頭”監(jiān)測并反饋至控制器,包括驅(qū)動活塞動作持續(xù)時間(指從電磁閥得電到“驅(qū)動活塞動作反饋探頭”探測到驅(qū)動活塞完成注油的時間,正常情況小于45ms)和動作次數(shù)(即注油柱塞泵沖程數(shù)),控制器人機界面顯示動作延遲時間以及動作次數(shù)累計。(3)電磁閥電磁閥得電時瞬間觸發(fā),即動作時間極短。誗功能是控制驅(qū)動活塞動作———控制驅(qū)動活塞動作時機以保證注油定時精準(zhǔn);控制每只缸的電磁閥動作頻率(單位時間注油次數(shù)總和)以保證符合各缸設(shè)定的注油量。誗由控制器控制,左位工作時動力氣缸油驅(qū)動驅(qū)動活塞上行噴射氣缸油,右位工作時動力氣缸油回油并從一支路補充進入吸油腔。(4)供油系統(tǒng)(原理圖見圖2,只顯示一個缸的一只注油器,其它注油器與之并聯(lián))泵站供給40-50bar的高壓氣缸油,分別送到每個注油器進油口(“氣缸油進”),為減少壓力波動,在每只注油器前供油管路上裝有一只蓄壓器,預(yù)充氮氣壓力25-30bar。去驅(qū)動活塞一路作為注油動力;“氣缸油出”一路,回油至泵站小油柜,靠出口背壓閥和一只蓄壓器(每個注油器一個,預(yù)充氮氣壓力1.5～2.0bar)保持壓力1.5bar;向上支路供注油泵注入氣缸?？刂破飨到y(tǒng),控制注油器電磁閥,保證注油器按注油定時和設(shè)定注油量注油,與本文討論的故障關(guān)系不大,不詳細(xì)介紹,圖2也未顯示。注油工作過程,從圖2可知,由供油系統(tǒng)泵站提供的40-50bar氣缸油送到各注油器“氣缸油進”待命:誗當(dāng)電磁閥被觸發(fā)(通過電磁閥控制的滑閥)時充當(dāng)驅(qū)動活塞上行的動力;驅(qū)動活塞上行帶動五只噴射柱塞上行,壓縮事先進入柱塞泵油腔的氣缸油沖開上部的單向閥,由注油管系經(jīng)注油槍噴射入氣缸,完成一次注油。與此同時,“驅(qū)動活塞動作反饋探頭”檢測驅(qū)動活塞動作次數(shù)并反饋給控制器,因此控制器可顯示注油器每沖程五只噴射柱塞泵所泵氣缸油體積總和的設(shè)定值。誗當(dāng)電磁閥失電復(fù)位后,驅(qū)動活塞靠復(fù)位彈簧下行,驅(qū)動活塞下面的“動力油”經(jīng)電磁閥的滑閥進入“吸油腔”以補充此處滑油的短缺;多余的氣缸油從“氣缸油出”經(jīng)回油管路回到供油系統(tǒng)泵站的油柜。與此同時,驅(qū)動活塞帶動五只噴射柱塞下行泵油腔因出口是單向閥而被拉真空;當(dāng)柱塞下行到打開泵油腔吸油口時,“吸油腔”內(nèi)的氣缸油,在泵油腔真空和“吸油腔”壓力(1.5bar)共同作用下,迅速進入泵油腔,為下次注油做準(zhǔn)備。2注油器測試結(jié)果通常,船舶每天計算氣缸油日耗量,以核實實際測量數(shù)據(jù)。計算日耗油量,使用下式:日耗油量=日沖程總數(shù)×每沖程注油體積×容積效率此公式,大多數(shù)船舶長期使用,實踐證明正確。該輪氣缸油耗量計算值低于實測值,需分析計算日耗油量公式的三個因素。(1)日沖程數(shù)從控制器人機界面查閱控制系統(tǒng)根據(jù)驅(qū)動活塞動作反饋統(tǒng)計,且人工計數(shù)驗證,確認(rèn)無誤。(2)容積效率η廠家推薦0.97?？紤]注油器部件磨損導(dǎo)致內(nèi)漏以及氣缸油溫度偏高等原因,實際容積效率應(yīng)低于0.97。計算時容積效率仍取0.97,計算的耗油量應(yīng)大于而不可能小于實際耗油量,不可能是計算錯誤的原因。(3)每沖程的注油體積“每沖程注油體積”,等于噴射柱塞的作用面積與其行程的乘積。噴射柱塞,解體注油器未見損傷,測量柱塞直徑確認(rèn)與廠家給的數(shù)值相同,作用面積沒有改變。注油泵柱塞行程:如前述,“‘調(diào)節(jié)螺絲’上套有定距墊圈,改變定距墊圈的高度可改變噴射柱塞行程”,但該輪從未調(diào)節(jié)該定距墊圈,解體注油器亦未見定距墊圈損傷,可知注油泵柱塞行程沒有改變。說明書給出“注油器每沖程的注油體積”2.24cm3。為了證實,拆解測量計算驗證,噴射柱塞直徑0.7cm,行程1.2cm,單只噴射柱塞一次注油體積π·D2·H·η=0.448cm3;每個注油器(五只噴射柱塞)每沖程注油2.24cm3,與說明書的數(shù)據(jù)一致,證明不是注油器硬件損壞和調(diào)整不當(dāng)導(dǎo)致氣缸油耗量計算值低于實測值。3注油器的“內(nèi)部泄漏”3.1注油器原因分析(1)主機停車時,松開一只柱塞注油泵出口單向閥上方接頭,注油背壓是大氣壓,沿程阻力只有柱塞注油泵出口單向閥的設(shè)定開啟壓力2.0bar,手動操縱注油電磁閥,觀察注油情況時發(fā)現(xiàn):誗手動快速打開電磁閥(見圖1的“得電動作”),柱塞注油泵出口單向閥上方接頭有油噴出(為便于敘述,稱為“噴油”),測得噴油量0.448cm3(同設(shè)定值),同時伴有注油器敲擊聲(驅(qū)動活塞頂端敲擊“調(diào)節(jié)螺絲”下端)。誗手動快速釋放電磁閥(見圖2的“失電復(fù)位”),注油器又一次有油流出(為便于敘述,稱其為“內(nèi)漏”),測得漏油量約2cm3(遠超過理論值0.448cm3),同樣伴有注油器敲擊聲(驅(qū)動活塞撞擊其下的注油器本體)。(2)考慮到手動推動電磁閥不夠快可能產(chǎn)生其他影響,為比較主機實際運轉(zhuǎn)與主機停車時手動試驗的情況,主機低速運行時,松開一只柱塞注油泵出口單向閥上方接頭,注油背壓和沿程阻力同上項,也有“噴油”和“內(nèi)漏”,證實主機運行時也有“內(nèi)漏”,也證實了手動推動電磁閥不夠快沒有產(chǎn)生其他影響。(3)為了解注油槍(有單向閥)的影響,主機吊缸檢修時,手動操縱注油電磁閥,從缸套內(nèi)觀察注油情況(注油背壓是大氣壓,沿程阻力包括柱塞注油泵出口單向閥的設(shè)定開啟壓力2.0bar和注油槍設(shè)定開啟壓力1.8bar),發(fā)現(xiàn):誗手動快速打開電磁閥,“噴油”,注油量估計接近理論的0.448cm3,同時伴有注油器敲擊聲。誗手動快速釋放電磁閥(復(fù)位),“內(nèi)漏”,呈流入狀(而不是“噴油”的噴射狀),注油量遠少于主機停車時試驗的2cm3,可見“內(nèi)漏”的壓力很小,受注油槍的背壓影響很大,同時伴有注油器敲擊聲。分析以上試驗可知,“內(nèi)漏”的特點有二:誗流量,流程阻力和/或背壓越高,流量越低。誗同時伴有注油器敲擊聲?！膀?qū)動活塞”撞擊其下的注油器本體,證明“內(nèi)漏”發(fā)生在驅(qū)動活塞下行末期。統(tǒng)計數(shù)據(jù)也證實,主機掃氣壓力越高,理論計算與實測的氣缸油耗量偏差比值越小,見表1。“內(nèi)漏”不僅增加氣缸油消耗,還會引發(fā)結(jié)碳加劇磨損等不良后果,必須消除。3.2注油量過多的表現(xiàn)分析“內(nèi)漏”現(xiàn)象可知,氣缸油注油系統(tǒng)沒有外漏,氣缸內(nèi)有氣缸油注油量過多的跡象,高出計算值的氣缸油肯定進入了氣缸氣缸油進入氣缸,必須具備液體流動的三個條件———有液體,有流道(無中斷),足夠的壓力差?！皟?nèi)漏”也是液體流動,同樣必須滿足這三個條件。3.2.1液體收集本例是氣缸油,充足。3.2.2注油管-注油槍“內(nèi)漏”的起點是注油器內(nèi)部,終點是注油槍出口?！皟?nèi)漏”的流道只能是注油器-注油管-注油槍。注油管和注油槍沒有外漏。流道的形成,從圖1推測,電磁閥復(fù)位(右位工作)后,“驅(qū)動活塞”失去驅(qū)動力下行至最低點,帶動注油泵柱塞也下行至最低點打開“泵油腔吸油口”,氣缸油得以進入泵油腔以及排出通道。3.2.3注油器回油時注油點位置的動力源分析即起點壓力大于流道的各種阻力與出口背壓之和。流道有兩處可能中斷,一是柱塞注油泵出口單向閥(設(shè)定開啟壓力2.0bar),一是注油槍出口單向閥(設(shè)定壓力1.8bar)。不中斷的條件是油液壓力足夠。足夠的壓力差比較復(fù)雜,試逐一分析?！皟?nèi)漏”的出口,在氣缸內(nèi)注油孔處,壓力隨活塞行程變化。主機運轉(zhuǎn)時,柱塞注油泵出口單向閥和注油槍的設(shè)定開啟壓力不變,背壓(出油口的環(huán)境壓力)就是掃氣壓力。理由是,內(nèi)漏”時第一道活塞環(huán)肯定在注油孔以上:誗“內(nèi)漏”在“噴油”之后。而“噴油”的時機(注油定時)是活塞上行(壓縮)第一道活塞環(huán)到達注油孔時,“噴油”之后第一道活塞環(huán)必然已上行越過注油點。誗“內(nèi)漏”時,第一道活塞環(huán)仍在注油點以上,還來不及下行達到注油點。因為:前面談到過“‘驅(qū)動活塞’動作延遲時間(指從電磁閥得電到“驅(qū)動活塞動作反饋探頭”探測到驅(qū)動活塞完成注油的時間,正常情況小于45ms)”。而主機活塞,上行經(jīng)注油點(“噴油”)后,需再上行約700mm(實測數(shù)據(jù))才到達上止點,然后再下行700mm才能再次到達注油點。即使主機以額定轉(zhuǎn)速104r/min運轉(zhuǎn),這一段行程也需170ms,所以“內(nèi)漏”時第一道活塞環(huán)仍在注油點以上。實際觀察,比對“內(nèi)漏”與“驅(qū)動活塞動作反饋”的二極管閃爍間隔,也證實“內(nèi)漏”發(fā)生在“驅(qū)動活塞”和油泵柱塞位于下止點附近。驅(qū)動活塞動作反饋的原理是,驅(qū)動活塞對著反饋探頭的外圓面有兩道槽(“上槽”和“下槽”):注油器不泵油時,“上槽”對著反饋探頭,此時“驅(qū)動活塞動作反饋探頭”的狀態(tài)二極管暗;注油器泵油即驅(qū)動活塞上行,驅(qū)動活塞兩槽之間的柱面對著反饋探頭,狀態(tài)二極管亮;注油器繼續(xù)上行泵油,“下槽”對著探頭,狀態(tài)二極管暗;注油器泵油再上行到上止點(驅(qū)動活塞到達頂點),“下槽”以下的圓柱面對著探頭,狀態(tài)二極管亮(從電磁閥得電到這個時刻,也就是前面說的驅(qū)動活塞“動作持續(xù)時間”,不大于45ms)。驅(qū)動活塞下行,也有同樣的過程。所以,注油器每泵一次油,反饋二極管的狀態(tài)是暗—亮—暗—亮—暗—亮—暗,即每一次注油(往返)就閃爍三次。注油器每一沖程的“內(nèi)漏”都發(fā)生在狀態(tài)二極管第三次亮之后,也就是“驅(qū)動活塞”和油泵柱塞位于下止點附近?！皟?nèi)漏”都發(fā)生在驅(qū)動活塞和油泵柱塞位于下止點附近,也就是油泵柱塞已打開油泵腔吸油口,氣缸油得以進入泵油腔以及排出通道,只要這時油壓高于流程阻力,就會產(chǎn)出“內(nèi)漏”。(2)流程阻力流程阻力很簡單,只有柱塞泵出口單向止回閥設(shè)定開啟壓力(2.0bar)、注油槍設(shè)定開啟壓力(1.8bar)、注油管阻力等三部分,且注油管阻力很小可忽略。(3)起點(注油器內(nèi)部)壓力當(dāng)電磁閥復(fù)位(右位工作)后,“驅(qū)動活塞”下行至最低點,注油器內(nèi)油液大部分流向回油管路,小部分流向吸油腔和注油泵腔。理論上,液體不可壓縮,體積不變時壓力可以瞬時變化。電磁閥復(fù)位,若驅(qū)動活塞不動,驅(qū)動活塞下方油壓能夠瞬間等于注油器回油壓力1.5bar。但實際情況并非如此。電磁閥復(fù)位,驅(qū)動活塞受復(fù)位彈簧彈力作用下行相當(dāng)一個油泵,注油器內(nèi)部容積變小。而容積變化有一個過程,所導(dǎo)致的壓力變化,不同于體積不變的壓力瞬時變化,相應(yīng)有一個動態(tài)的過程,即,注油器內(nèi)油壓是逐步降低的,“驅(qū)動活塞”到達下止點之前和之后的很短時間內(nèi),注油器內(nèi)油壓高于回油壓力1.5bar而且可能高出較多,但船上無法測量和計算具體壓力和時間長短。實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。無論注油器內(nèi)油壓多高和持續(xù)時間長短,存在“內(nèi)漏”本身就表明注油器內(nèi)壓力大于流程阻力與主機掃氣壓力之和(忽略注油管阻力)。況且,形成“內(nèi)漏”所需的注油器內(nèi)油壓并不高,只要高于出口單向止回閥的設(shè)定開啟壓力2.0bar、注油槍的設(shè)定開啟壓力1.8bar、主機掃氣壓力(正常最大)2.5bar等(忽略流動阻力)三項之和(2.0+1.8+2.5=6.3bar),原在驅(qū)動活塞下方的氣缸油(部分)就會進入氣缸,形成“內(nèi)漏”。還有一個有力的實證。該型號電子注油器是一款老型號產(chǎn)品的改進型,而使用老型號電子注油器從不存在耗油量實測值大于計算值的現(xiàn)象。經(jīng)比較,這兩種型號產(chǎn)品的最大區(qū)別是注油泵出口閥設(shè)定的開啟壓力,老型號是25bar,而現(xiàn)使用的型號是2.0bar,少了23bar。順便提及,驅(qū)動活塞復(fù)位彈簧的彈性過大也易產(chǎn)生“內(nèi)漏”,但經(jīng)比對,新老產(chǎn)品的復(fù)位彈簧相同。這也足以解釋“內(nèi)漏”的兩個特點。(1)流量,流程阻力和/或背壓越高,流量越低誗主機停車時手動快速釋放電磁閥,拆開的柱塞注油泵出口單向閥上方接頭處,背壓是大氣壓,沿程阻力只有柱塞注油泵出口單向閥的設(shè)定開啟壓力2.0bar,測得注油量約2cm3;主機低速運行時,拆開的柱塞注油泵出口單向閥上方接頭處,背壓和沿程阻力同上項,測得的注油量也較多。誗主機吊缸檢修時,從缸套內(nèi)觀察,注油背壓是大氣壓,沿程阻力包括柱塞注油泵出口單向閥的設(shè)定開啟壓力2.0bar和注油槍設(shè)定開啟壓力1.8bar